多功能熱泵系統(tǒng)的智能控制及能效評價方法研究.pdf

1、本課題研究的多功能熱泵系統(tǒng)(Multi-functionalheat pump system，簡稱MHPS)能夠把空調和熱水器有機的結合起來，不僅提高了綜合能效比和設備利用率，而且在夏季可以減少空調向環(huán)境的熱排放量，從而達到節(jié)能減排的目的。然而，由于MHPS的工作模式多、運行工況不穩(wěn)定并且控制復雜，機器的可靠性問題嚴重阻礙了該技術的推廣與應用。此外，由于MHPS實際的使用情況非常復雜，機組的能效與其應用的地域、用戶側的使用習慣以及用水量

2、需求等都有很大關系，因此如何制定一套有效的檢測方法以及評價指標來反映機組實際使用過程中的節(jié)能效果也十分重要。基于上述因素，本文展開了以下研究工作：
　　搭建了MHPS實驗系統(tǒng)，部件及控制系統(tǒng)的設計遵循以下原則：一、系統(tǒng)簡單可靠，運動部件盡可能少；二、控制穩(wěn)定，尤其是機組對變工況等因素的適應能力要強。針對空調兼熱水模式下的MHPS和常規(guī)空調進行了熱力學分析比較，量化了空調兼熱水模式下MHPS和常規(guī)空調機組在能效比與火用效率兩方面的差

3、異，明確了系統(tǒng)熱力性能與部件結構參數(shù)、運行工況、運行模式等因素間的關系，為系統(tǒng)的匹配優(yōu)化以及調控提供了有力的理論依據。
　　單獨制熱水模式是 MHPS的主要工作模式之一。在進行 MHPS實驗研究前，我們在恒溫室專門先進行了的空氣源熱泵熱水器的電子膨脹閥調控規(guī)律的研究。針對熱泵熱水器運行時特殊的對象特性，提出了一種具有自適應功能的雙模糊控制方法，分別對啟動階段電子膨脹閥的開度以及熱水加熱過程中電子膨脹閥的開度進行設定和調節(jié)。實驗結果

4、表明，采用上述控制方法，電子膨脹閥可以避免濕壓縮和系統(tǒng)參數(shù)的振蕩，使不可逆損失減少，從而提高了機組的效率。在環(huán)境溫度分別為5 ℃，20 ℃和35 ℃的條件下，相比熱力膨脹閥控制的系統(tǒng)，采用電子膨脹閥的熱泵熱水系統(tǒng)，其COP分別提高了8.2％，5.5%和6.1%，并且機組穩(wěn)定性得到明顯改善。
　　文中比較分析了空調制冷兼制熱水模式下系統(tǒng)的冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、過熱度、過冷度、壓縮機排氣溫度、壓縮機功率、制冷量及制冷 COP在冷凝熱水回

5、收開啟前后的變化情況。并對相關機理進行了深入分析，揭示了系統(tǒng)性能及各參數(shù)在熱回收前后變化的本質，提出了電子膨脹閥預判斷控制的策略。實驗結果表明，當水箱中的水溫較低時，在熱水回收啟動瞬間會導致空調側制冷量的突降，之后制冷量會迅速恢復并保持在熱回收之前的制冷量。由于機組的壓縮機功率在熱水回收期間也有較大幅度的下降，使得在加熱熱水過程中的平均制冷COP有所提高，系統(tǒng)整體運行更經濟。
　　分析了地理區(qū)域、用水量需求以及用戶側用水習慣對單獨

6、制熱水模式下 MHPS實際運行能效的影響，提出了用全年綜合運行工況作為參照工況點來對單獨制熱水模式下的多功能熱泵機組進行能效評定的方法。對不同模式下制冷量和制熱量的測試方法、水箱當量容積測定、水箱保溫性能評價、熱水加熱過程中輔助電加熱比例等多功能熱泵機組檢測過程中的關鍵問題展開分析研究。此外，還根據我國5個不同的氣候區(qū)域的特點，按運行模式和溫區(qū)對MHPS進行了各種運行模式的累積時間分布研究，給出了MHPS的能效評價指標 APF的計算依據