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复叠式蓄热型空气源热泵热水器动态特性研究

朱钰娟  
【摘要】: 空气源热泵热水器通过消耗一小部分高品位的电能,提升空气中的低品位热能为高品位能。空气源热泵热水器由于环保、节能、安全、低碳而得到越来越多的重视。 相变蓄热材料(Phase Change Material,简称PCM)是一种密度大、体积小,相变潜热大,热量存储能力强的物质。本课题研究的对象是复叠式蓄热型空气源热泵热水器,结合相变蓄热技术,采用环保制冷剂,可以预期将成为下一代节能制冷空调新产品。研究通过实验和模拟的方法,探讨热泵系统在蓄热过程和放热过程的热量传递及水箱温度动态变化特性,探索复叠式蓄热型空气源热泵热水器动态传热和效率耦合问题。 论文介绍复叠式蓄热型空气源热泵系统工作原理,对系统进行理论分析,给出热泵系统计算模型,选取相变蓄热温度,选择适合系统的相变蓄热材料。从理论上提出了冬季系统采用复叠运行、夏季采用单级运行的系统方案。 在环境干球/湿球温度7/6℃、15/14℃、20/15℃、38/23℃对复叠式蓄热型空气源热泵热水器进行了实验研究,得到了大量的系统运行特性试验数据,为该系统的进一步改进提供了基础数据。实验分析了复叠运行条件下的环境干球/湿球温度7/6℃、15/14℃、20/15℃、38/23℃时蓄热过程中系统各部件热量传递路径及动态变化、两级系统之间的平均传热温差、瞬态COP值、储水箱各温度测点分布,以及系统放热过程水箱水温动态特性。根据系统的总COP值,提出了对应相同的冷凝温度存在最佳室外气温切换点以实现系统COP最大值,实验结果表明,水温55℃时最佳节能室外气温在7℃左右。实验数据表明,相同的环境工况下,对于不同的冷凝温度值,总有唯一确定的最佳节能冷凝温度值。 最后,通过MATLAB建模对环境工况7℃温度蓄热过程进行模拟,模拟结果与实验结果对比,表明所提出模型较好的反映了系统的运行特性,为样机的优化控制提供依据。


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