基于微通道集热的复合热泵热水器性能研究

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1、学校代码10530学号200910061134分类号O482.3密级公开硕士学位论文基于微通道集热的复合热泵热水器性能研究学位申请人蒋志杰指导教师潘勇教授学院名称材料与光电物理学院学科专业微电子学与固体电子学研究方向太阳能空气能热水器二〇一四年五月二十日万方数据Studiesontheperformanceofthecompositeheatpumpwaterheaterbasedonmicro-channelcollectorCandidateJiangZhijieSupervisorProfessorPanYongCollegeFacultyofMaterialandP

2、hotoelectronicPhysicsProgramMicroelectronicsandSolidStateElectronicsSpecializationSolarHeatPumpWaterHeaterDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，

3、均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要基于微通道集热的复合热泵热水器是一个采用微通道集热器作为系统的辅助蒸发器和集热器，将太阳能热利用技术和空气源热泵技术合理复

4、合在一起的热泵系统。该复合热泵系统可以直接利用太阳能加热水，也可以将太阳能作为辅助蒸发热源提供给热泵系统蒸发器，能够弥补空气源热泵和太阳能热水器运行时存在的不足，缓解电热水系统能耗大和燃气热水系统热能利用效率不高等问题，推进建筑用能的合理性、科学性，加强能源的利用效率，具有明显的环境效益和经济效益。基于微通道集热的复合热泵系统结构设计巧妙，可以根据环境气候条件，通过简单有效的控制，有效提高太阳能和空气能的利用效率，实现多种工况条件下运行。而本文提出的微通道集热器是实现系统复合利用太阳能和空气能的关键部件，为了验证微通道集热器在太阳能与空气源热泵集成系统的可行性，本文对微通道

5、集热器进行了建模仿真，通过对比传统平板型集热器的平均板温、加热时间和集热效率的仿真数据，结果显示微通道集热器的平均集热效率比最佳管间距的传统平板集热器要高出9.3%，比市场常见的两种集热器分别高20.6%、30.6%，验证了微通道集热器在复合热泵系统中应用的可行性。为了验证复合热泵的工作性能，本文从复合系统的工质循环出发，基于两相区换热规律变化，采用分布参数法建立了冷凝器、蒸发器和微通道集热器的数学模型，用集中参数法建立了压缩机模型，对热力膨胀阀采用图表法建模。以长沙地区四季平均环境参数设定四季工况，确立平衡约束条件、边界条件以及部件、系统仿真算法设计，以实现整个系统模型方

6、程的求解。并采用matlab语言编写了系统的仿真程序，对系统进行了模拟计算。系统仿真主要做了两部分工作，首先分析了环境温度、光照强度对系统蒸发温度和COP值的影响，从结果可以看出微通道集热器在热泵系统中可有效提高蒸发温度和COP值，这对冬季工况下减少除霜能耗是非常有利的。同时，研究了系统在长沙地区四季运行性能，分析了不同气候条件下水温、蒸发温度和COP值随加热时间的变化关系，与电热水器和空气能热水器的四季能耗作了对比。结果表明，本文提出的复合热泵热水器比传统的空气能热水器节能25.4%，比电热水器节能71.7%，这为基于微通道集热的复合热泵热水系统的实物实验和应用提供了可靠

7、的理论依据。关键词：微通道集热器；太阳能；空气能热泵；模拟仿真I万方数据AbstractSolar-aircompoundsourceheatingpumpwaterheaterbasedonmicro-channelcollectorisaheatpumpsystemwhichadoptmicro-channelcollectorasitsauxiliaryevaporatorandcollector.Thecompositeheatpumpsystemmergedsolarthermaltechnologyan