自然冷源过冷对热泵制热性能影响的机理与实验研究

发布时间：2020-03-19 01:10

【摘要】：经济和社会的发展导致对能源的需求与日俱增。为解决这一问题,全球范围都在努力研究新能源及如何节约能源。近年来,热泵技术在全世界范围内倍受关注。采用热泵技术可以节约大量高品位能源,不同型式的热泵广泛应用在工商业,特别是家用供暖设备上。热泵兼有制热和制冷的功能,因此适用于90%的世界人口和地区。空气源热泵一般使用电驱动,采用空气作为低温热源,具有无污染物排放的特点,是一种公认的节能环保供热设备。应用热泵技术实现家庭供暖主要存在两个问题:一是低温制热时制热量不足,稳定性差;二是制热COP有待提高。制热COP的水平直接决定其是否能够作为取代传统燃煤或燃气的技术方案。本文提出了一种采用自然冷源过冷的空气源热泵系统,对其运行机理和设计方法进行研究。针对以R32为工质的热泵系统,采用自然冷源主路过冷和补气冷凝提高其制热性能。并搭建了实验系统,从理论和实验的角度对其进行研究。首先,对单级压缩热泵供热性能的衰减特征进行分析。分析压缩过程、排气温度、节流过程、吸气过热等对系统的影响规律,探讨热泵效率降低的机理,研究各种因素降低的热泵制热性能的规律。自然冷源主路过冷和补气冷凝可以改进压缩机的压缩过程、降低排气温度等,使得循环更加接近准理想热泵循环。其次,建立了自然冷源主路过冷与补气冷凝热泵系统的热力学分析模型。通过模型分析了自然冷源主路过冷与补气冷凝热泵系统在改进制热性能方面的运行规律。自然补气冷凝热泵系统能提高压缩机的指示效率与性能系数,保证机组在低温环境下运行的稳定性。详细研究自然冷源主路过冷热泵制热系统,该系统利用自然冷源主路过冷系统获取过冷度,通过过冷度、冷凝温度、蒸发温度变化计算得到排气温度、制热量、指示功率、制热COP等参数的变化规律;对辅助回路过冷系统各部件建立了数学模型并进行了模型验证,分析了冷凝温度、蒸发温度、过冷度对系统性能的影响,并与不同的循环型式进行对比。再次,搭建了主路过冷与补气冷凝系统实验装置,实验研究关键参数(排气温度、制热量、制热COP、过冷度与补气压力)对系统性能的影响。实验结果发现,主路过冷系统过冷度增大时排气温度、制热量、制热COP都降低,过冷度增高8℃时,制热COP降低0.13;对补气冷凝系统,过冷度增高排气温度、制热量、制热COP都降低,过冷度增高8℃时,制热COP降低0.15。最后,针对除霜的系统进行过冷循环的机理进行研究。研究利用过冷过程除去霜层对热泵系统的性能影响,研究霜层的特性带来的过冷容量及产生的热泵制热过程过冷。建立融霜过程与过冷的能量关系,从理论分析的角度阐述融霜过冷系统研究。
【图文】：

热泵循环,蒸发温度,自然冷源

本文研究的自然冷源过冷时制热与补气冷凝（见第 2-3 章的理型）和理想的热泵制热循环差距比较大，与逆卡诺循环也差别较大。图 2-4 制热 COPh随蒸发温度变化Figure 2-4 The variation of heating COPhwith evaporation temperature实际循环影响因素分析3.54.04.55.05.56.0-20 -15 -10 -5制热COPh蒸发温度/℃R32R410AR134aR717R22

热泵系统,实物,过冷度,单级系统

图 4-4 制热 COP 随过冷度的变化gure 4-4 The variation of heating COP with sub-coo泵系统实验装置原理如下图所示。图 42.22.42.62.83.03.23.42 4 6 8 10 12制热COP过冷度/℃单级系统主路过冷系统补气冷凝系统
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU83

【参考文献】