复叠式中高温空气源热泵系统的特性研究

发布时间：2017-10-14 22:45

  本文关键词：复叠式中高温空气源热泵系统的特性研究

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【摘要】：针对常规空气源热泵在低温环境下不能满足中高温加热的需求,本文提出了一种可适应较大加热水温和环境温度变化的复叠式中高温空气源热泵系统,在复杂的变工况条件下,机组两压缩机都运行在压缩机安全运行界限内,机组可安全高效运行。通过设置双通道式翅片管蒸发器和三通道壳管套管式冷凝蒸发器,该系统的低温级循环和高温级循环相对独立,该热泵机组可复叠运行、单级单独运行、单级联合运行等多种运行模式,从而满足不同的工况和用户需求。基于压缩比2-8、排气温度小于110℃、冷凝温度大于20℃的单级循环运行界限,对系统进行了热力计算分析,确定了系统两单级循环运行范围。热力分析结果表明,蒸发温度较低,单级循环最高冷凝温度较低,且随蒸发温度降低,最高冷凝温度逐渐减小；中间温度对复叠热泵循环运行界限影响较大,当该复叠热泵以以最佳制热能效比对应的中间温度运行时,其安全运行范围较小,在合适范围内,以恒定中间温度的方式运行,可明显扩大复叠热泵循环的运行界限；固定中间温度20℃进行热力计算,得到该复叠热泵循环运行范围为：低温级循环蒸发温度-20℃～0℃,高温级循环冷凝温度40℃～75℃。根据机组的设计选型,对系统进行了数值建模及仿真计算,模拟得到该复叠热泵循环的运行范围为：环境温度-10℃～12℃,入水温度35℃～65℃。依据单级循环和复叠循环的运行界限分析结果,通过单级循环和复叠热泵循环的切换,该机组可满足空气源热泵的全部工况要求。随着入水温度的降低和环境温度的升高,复叠热泵循环制热能效比增大；复叠热泵循环制热量只和入水温度有关,且随入水温的的升高而减小。环境温度-10℃、进水温度65℃工况下,复叠热泵循环制热量为11.5kW,制热能效比为2.05。设计工况下,复叠热泵循环中间温度变化范围为12℃～15℃,中间温度越高,制热量和制热能效比越大。基于以上分析,本文分别以制热量优先、制热能效比优先和机组寿命优先为目标,制定了机组的三种运行策略,并对比分析了三种运行策略的加热时间、耗电量和综合制热能效比等性能参数。
【关键词】：复叠热泵 中高温热泵 空气源热泵 三通道套管壳管式冷凝蒸发器 双通道翅片管蒸发器
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 主要符号表16-17
• 1 绪论17-28
• 1.1 课题研究背景及意义17-19
• 1.2 高温热泵工质的研究现状19-22
• 1.2.1 纯工质的研究20-21
• 1.2.2 混合工质的研究21-22
• 1.3 大温升热泵系统的研究现状22-26
• 1.3.1 多级压缩热泵的研究23-24
• 1.3.2 单级压缩自然复叠热泵的研究24
• 1.3.3 复叠式热泵的研究24-25
• 1.3.4 单、双级耦合热泵的研究25
• 1.3.5 多级串联热泵的研究25-26
• 1.3.6 组合式热泵的研究26
• 1.4 高温热泵系统部件的研究现状26-27
• 1.5 课题的提出和主要研究内容27-28
• 2 复叠式中高温热泵系统的热力计算及分析28-51
• 2.1 复叠热泵循环的工质筛选30-33
• 2.2 单级循环运行界限确定33-38
• 2.2.1 R410A循环运行界限确定及性能分析35-36
• 2.2.2 R134a循环运行界限确定及性能分析36-38
• 2.3 复叠热泵循环的运行界限确定及热力性能分析38-46
• 2.3.1 复叠热泵循环中间温度的分析38-40
• 2.3.2 最优制热能效比的复叠热泵循环40-42
• 2.3.3 中间温度恒定的复叠热泵循环42-46
• 2.4 复叠式中高温空气源热泵系统运行模式46-49
• 2.4.1 制热量优先的复叠热泵系统运行模式47-48
• 2.4.2 制热能效比优先的复叠热泵系统运行模式48-49
• 2.5 本章小结49-51
• 3 复叠式中高温空气源热泵系统的设计51-65
• 3.1 系统形式的确定51-53
• 3.2 设备的选型计算53-63
• 3.2.1 压缩机的选型53-55
• 3.2.2 双通道翅片管蒸发器的选型计算55-60
• 3.2.3 三通道壳管套管冷凝蒸发器的设计计算60-61
• 3.2.4 高温级冷凝器的选择61
• 3.2.5 节流装置的设计选型61-62
• 3.2.6 管路的设计62
• 3.2.7 充注量的确定62-63
• 3.2.8 其他辅助设备的选型63
• 3.3 复叠空气源热泵热水机组设备表63-64
• 3.4 本章小结64-65
• 4 复叠式中高温空气源热泵机组的仿真模型65-82
• 4.1 模型的建立65-71
• 4.1.1 制冷剂和载冷剂物性的计算模型65-66
• 4.1.2 压缩机模型66-68
• 4.1.3 冷凝器换热模型68-69
• 4.1.4 蒸发器换热模型69-70
• 4.1.5 冷凝蒸发器换热模型70-71
• 4.1.6 膨胀阀模型71
• 4.2 模型中相关参数的计算71-74
• 4.2.1 管内单相流动换热关联式71-72
• 4.2.2 管内冷凝的换热关联式72
• 4.2.3 管内蒸发的换热关联式72-73
• 4.2.4 空气侧换热对流换热关联式73-74
• 4.2.5 析湿系数的求解74
• 4.3 部件与系统的算法流程74-80
• 4.3.1 蒸发器的算法流程74-75
• 4.3.2 冷凝器的算法流程75-76
• 4.3.3 冷凝蒸发器的算法流程76-77
• 4.3.4 单级循环算法流程77-78
• 4.3.5 低温级定频的复叠热泵循环算法流程78-79
• 4.3.6 低温级变频的复叠热泵循环算法流程79-80
• 4.4 本章小结80-82
• 5 复叠式中高温空气源热泵系统仿真及分析82-98
• 5.1 R134a单级循环仿真结果分析82-85
• 5.1.1 R134a单级循环运行范围82-84
• 5.1.2 R134a单级制热循环性能84-85
• 5.2 R410A单级循环仿真结果及分析85-88
• 5.2.1 R410A单级循环运行范围86-88
• 5.2.2 R410A单级制热循环性能88
• 5.3 复叠热泵循环仿真结果及分析88-96
• 5.3.1 复叠热泵循环运行范围89-91
• 5.3.2 复叠热泵循环的性能91-93
• 5.3.3 中间温度对复叠热泵循环的影响93-95
• 5.3.4 冷凝蒸发器面积对复叠热泵循环的影响95-96
• 5.4 复叠式中高温空气源热泵的运行范围汇总96-97
• 5.5 本章小结97-98
• 6 复叠式中高温空气源热泵机组的运行策略分析98-106
• 6.1 制热量优先的运行控制策略98-99
• 6.2 制热能效比优先的控制策略99-101
• 6.3 机组寿命优先的运行策略101-102
• 6.4 运行策略对比分析102-105
• 6.5 本章小结105-106
• 7 总结与展望106-108
• 7.1 主要研究成果106-107
• 7.2 工作展望107-108
• 致谢108-109
• 参考文献109-113
• 附录113

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本文编号：1033614