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空气源热泵热水器中R417A的应用及电子膨胀阀控制特性研究

贾荣林  
【摘要】: 近年来,日趋严重的臭氧层破坏,全球变暖等环境问题使得空调领域向高效、节能、环保的制冷技术不断进步。本课题研究的来源——国家高技术研究发展计划(863计划)研究的是基于热泵的环保节能型家庭能源中心。863计划有多个创新点,本课题主要研究其中的两个:环保工质R417A在空气源热泵热水器中的应用及电子膨胀阀的控制特性研究。 R22是空气源热泵热水器中广泛使用的一种制冷剂,但是它的排放会引起温室效应和破坏臭氧层。目前,“节能、环保”越来越受到广大科研工作者的重视,空气源热泵热水器作为一种节能产品,如果继续使用R22作为制冷剂就有悖于“环保”,因此加大对R22的替代制冷剂的研究和使用,是十分必要的。本文首先根据上海常年气温选取计算参数对四种制冷剂在夏季、过度季节和冬季三种不同工况下进行了理论计算,并对计算结果进行了分析,确定选用R417A。对R417A在空气源热泵热水器中的性能与R22进行了对比实验,测试了不同环境温度下的COP、功率、冷凝压力和压缩机排气温度等参数的变化。结果表明,在空气源热泵热水器中,R417A的COP与R22比较接近;排气温度比R22低,系统更加安全;冷凝压力也比R22低,说明在同样的冷凝压力下能够得到温度更高的热水;而且更加环保,比R22更加适合在空气源热泵热水器中使用。 在制冷系统中,膨胀机构使制冷剂节流后降低温度和压力,此外还起到调节进入蒸发器的制冷剂流量的作用。常用的膨胀机构有毛细管、热力膨胀阀和电子膨胀阀。毛细管只能对流量做微小的调节,热力膨胀阀的感温包有明显的延迟特性。而电子膨胀阀的最大特点就是流量调节的及时性,其响应压缩机排量改变是及时的,故近年来用于调节制冷剂流量的电子膨胀阀得以成功使用在各类制冷系统中。 本文根据PID算法原理设计了电子膨胀阀的控制测试系统。控制测试系统包括硬件系统和软件系统。电子膨胀阀控制测试的硬件系统主要由电子膨胀阀驱动模块、温度采集模块、脉冲发送模块和热电偶等组成。软件系统由电子膨胀阀的控制算法及计算控制机界面组成。电子膨胀阀在空气源热泵热水器系统的控制特性实验分为两部分:电子膨胀阀不同开度下的实验和电子膨胀阀在空气源热泵热水器系统中对PID控制算法的响应特性实验。实验取得了良好的控制效果,极好地解决了系统的适应性和系统运行的节能性。实验从实践应用的角度证明了电子膨胀阀在空气源热泵热水器系统中使用的优越性,它不仅克服了热力膨胀阀所带来的蒸发器过热度振荡问题,而且可以通过计算机对其进行无级调节、实现远程控制。在制冷系统面向节能与机电一体化方向发展的新趋势下,电子膨胀阀必将取代热力膨胀阀成为制冷系统的新型节流装置。


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