冷暖生活热水三位一体户式空调机组的模拟与实验研究

摘要

随着经济的持续增长和人民生活水平的提高，人们对居住和工作环境的舒适性要求也越来越高，空调、生活卫生供水耗能在商业建筑和民用建筑中占据了很大的比重。在能源问题日益严峻的今天，推广基于热泵技术的空调热水一体装置，有益于能源的合理利用，并能有效减少设备的闲置，对节能减排和经济社会的可持续发展具有重大意义。 冷暖生活热水三位一体户式空调机组是一种通过空调水向室内供冷暖，同时实现制取生活热水的新型多功能家用热泵机组。机组包括制冷剂循环回路、生活热水回路和供冷供暖回路，可实现五种运行模式，即单独制冷模式、联合制冷与制生活热水模式、单独制热模式、联合制热与制生活热水模式和单独制生活热水。 本文对冷暖生活热水三位一体户式空调机组的基本结构、工作原理及流程进行了介绍，建立了该机组的仿真模型，搭建了机组实验台。对该机组不同模式下的运行状况进行了模拟和实验研究。 经实验和模拟，本文发现，通过同时制取空调供冷暖和生活热水，冷暖生活热水三位一体户式空调机组冬季工况下可以将机组系统总能效比（即机组的总能源利用率，空调供冷/暖和热水加热总量与压缩机功耗之比）提升5％～35％，夏季工况下可以将机组系统总能效比提升17％～170％，具有显著的节能能力；机组在冬季工况下空调供热量8kW的同时将60L水由15℃加热到50℃仅需75分钟，夏季工况下空调供冷量7.6kW的同时将120L水由20℃加热到50℃可在2小时内完成，制取生活热水速度完全可以满足家庭用户需求。 本文还通过实验和仿真结果对冷暖生活热水三位一体户式空调机组不同工作模式下运行特性进行了分析，给出了机组结构上的改进建议，并提出了稳定空调供冷/暖量并同时制取生活热水时，应根据生活热水箱水温调节压缩机频率的优化控制措施。 研究表明，冷暖生活热水三位一体户式空调机组能同时满足家庭用户空调供冷暖和生活热水加热的需求，减少了设备闲置，在机组以联合制热与制生活热水模式或联合制冷与制生活热水模式运行时，总体能效比高于空调单独制热和单独制冷的情况，是一种节约资源、节能的高效家用空调热水一体装置。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 课题的背景

1.1.2 课题的意义

1.2 国内外相关研究及进展

1.2.1 空气源热泵热水器研究现状

1.2.2 冷凝热回收及空调热水一体机组研究现状

1.3 论文的研究方法和内容

第二章 冷暖生活热水三位一体户式空调机组

2.1 冷暖生活热水三位一体户式空调机组结构

2.1.1 冷暖生活热水三位一体户式空调机组基本结构

2.1.2 制冷剂循环回路

2.1.3 生活热水回路

2.1.3 供冷供暖回路

2.2 冷暖生活热水三位一体户式空调机组不同模式的工作过程

2.2.1 单独制冷模式

2.2.2 联合制冷与制生活热水模式

2.2.3 单独制热模式

2.2.4 联合制热与制生活热水模式

2.2.5 单独制生活热水模式

2.3 机组设备选用原则及性能评估指标

2.3.1 机组部分设备的选用原则

2.3.2 生活热水加热量及目标温度

2.3.3 机组节能能力评估指标

2.4 本章小结

第三章 冷暖生活热水三位一体户式空调机组数学模型

3.1 冷暖生活热水三位一体户式空调机组系统模型

3.2 压缩机模型

3.3 节流阀模型

3.4 换热器模型

3.4.1 传热系数的计算

3.4.2 冷凝器模型算法流程

3.4.3 热水加热器模型算法流程

3.4.4 蒸发器模型算法流程

3.5 制冷剂和空气物性参数计算模型

3.5.1 制冷剂物性参数计算模型

3.5.2 空气物性参数计算模型

3.6 冷暖生活热水三位一体户式空调机组仿真平台

3.7 本章小结

第四章 冷暖生活热水三位一体户式空调机组的实验研究

4.1 冷暖生活热水三位一体户式空调机组实验台

4.1.1 实验台基本结构

4.1.2 实验台主要设备介绍

4.1.3 测点的布置及数据采集设备

4.2 单独制热模式机组运行实验研究

4.2.1 定供回水温度不同压缩机频率下机组的运行性能

4.2.2 变供水温度变负荷机组运行性能变化

4.2.3 热水加热器对单独制热模式的影响

4.2.4 实验结论

4.3 联合制热与制生活热水模式机组运行实验研究

4.3.1 联合制热与制生活热水模式机组运行实验

4.3.2 实验结论

4.4 单独制生活热水模式的实验研究

4.4.1 单独制生活热水模式机组运行实验

4.4.2 空调水换热器对单独制生活模式的影响

4.4.3 实验结论

4.5 热水加热部分的一种改进方案及相关实验

4.5.1 热水加热部分改进方案

4.5.2 改进方案效果的实验研究

4.5.3 实验结论

4.6 本章小结

第五章 冷暖生活热水三位一体户式空调机组仿真研究

5.1 仿真模型的实验验证

5.1.1 各部件仿真模型的验证

5.1.2 系统稳态仿真模型的验证

5.1.3 联合制热与制生活热水模式系统仿真数据与实验数据的比较和讨论

5.1.4 稳态仿真与单独制生活热水模式动态运行过程偏差的讨论

5.2 单独制冷模式的仿真研究

5.2.1 不同频率下机组的单独制冷模式稳态运行性能

5.2.2 单独制冷模式变供水温度变负荷时机组运行性能变化

5.2.3 仿真实验结论

5.3 联合制冷与制生活热水模式的仿真研究

5.3.1 不同水箱水温时制生活热水对空调供冷影响的模拟

5.3.2 稳定空调供冷量的联合制冷与制生活热水模式优化控制方法研究

5.3.3 仿真实验结论

5.4 联合制热与制生活热水模式的仿真研究

5.4.1 通过压缩机频率调节空调供热量的机组运行模拟

5.4.2 不同生活热水流量对压缩机频率调节幅度影响的模拟

5.4.3 联合制热与制生活热水模式优化控制策略分析

5.4.4 仿真实验结论

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文的成果及主要结论

6.2 冷暖生活热水三位一体户式空调机组的进一步研究方向与展望

参考文献

读研期间发表论文和取得的学术成果

致谢