多功能熱泵熱水器與新型冷凝換熱器性能的研究.pdf

1、熱泵技術(shù)是一種行之有效的節(jié)能方法，廣泛用于采暖和加熱生活熱水，節(jié)約大量高品位的電能、天然氣和燃油等，減少CO2的排放，因此既有很大的經(jīng)濟(jì)效益，也有很大的社會(huì)效益，符合目前我國(guó)能源、環(huán)保的基本政策。熱泵循環(huán)與制冷循環(huán)一樣，只是前者利用冷凝器的排放熱加熱水，后者用蒸發(fā)器吸收室內(nèi)空氣顯熱來(lái)降溫。目前市售的空氣源熱泵熱水機(jī)和空調(diào)機(jī)都是獨(dú)立使用，全年中兩種設(shè)備都有大量閑置時(shí)間，因此研究開(kāi)發(fā)四季都可用的具有冷暖空調(diào)熱水三用的多功能熱泵熱水器，不僅可

2、提高熱泵設(shè)備利用率，而且在夏天冷熱兩用可以提高能效比，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，多功能熱泵熱水器在多路循環(huán)的組織，不同工況的整機(jī)和關(guān)鍵部件的性能都與空調(diào)機(jī)有很大區(qū)別，因此，本論文針對(duì)多功能熱泵熱水器系統(tǒng)開(kāi)展了研究。
　　 由于熱泵熱水器的出水溫度相對(duì)一定在55℃左右，而環(huán)境氣溫變動(dòng)很大，因此，本文首先對(duì)熱泵熱水器單獨(dú)制熱水和制冷制熱水模態(tài)進(jìn)行了熱力學(xué)分析，揭示了熱泵熱水器的性能系數(shù)隨環(huán)境溫度、冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的變化規(guī)律；在此基

3、礎(chǔ)上，與其它熱水制取系統(tǒng)作了綜合比較，分析了運(yùn)用熱泵技術(shù)制取熱水的節(jié)能性和社會(huì)效益。
　　 其次，本文提出一種多回路分立循環(huán)的多功能熱泵熱水器，在循環(huán)回路的組織上，僅僅在原有空調(diào)器上增加了較少的零部件，用最少的切換閥自動(dòng)切換，組織了四種獨(dú)立循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)器和熱水器的有機(jī)結(jié)合。夏天可以制熱水兼制冷、單獨(dú)制冷和單獨(dú)制熱水功能，春秋天可以熱泵制熱水功能，冬天可以供熱水和供暖功能，提高了電器的利用率和充分發(fā)揮了熱泵的節(jié)能效果。

4、　　 再次，因?yàn)闊崴?冷凝換熱器是實(shí)現(xiàn)熱泵制熱水的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的換熱器不能滿足熱泵熱水器的使用要求，所以本文提出了帶導(dǎo)流套筒換熱器和帶肋盤管式緊湊換熱器，并建立基本模型，利用Fluent軟件對(duì)帶導(dǎo)流套筒的熱水換熱器在零出水儲(chǔ)水加熱期和240L/h流量供水加熱期的情況下的溫度分布和水箱內(nèi)部速度分布，并與普通的盤管浸泡式換熱器進(jìn)行了比較，結(jié)果表明本文方案的傳熱性能遠(yuǎn)優(yōu)于后者，有關(guān)數(shù)據(jù)和分析為此類換熱器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。對(duì)帶肋盤

5、狀螺旋管雙旋流逆流式換熱器進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，獲得其換熱性能和流動(dòng)阻力特性，并通過(guò)回歸的方法獲得此換熱器的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式，為該類型換熱器性能的計(jì)算和設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　 最后，將一臺(tái)空調(diào)器改制成多功能的熱泵熱水器，并采用了帶導(dǎo)流套筒換熱器作為熱水-冷凝熱泵熱水器，并建立了一套熱泵熱水器的性能測(cè)試裝置，測(cè)試研究了多功能熱泵熱水器在多個(gè)模態(tài)及其轉(zhuǎn)換運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中的壓力分布及其變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著進(jìn)入帶導(dǎo)流套筒換熱器水量的增加，

6、總的傳熱系數(shù)也加大，由水量為120L/h時(shí)的430 W/m2.K提高到240L/h時(shí)的625 W/m2.K，考慮到套筒內(nèi)水流速度很小，總的傳熱系數(shù)能達(dá)到此值表明這種水冷冷凝器是有效的。此外在冬季惡劣氣候條件下該熱泵熱水器仍具有較高的性能系數(shù)，因此冬季使用仍可獲得較好的節(jié)能效果；而夏季制冷氣時(shí)在不影響冷氣效果的同時(shí)還可免費(fèi)獲得熱量，節(jié)能效果更明顯。整套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，功能切換自如。
　　 文末，在總結(jié)理論和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，