相变蓄热蒸发型空气源热泵控制策略研究

发布时间：2017-03-16 17:08

  本文关键词：相变蓄热蒸发型空气源热泵控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对低温环境下空气源热泵供热性能系数(COP)较低的状况,课题组经过3年多的实验研究,研发了新型相变蓄热蒸发型空气源热泵系统。主要是增设相变蓄热器。当室外环境温度高于平衡点温度时,利用蓄热技术将热量贮存在蓄热材料中;当室外环境温度比较低时,蓄热材料向系统放热,供向热用户,解决了空气源热泵在低温环境下的热量供需矛盾等问题。同时利用蓄热进行除霜,缩短了机组除霜时间,杜绝了向房间内吹冷风的现象,显著提高了空气源热泵的供热质量和运行性能。本文提出了相变蓄热器、冷凝器和蒸发器串并联相结合的相变蓄热蒸发型空气源热泵系统方案,通过合理布置相变蓄热器,将蓄热器作为后冷凝器,利用制冷剂潜热蓄热,在有效时间内加快蓄热速度。通过实验研究,确定采用80%Na2SO4?10H2O+20%Na2HPO4?12H2O作为相变蓄热材料,并提出一种有效的相变蓄热的传热计算方法,准确地计算每一时刻的蓄热量和放热量。为了实施热泵系统的控制,计算给出基于供热需求的系统工质流量与电子膨胀阀开度关系;设计了相变蓄热蒸发型空气源热泵系统控制策略,可实现供热-蓄热、供热-放热和除霜3种运行工况的自动切换以及安全保护;采用DOPsoft软件设计了人机交互界面,可实时显示、设定和监控系统参数,通过与上位机连接,可以读取和储存数据。针对热泵机组的工作稳定性和环境适应性要求,提出了基于PI调节的滞环控制方法,即温度控制环节中嵌入了回差控制方法,解决了系统工况切换频繁的问题,实现了系统不同工况之间的平稳过渡,从而延长了系统使用寿命。通过相关资质机构现场测试,所开发的相变蓄热空气源热泵系统的COP在15℃时达到4.8,环境温度为-15℃时COP为1.94,并且系统可以有效除霜,除霜时间为230s左右。相变蓄热蒸发型空气源热泵能够取缔寒冷地区传统的燃煤供热方式,为绿色、高效、节能、低碳的供热发展提供技术支撑。
【关键词】：相变蓄热 空气源热泵 供热性能系数 控制策略
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 符号表11-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景和目的12-13
• 1.2 课题国内外研究现状13-16
• 1.2.1 热泵机组控制系统硬件研究近况13-14
• 1.2.2 热泵机组控制系统控制策略研究近况14-16
• 1.3 本课题主要研究内容16-18
• 第二章 相变蓄热蒸发型空气源热泵系统18-22
• 2.1 热泵实验系统优化18-19
• 2.2 热泵系统工作原理19-20
• 2.3 热泵热水机组的整体布置20
• 2.4 本章总结20-22
• 第三章 相变蓄热器传热计算22-32
• 3.1 相变传热计算22-28
• 3.2 蓄热器性能实验计算结果28-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第四章 相变蓄热蒸发型空气源热泵热水机组控制策略及控制硬件设计32-42
• 4.1 控制系统功能32-33
• 4.2 系统控制策略设计33-39
• 4.2.1 控制研究内容33
• 4.2.2 控制要求33-34
• 4.2.3 系统总体控制方案34
• 4.2.4 系统除霜控制策略34
• 4.2.5 电子膨胀阀控制设计34-38
• 4.2.6 系统温度控制策略38-39
• 4.3 热泵热水机组控制硬件设计39-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 控制系统和控制程序设计42-62
• 5.1 程序开发平台42
• 5.2 控制系统结构42-44
• 5.3 控制系统主程序44-54
• 5.3.0 系统工作流程45
• 5.3.1 主程序设计45-46
• 5.3.2 加热控制程序46-49
• 5.3.3 除霜控制程序49-50
• 5.3.4 滞环控制程序50-51
• 5.3.5 液位控制和保护系统程序51-53
• 5.3.6 工况等待子程序53-54
• 5.4 人机界面设计54-60
• 5.4.1 人机界面软件开发环境54-55
• 5.4.2 触摸屏界面设计55-59
• 5.4.3 LabVIEW监控画面设计59-60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 控制性能测试62-76
• 6.1 热泵热水机组设计62-69
• 6.1.1 热泵机组外壳设计62-63
• 6.1.2 蓄热水箱设计63-64
• 6.1.3 相变蓄热器设计64-66
• 6.1.4 热泵硬件安装66-67
• 6.1.5 控制系统安装67-69
• 6.2 实验方案设计69-71
• 6.2.1 系统调试69-70
• 6.2.2 方案设计70-71
• 6.3 热泵热水机组控制效果71-73
• 6.4 热泵系统经济和社会效益分析73-74
• 6.5 故障分析74-75
• 6.6 本章小结75-76
• 第七章 总结和展望76-78
• 7.1 总结76
• 7.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和成果84

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3 王胜林;王华;祁先进;李洪宇;;高温相变蓄热的研究进展[A];2004全国能源与热工学术年会论文集（2）[C];2004年

4 李志永;陈超;罗海亮;邓超;;太阳能—相变蓄热供暖系统耦合传热模型的建立与实验验证[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会学术文集[C];2010年

5 刘靖;王馨;张寅平;狄洪发;江亿;;高温相变蓄热电暖器蓄放热性能实验研究[A];全国暖通空调制冷2004年学术年会资料摘要集（2）[C];2004年

6 林坤平;张寅平;狄洪发;;相变蓄热电加热地板的优点与应用可行性分析[A];全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集[C];2002年

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