直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵復(fù)合機(jī)控制策略與系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文針對(duì)直膨式太陽(yáng)輔助熱泵多功能復(fù)合機(jī)（DX-SAHPM）實(shí)驗(yàn)樣機(jī)結(jié)構(gòu)特征、數(shù)學(xué)模型與運(yùn)行控制規(guī)律進(jìn)行了深入的研究。應(yīng)用理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，研究了對(duì)DX-SAHPM熱泵系統(tǒng)運(yùn)行性能有直接影響的相關(guān)參數(shù)，揭示了內(nèi)在客觀規(guī)律；提出以獲得系統(tǒng)最佳熱性能系數(shù)COP與最大節(jié)能潛力的系統(tǒng)運(yùn)行控制策略，探索性地解決了DX-SAHPM系統(tǒng)技術(shù)推廣的瓶頸問(wèn)題。為我國(guó)該技術(shù)產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)奠定了全面的技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及其可持續(xù)發(fā)展，具

2、有重要的戰(zhàn)略意義。
　　針對(duì)課題研究總體目標(biāo)，主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面研究工作：
　　通過(guò)對(duì)DX-SAHPM系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理與熱力性能分析，指出了在系統(tǒng)中增設(shè)太陽(yáng)能集熱器是DX-SAHPM熱泵獲得最大節(jié)能潛力的根本因素；通過(guò)將DX-SAHPM熱泵系統(tǒng)與常規(guī)空氣源熱泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)比較，首次提出DX-SAHPM系統(tǒng)是普通空氣源熱泵（HP）的擴(kuò)展與延伸的概念，二者在結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)行機(jī)理上具有一定程度的相似性。在把握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，可以借

3、用普通空氣源熱泵理論對(duì)DX-SAHPM熱泵展開(kāi)研究，為DX-SAHPM熱泵系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)的研究指明了方向。
　　從DX-SAHPM系統(tǒng)的循環(huán)機(jī)理、結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，綜合考察研究了系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)傳熱傳質(zhì)的特點(diǎn)。提出對(duì)于系統(tǒng)壓縮機(jī)和電子膨脹閥采用集中參數(shù)法建模，由于太陽(yáng)能集熱器與蒸發(fā)器換熱情況的復(fù)雜性，采用分布參數(shù)法建立其數(shù)學(xué)模型；通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真數(shù)值模擬計(jì)算，獲得影響研究對(duì)象供熱性能的多種影響因素相互之間的內(nèi)在規(guī)律及其特點(diǎn)；指出了在氣候參數(shù)

4、相對(duì)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)參數(shù)相對(duì)固定的條件下，采用壓縮機(jī)變?nèi)萘空{(diào)節(jié)與電子膨脹閥變開(kāi)度調(diào)節(jié)是提高系統(tǒng)熱性能、獲得最佳COP值的基本控制策略。
　　影響DX—SAHPM系統(tǒng)性能的因素主要有氣候、結(jié)構(gòu)與運(yùn)行三類(lèi)參數(shù)。氣候參數(shù)包括環(huán)境溫度、太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)參數(shù)包括太陽(yáng)能集熱器面積、水箱容積、室內(nèi)機(jī)面積、室外機(jī)面積，運(yùn)行參數(shù)包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、電子膨脹閥開(kāi)度、室外機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、室內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。本文以這三類(lèi)參數(shù)作為仿真計(jì)算的輸入量，基于整個(gè)系統(tǒng)仿真模型的

5、模擬計(jì)算，全面分析這些參數(shù)對(duì)于直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵多功能復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行特性（包括制冷劑流量、冷凝溫度、蒸發(fā)器過(guò)熱度、蓄熱時(shí)間、室內(nèi)溫度、供熱量、壓縮機(jī)耗功、系統(tǒng)熱性能系數(shù)、能效比）的影響。
　　針對(duì)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的快速性與舒適性特點(diǎn)與要求，提出室內(nèi)溫度采用PID與自適應(yīng)分段控制的思想與方法。實(shí)際仿真結(jié)果表明：本文提出的DX-SAHPM熱泵系統(tǒng)“PID+自適應(yīng)聯(lián)合調(diào)節(jié)”策略有助于系統(tǒng)獲得更加良好的熱舒適度?；谑彝馓?yáng)集熱器/蒸發(fā)器雙熱

6、源供熱模式，研究了電子膨脹閥調(diào)節(jié)室外蒸發(fā)器過(guò)熱度與壓縮機(jī)變?nèi)萘空{(diào)節(jié)室內(nèi)冷凝器過(guò)冷度、滿(mǎn)足室內(nèi)供熱與熱水負(fù)荷的控制原理與實(shí)現(xiàn)方法。
　　成功研究、建立了一個(gè)DX-SAHPM熱泵實(shí)驗(yàn)樣機(jī)及其運(yùn)行參數(shù)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）測(cè)驗(yàn)臺(tái)，并于2006年1月至2009年4月對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。驗(yàn)證了本文提出的DX-SAHPM熱泵循環(huán)機(jī)理（ZL200420040156.4復(fù)合熱源供暖裝置），實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明：本文提出的DX-SAHPM熱泵

7、循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可行，與普通空氣源熱泵COP值相比， DX-SAHPM熱泵系統(tǒng)COP值高出約62％，顯示了直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵復(fù)合系統(tǒng)具有強(qiáng)大的節(jié)能潛力；實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了本文所建數(shù)學(xué)模型及其仿真結(jié)果的正確性。并獲取了包括部件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)匹配、運(yùn)行控制等在內(nèi)的第一手實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和必要的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為該系統(tǒng)的深入研究和實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　在對(duì)全文工作總結(jié)的基礎(chǔ)上，指出了直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵復(fù)合系統(tǒng)（DX-SAHPM）