相变蓄热蒸发型空气源热泵系统性能实验研究

论文摘要

热泵是最重要的节能技术之一,空气源热泵具有高效节能、使用方便和绿色环保的特点,在我国空气源热泵供热替代燃煤锅炉供热具有广阔的推广应用前景。然而传统的空气源热泵长期在低温环境下运行时会出现一系列问题,基于此本文开发设计了一种相变蓄热蒸发型空气源热泵系统。相变蓄热蒸发型空气源热泵系统与传统热泵相比增加了相变蓄热器装置,实现了热泵技术和相变蓄热技术的结合。在不同的环境工况下,本热泵系统可进行供热—蓄热模式、供热—放热模式和除霜—放热模式切换运行。在环境温度高于-5℃时,系统在供热—蓄热模式下运行,解决了传统空气源热泵供热过程中存在能量供需矛盾；环境温度低于-5℃时,系统在供热—放热模式下运行,增强了空气源热泵低温运行的安全性和经济性；当环境温度较低、蒸发器结霜时,系统在除霜—放热模式下运行,实现了相变蓄热快速高效节能除霜。为了研究相变蓄热蒸发型空气源热泵系统的性能特性,本文设计组装了一台相变蓄热蒸发型空气源热泵系统实验样机,并建设了模拟室外环境的移动冷库,对热泵系统在不同环境温度和不同模式下的运行特性进行了实验测试。测试结果显示：相变蓄热蒸发型空气源热泵系统在三种模式下运行时都具有优良的性能,在超低环境温度-25℃和-30℃下运行时,制热性能系数COP分别为2.0和1.94,制热量也基本能满足供热需求,同时压缩机排汽温度显著降低。实验研究结果表明,本相变蓄热蒸发型空气源热泵系统能够解决空气源热泵在供热过程中存在的能量供需矛盾,同时提高了空气源热泵在低温运行下的各种性能,它完全可以推广应用到环境温度较低的广大北方地区。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景和意义
• 1.2 课题国内外研究现状
• 1.2.1 不同空气源热泵系统形式的研究
• 1.2.2 空气源热泵蓄能研究
• 1.2.3 低温空气源热泵除霜技术研究
• 1.3 课题的提出
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第二章 相变蓄热蒸发型空气源热泵系统
• 2.1 相变蓄热蒸发型空气源热泵系统的确定
• 2.2 相变蓄热蒸发型空气源热泵系统运行模式
• 2.2.1 供热—蓄热模式
• 2.2.2 供热—放热模式
• 2.2.3 除霜—放热模式
• 2.3 本章小结
• 第三章 蓄热蒸发型空气源热泵实验样机设计
• 3.1 热泵系统热力计算
• 3.1.1 平衡点温度的确定
• 3.1.2 热力工况的确定
• 3.1.3 制冷循环热力计算
• 3.2 压缩机选型计算
• 3.3 蒸发器设计选型计算
• 3.3.1 空气流过蒸发器的状态变化
• 3.3.2 风冷翅片式蒸发器结构参数选取
• 3.3.3 风冷翅片式蒸发器的设计和校核计算
• 3.4 冷凝器的设计选型计算
• 3.4.1 套管式冷凝器的选型
• 3.4.2 套管式冷凝器设计参数选取
• 3.4.3 套管式冷凝器设计校核计算
• 3.5 相变蓄热器的选型设计计算
• 3.5.1 相变材料的选取
• 3.5.2 相变蓄热器的设计计算
• 3.5.3 相变蓄热器的结构设计
• 3.6 节流元件设计计算
• 3.7 系统管道设计和辅助设备的选型
• 3.7.1 管道选型设计计算
• 3.7.2 辅助设备的选型
• 3.8 本章小结
• 第四章 相变蓄热蒸发型空气源热泵系统实验设计
• 4.1 实验测试系统
• 4.2 组建室外环境模拟小室
• 4.2.1 温度控制系统
• 4.2.2 湿度控制系统
• 4.3 实验系统测量装置
• 4.3.1 实验系统传感器装置及安装
• 4.3.2 实验数据采集设备
• 4.4 实验方案设计
• 4.4.1 相变蓄热蒸发型空气源热泵供热—蓄热模式
• 4.4.2 相变蓄热蒸发型空气源热泵供热—放热模式
• 4.4.3 相变蓄热蒸发型空气源热泵除霜—放热模式
• 4.5 本章小结
• 第五章 相变蓄热蒸发型空气源热泵实验结果与分析
• 5.1 相变蓄热蒸发型空气源热泵安全性实验结果与分析
• 5.2 相变蓄热蒸发型空气源热泵蒸发器性能实验结果与分析
• 5.3 相变蓄热蒸发型空气源热泵冷凝器性能实验结果与分析
• 5.4 相变蓄热蒸发型空气源热泵工质循环流量实验结果与分析
• 5.5 相变蓄热蒸发型空气源热泵经济性能实验结果与分析
• 5.6 相变蓄热蒸发型空气源热泵除霜性能实验结果与分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文