模块式多功能空气源热泵机组性能研究

发布时间：2020-10-23 00:31

　　 随着人民生活水平的不断提高,人们对办公和生活环境的舒适性要求也越来越高,空调和各类热水设备得到广泛使用。针对现有空调和生活热水的需求同时存在的场合,为降低空调及热水设备的初投资,提高设备利用率和降低能耗,探索一种可实现制冷、制热和制生活热水多功能一体的热泵机组,成为有效解决目前空调、热水设备能耗大、运行管理复杂、成本高的问题的有效途径。为此,本文针对性的提出一种模块式多功能空气源热泵机组,在实现机组制冷制热外,还可提供用户所需的生活热水,实现空调+热水机的组合的替代。该系统具有性能系数高,稳定性好,结构紧凑,安装和维护方便等特点,同时系统在夏季制冷时可免费获得热水。本文通过理论与实验的方法,构建出模块化多功能空气源热泵系统,并搭建出样机平台,在此基础上开展了系统性能与优化研究,并通过模块式多功能空气源热泵系统除霜策略研究,提出了优化的除霜控制策略,具体主要研究内容如下:(1)模块化多功能空气源热泵系统的构建与优化。现有多功能空气源热泵存在结构复杂,系统稳定性不高等不足,论文针对性的提出了双四通换向阀的系统结构,构建出相应的模块化多功能空气源热泵系统。多功能空气源热泵蒸发温度可在-20~35℃之间,系统冷凝温度超过65℃。开展了热泵系统风侧冷凝器优化研究,优化设计出直径为φ6.94的铜管铝翅片冷凝器,使冷凝器外形尺寸减小,实现了系统结构的紧凑,同时开展水侧换热器优化设计,设计出选用φ7.95内螺纹高效换热管的系统壳管式水换热器(干式蒸发器)。系统采用独立的双系统结构,采用了电子膨胀阀加毛细管的节流方式,并对毛细管的长度进行了优化研究,系统管路流速和压降开展了设计优化。基于理论研究和实验测试获得了系统的最佳制冷剂加注量,最佳加注量下,系统的制冷量和能效比达到最大值,通过测试,样机最佳R410a制冷剂加注量为6.2kg。(2)开展了模块式多功能空气源热泵系统性能研究。利用已有的焓差实验室开展对系统进行不同工况下的测试实验研究,实现在环境温度16~43℃范围内的全工况测试实验,在环境温度35℃,冷水出水温度7℃时,机组COP值可达3.01,制冷+制热水模式测试运行时,制冷侧保持出水温度7℃,热水出水温度35~50℃区间,机组综合COP值在7以上;在环境温度-10~10℃范围对系统制热(出水温度45℃)和制热水(出水温度50℃)进行测试研究,在环境温度7℃,出水温度45℃时,多功能热泵COP值为3.2,与其他厂家同类产品进行了性能比价测试,当环境温度降低到-10℃,多功能热泵制热量高于其他厂家热泵约5%。(3)模块式多功能空气源热泵系统除霜策略研究,在焓差实验室营造低温高湿工况,开展系统对除霜测试及其控制研究,提出对多功能热泵除霜的进入翅片温度根据室外环境温度T和前次除霜时间的变化进行调整,前次除霜时间的变化及热泵出水温度的变化来判断确定控制策略,并进行了实验验证;系统在环境温度0℃工况进行6小时连续除霜运行,系统除霜周期在50分钟,每次化霜时间在3分20秒左右,翅片换热器结霜均匀,除霜干净,测试数据比较,智能除霜的多功能热泵平均制热量相对于传统定期除霜模式提高13.6%左右。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU83
【部分图文】：

图 1-1 热泵可使用区域示意图对于热负荷小于 1000kW 的空调使用场所，选用多功能模块机有很几个方面，1.机组综合能效比高，解决空调和热水的同时需求，每系统结构、双压缩机运行，压缩机逐台启动，既降低了启动电流能，当系统中有压缩机故障时，其他待机压缩机可立即投入运行负荷效率高。2.节省空间，多功能模块机组机组体积小、重量轻。顶或室外其它地方，无需另建机房，为建筑省安装空间。模块化以以标准的模块单元进行生产和运输。在安装现场组合成完整的重量轻、体积小，使机组运输、安装及调试与维护更加方便，节省用。3.使用灵活可靠，多功能模块化的风冷式冷水热泵机组，其每立运行，互为备用。某一个制冷回路发生故障情况都不会影响其他，机组的制冷、制热、制热水量保持相对稳定。空气侧换热器采用水铝膜材料制成的波纹强化铝翅片经机械涨管制成，具有效率高不易结霜的特点。采用φ6.94 的铜管铝翅片冷凝器设计，空间利小，且风冷换热器表面风速更为均匀，有效改善了气流组织。4.维在现场安装灵活。

图 2-4 涡旋压缩机轮柔性涡旋压缩机径向柔性确保涡旋盘接触，但是允许涡旋盘向一液体通过而不至损坏涡旋盘，在机组有带液运行时，不会立刻损坏持涡旋盘尖端恒定、均匀的压力消除泄漏，这样保证机组在高压比加。所以这种压缩适合用于运行工况宽广的多功能热泵系统KSE-TFP 涡旋压缩机。压缩选型计算图 2-5

图 2-4 涡旋压缩机谷轮柔性涡旋压缩机径向柔性确保涡旋盘接触，但是允许涡旋盘向一侧分离从和液体通过而不至损坏涡旋盘，在机组有带液运行时，不会立刻损坏压缩机，维持涡旋盘尖端恒定、均匀的压力消除泄漏，这样保证机组在高压比运行时泄增加。所以这种压缩适合用于运行工况宽广的多功能热泵系统。系统4KSE-TFP 涡旋压缩机。压缩选型计算图 2-5
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本文编号：2852296