跨温区高能效空气源热泵冷暖机组的研究

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随着国家政策补贴推动实施“煤改电”项目,空气源热泵技术应用于北方供暖所带来的空气质量提升效果显著。空气源热泵应用范围得到进一步推广,热泵技术随之发展,有需于更完善的控制策略和多样的功能。为了实现功能多样化,以及改善超低温环境工况下空气源热泵机组工作稳定性和提高其制热量和性能系数,本文将喷气增焓技术与复叠式热泵技术有机结合,提出了一种适用于寒冷地区的新型跨温区高能效冷暖热泵机组。  首先,本文对新型跨温区热泵系统进行理论分析,建立数学模型,在MATLAB程序中编写计算代码以及调用工质物性参数程序REFPROP的数据进行热力计算。根据工质筛选原则分析,筛选出R134a/R410A为最适合本系统的不同工况需求的系统高、低温级循环工质;对新型系统的模型作变工况运行理论分析后,得出系统不同运行模式的排气温度、制热量和系统COP随蒸发温度与冷凝温度的变化规律,并分析得到在41℃出水温度工况下模式切换温度为-12、7℃;全年运行分析得到新系统应用于不同城市的全年运行能效值APF,模式切换功能具有节能效果,并且沈阳表现出最大地发挥了系统的优越性。  然后,本文搭建了跨温区热泵系统机组实验样机,并且在低温热泵实验室中完成样机初步调试与实验,具体进行了标准工况下的实验测试、高低温级循环的主阀调节策略分析、变工况下复叠模式实验,从而得到实验结果:在标准工况-12℃环境温度/41℃出水温度下运行,实验样机的性能实际结果比热力计算预测分析的低,复叠式制热模式下制热量为8760.6W,压缩机总功率为4766.0W,其制热COP值为1.838。复叠式模式变工况下运行实验发现变化规律与热力计算模型分析所得到的规律是一致的;并分析得出水温度变化对系统影响低于环境温度变化的影响。  最后,本文针对热泵热水系统中换热器与水箱内胆间涂擦的导热硅脂材料进行了一系列实验,以实现改良其导热系数,达到增强传热效率,提升系统性能的目标。实验结果为:两类添加材料均能够增强导热硅脂的导热系数,添加纳米石墨粉的复合硅脂的粘度随加入量增多而上升急剧;最佳复合样品为添加质量分数为9%的普通石墨粉/导热硅脂复合材料的导热系数为2.2W/(m·K),粘度为484.9Pa·s。  本文对提出的新型跨温区高能效空气源热泵机组进行了系列理论分析与实验研究,希望可以为热泵研究者或工程师设计类似机组提供一定的参考借鉴。
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