新型太阳能辅助多功能热泵系统的理论与实验研究

【摘要】：本文在综述太阳能热泵应用技术的发展历史基础上,结合课题的应用背景,提出了一种新颖的太阳能辅助多功能热泵系统(SAMHPS)。该系统将家用冷暖空调和太阳能热水器这两种家用节能产品集成起来,不但具有它们所包含的室内普通制冷、室内普通制热和太阳能热水器运行模式,而且具有太阳能辅助室内制热、热泵热水器、室内制冷同时制热水、制冷同时制冷水、双热源制热和热水融霜这六种更加节能的新运行模式。新型SAMHPS的可操作阀门均为普通电磁阀,具有结构简洁化、合理化和元件经济化、可控化特点,为为其产品化节约成本和其控制系统的建立扫清了道路,使该系统具有很强的实用性。 本文对新型SAMHPS的核心功能进行了理论仿真计算,建立了系统稳态仿真模型,从理论上分析了新型SAMHPS核心功能模式-热泵热水器、太阳能辅助制热模式所具有的高效节能效果。 在自行搭建的实验台上,限于时间原因,主要对室内普通制冷、室内普通制热、室内制冷同时制热水、热泵热水器和太阳能辅助室内制热五种功能模式进行了实验,成功地实现了运行模式的正常运行和各运行模式之间的平稳过渡,并进行了多组实验和数据分析。在热泵热水器模式下,在冬季室外温度为7℃时,150L水从10℃加热到40℃的平均系统效能系数COP在2.2左右；在太阳能辅助制热模式下,水温在6.6℃的平衡功率约2500W,制热的系统效能系数COP在3.1以上。制冷同时制热水和热水融霜模式均具有很好的节能性。系统在各个功能模式下的实验结果证实了新型SAMHPS各个功能模式相互转化的可行性和可靠性,同时也揭示了在不同功能模式下,与SAMHPS系统效率提高相关的各个关键因素。 新型SAMHPS可以在一年四季高效稳定运行,不但大大提高了家用冷暖空调和太阳能热水器的利用率,而且具有更好的季节适应性,特别适用于具有丰富太阳能且需要制冷、采暖和制热水的我国大多数中、东部地区,应用前景相当广阔。 【关键词】：热泵 太阳能 普通空调 热泵热水器 实验 模拟
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB65
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 主要符号表7-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.1 能源危机10
• 1.1.2 环境危机10-11
• 1.2 太阳能与热泵11-14
• 1.2.1 太阳能11-12
• 1.2.2 热泵12-14
• 1.3 太阳能与热泵的结合14-16
• 1.4 SAMHPS16-24
• 第二章 新型SAMHPS的提出24-34
• 2.1 研究历程24-28
• 2.2 新型SAMHPS的功能模式和流程28-30
• 2.3 功能模式之间的切换30-34
• 第三章 仿真计算34-53
• 3.1 算法与系统整体计算流程设计34-37
• 3.2 系统部件的模型建立与拟合公式37-49
• 3.2.1 压缩机模拟37-39
• 3.2.2 冷凝器模拟39-45
• 3.2.3 蒸发器模型45-49
• 3.2.4 节流阀模型49
• 3.3 模拟计算结果分析49-52
• 3.3.1 模拟热泵热水器工况49-51
• 3.3.2 模拟太阳能辅助加热模式51-52
• 3.4 结论52-53
• 第四章 实验研究53-73
• 4.1 实验台搭建与实验方案53-58
• 4.1.1 系统结构53-54
• 4.1.2 实验设备的设计与选型54-56
• 4.1.3 数据测量仪表56-58
• 4.1.4 测量设备的精度58
• 4.2 实验过程与操作58-59
• 4.2.1 实验准备及步骤58-59
• 4.2.2 环境温度控制59
• 4.2.3 水温的控制59
• 4.3 实验结果与分析59-73
• 4.3.1 普通制冷模式59-60
• 4.3.2 普通制热模式60-61
• 4.3.3 制冷同时制热水模式61-63
• 4.3.4 热泵热水器模式63-67
• 4.3.5 太阳能辅助制热模式67-71
• 4.3.6 融霜模式71-73
• 第五章 结论与展望73-76
• 5.1 主要结论73-74
• 5.2 前景展望74-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士期间取得的成果82

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