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(diào)和熱水器有機(jī)的結(jié)合起來，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方法以及評價指標(biāo)來反映機(jī)組實(shí)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，部件及控制系統(tǒng)的設(shè)計遵循以下原則：一、系統(tǒng)簡單可靠，運(yùn)動部件盡可能少；二、控制穩(wěn)定，尤其是機(jī)組對變工況等因素的適應(yīng)能力要強(qiáng)。針對空調(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，我們在恒溫室專門先進(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。針對熱泵熱水器運(yùn)行時特殊的對象特性，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(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、過熱度、過冷度、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、收開啟前后的變化情況。并對相關(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，在熱水回收啟動瞬間會導(dǎo)致空調(diào)側(cè)制冷量的突降，之后制冷量會迅速恢復(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)來對單獨(dú)制熱水模式下的多功能熱泵機(jī)組進(jìn)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(dāng)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(jī)組檢測過程中的關(guān)鍵問題展開分析研究。此外，還根據(jù)我國5個不同的氣候區(qū)域的特點(diǎn)，按運(yùn)行模式和溫區(qū)對MHPS進(jìn)行了各種運(yùn)行模式的累積時間分布研究，給出了MHPS的能效評價指標(biāo) APF的計算依據(jù)