多功能熱泵系統(tǒng)的智能控制及能效評(píng)價(jià)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(jiǎn)稱MHPS)能夠把空調(diào)和熱水器有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，不僅提高了綜合能效比和設(shè)備利用率，而且在夏季可以減少空調(diào)向環(huán)境的熱排放量，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。然而，由于MHPS的工作模式多、運(yùn)行工況不穩(wěn)定并且控制復(fù)雜，機(jī)器的可靠性問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了該技術(shù)的推廣與應(yīng)用。此外，由于MHPS實(shí)際的使用情況非常復(fù)雜，機(jī)組的能效與其應(yīng)用的地域、用戶側(cè)的使用習(xí)慣以及用水量

2、需求等都有很大關(guān)系，因此如何制定一套有效的檢測(cè)方法以及評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)反映機(jī)組實(shí)際使用過(guò)程中的節(jié)能效果也十分重要。基于上述因素，本文展開(kāi)了以下研究工作：
　　搭建了MHPS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，部件及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循以下原則：一、系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，運(yùn)動(dòng)部件盡可能少；二、控制穩(wěn)定，尤其是機(jī)組對(duì)變工況等因素的適應(yīng)能力要強(qiáng)。針對(duì)空調(diào)兼熱水模式下的MHPS和常規(guī)空調(diào)進(jìn)行了熱力學(xué)分析比較，量化了空調(diào)兼熱水模式下MHPS和常規(guī)空調(diào)機(jī)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(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行工況、運(yùn)行模式等因素間的關(guān)系，為系統(tǒng)的匹配優(yōu)化以及調(diào)控提供了有力的理論依據(jù)。
　　單獨(dú)制熱水模式是 MHPS的主要工作模式之一。在進(jìn)行 MHPS實(shí)驗(yàn)研究前，我們?cè)诤銣厥覍ｉT(mén)先進(jìn)行了的空氣源熱泵熱水器的電子膨脹閥調(diào)控規(guī)律的研究。針對(duì)熱泵熱水器運(yùn)行時(shí)特殊的對(duì)象特性，提出了一種具有自適應(yīng)功能的雙模糊控制方法，分別對(duì)啟動(dòng)階段電子膨脹閥的開(kāi)度以及熱水加熱過(guò)程中電子膨脹閥的開(kāi)度進(jìn)行設(shè)定和調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jī)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(jī)組穩(wěn)定性得到明顯改善。
　　文中比較分析了空調(diào)制冷兼制熱水模式下系統(tǒng)的冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、過(guò)熱度、過(guò)冷度、壓縮機(jī)排氣溫度、壓縮機(jī)功率、制冷量及制冷 COP在冷凝熱水回

5、收開(kāi)啟前后的變化情況。并對(duì)相關(guān)機(jī)理進(jìn)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(zhì)，提出了電子膨脹閥預(yù)判斷控制的策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水箱中的水溫較低時(shí)，在熱水回收啟動(dòng)瞬間會(huì)導(dǎo)致空調(diào)側(cè)制冷量的突降，之后制冷量會(huì)迅速恢復(fù)并保持在熱回收之前的制冷量。由于機(jī)組的壓縮機(jī)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(guò)程中的平均制冷COP有所提高，系統(tǒng)整體運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)。
　　分析了地理區(qū)域、用水量需求以及用戶側(cè)用水習(xí)慣對(duì)單獨(dú)

6、制熱水模式下 MHPS實(shí)際運(yùn)行能效的影響，提出了用全年綜合運(yùn)行工況作為參照工況點(diǎn)來(lái)對(duì)單獨(dú)制熱水模式下的多功能熱泵機(jī)組進(jìn)行能效評(píng)定的方法。對(duì)不同模式下制冷量和制熱量的測(cè)試方法、水箱當(dāng)量容積測(cè)定、水箱保溫性能評(píng)價(jià)、熱水加熱過(guò)程中輔助電加熱比例等多功能熱泵機(jī)組檢測(cè)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)分析研究。此外，還根據(jù)我國(guó)5個(gè)不同的氣候區(qū)域的特點(diǎn)，按運(yùn)行模式和溫區(qū)對(duì)MHPS進(jìn)行了各種運(yùn)行模式的累積時(shí)間分布研究，給出了MHPS的能效評(píng)價(jià)指標(biāo) APF的計(jì)算依據(jù)