直膨式太阳能辅助热泵空调及热水系统的研究

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1、中文摘要中文摘要本文对直膨式太阳能辅助热泵技术在空调及热水方面的应用作了深入的研究。在对小型直膨式太阳能辅助热泵热水器装置的实际运行性能及其影响因素进行了综合分析研究的基础上，提出了一种新型的直膨式太阳能辅助热泵空调及热水系统的新方案，可满足建筑用户对冬季采暖、夏季空调和全年热水供应的多种需求。针对以上研究内容，开展了如下的具体工作：1．从商品实用化的角度出发，研制了一台直膨式太阳能辅助热泵热水器样机，主要由裸板式太阳能集热／蒸发器(有效集热面积为1．05m2)、沉浸式冷凝换热器、立式承压储热水箱(容水量为140L)以及全封闭活塞式压缩机(额定输入功率为215W)等部件组成，具有小型化、

2、实用化、产品化特征，并获得了国家发明专利。2．对所研制的热水器样机进行了长期的性能研究，获得了大量具有实用价值和指导意义的实验结果，为系统仿真和优化提供了可靠的依据。在室内模拟光源照射下，该系统的平均热水加热功率为1．04kW，平均COP达4．18。在室外实际工况下，该热水器在上海地区的各种气候条件下均能够可靠生产40～60℃生活热水，冬季平均COP为2-3，春季为3．1，夏季达到3．7。3．建立了以分布参数为基础的太阳能集热，蒸发器和冷凝器的数学模型，进而建立了整个直膨式太阳能辅助热泵热水器的动态仿真模型。以实际工况参数作为仿真输入量，将仿真结果与实测数据加以对比分析，二者能够较好吻合

3、。利用该动态仿真模型，从内部特性参数(太阳能集热／蒸发器结构、冷凝器结构、压缩机容量、储热水箱容积、制冷剂性质)及外部特性参数(太阳辐射强度、环境温度、相对湿度、室外风速、负载水温、初始水温)出发，全面分析这些参数对直膨式太阳能辅助热泵热水器运行特性的影响。4．针对太阳能集热／蒸发器表面在冬季湿冷工况下出现的结霜现象，进行了较为详细的模拟研究和分析，揭示了结霜过程中的换热特性以及环境参数对表面结霜的影响。以实验和理论研究的结果为依据，对直膨式太阳能辅助热泵热水器的变频控制策略进行了探讨，重点分析了系统CDP与热水温度和太阳能集热／蒸发板温度之间的关系，指出采用这两个温度参数作为控制输入量

4、来调整压缩机频率的可行性。5．将直膨式太阳能辅助热泵系统与建筑采暖／空调系统相结合，构建一种冬季可采暖、夏季可制冷、四季均可提供生活热水的直膨式太阳能辅助热泵空调及热水系统，并对该系统进行全面的能量分析。在此基础上，通过建立直膨式太阳能辅助热泵空调及热水系统的动态仿真模型，对系统的全年工作性能进行了预测和分析，以验证该系统方案的技术可行性，并为进一步完善与改进系统的性能打下了基础。6．成功研制了一套直膨式太阳能辅助热泵空调及热水系统实验样机，并于2004年1月至2004年7月对该样机进行了冬季供暖、春季供热水以及夏季供冷的实验研究，主要考察了系统的实际工作性能，分析了系统各部件之间的匹配

5、关系，并获取了包括部件设计、系统匹配、运行控制等在内的第一手实验数据和必要的实践经验，为该系统的深入研究和实际应用打下基础。上海交通大学博士学位论文7．在总结全文工作的基础上，对直膨式太阳能辅助热泵研究工作的进一步开展提出了研究方向。关键词：太阳能，热泵，直膨式，热水器，空调英文摘要ABSTRACTThispaFIerconcentratedondirect-expansionsolar-assistedheatpumpfDX．SAHnsystemsforresidentialuse．Throughexperimentalandtheoreticalmethods．thelong．ter

6、mthermalperformanceofaDX．SA廿waterheaterwasinvestigated．andtheeffectsofvariousparametersonitsthermalperformancewereanalyzed．Basedupontheabovework．anewmulti—functionalDX—SAHPsystemwaspromoted．whichcanprovidespaceheating．coolinganddomestichotwaterforbuildings．AtthesalTletime，anexperimentalprototypew

7、asdevelopedtostudyitsrealoperationperformance．Themainworksaresummarizedasfollowing：1．ADX．SAHPwaterheaterwasdesignedandfabricated．whichconsistedofanunglazedSolarcollector／evaporatorwithaexposureareaof1．05m。．ahotwatertan