多功能熱泵空調(diào)熱水系統(tǒng)的特性研究.pdf

1、多功能熱泵空調(diào)熱水一體系統(tǒng)是將建筑物夏季供冷，冬季供熱功能與熱泵熱水功能集成為一體的建筑物小型綜合能源系統(tǒng)。整個系統(tǒng)只是在普通熱泵空調(diào)的基礎(chǔ)上增加水一制冷劑換熱器和一些管道以及閥門等附件，是一種提高空調(diào)設(shè)備利用率和提高空調(diào)器整體能源利用率的系統(tǒng)。該系統(tǒng)在夏季的時候利用空調(diào)制冷時向環(huán)境排放的熱量制取生活熱水：過渡季節(jié)可以獨(dú)立作為熱泵熱水器運(yùn)行；冬季在制熱和制熱水間交替運(yùn)行，利用不向建筑物供熱的時間制取生活熱水。本文對多功能空調(diào)熱水一體系統(tǒng)

2、的原理及其在空氣源熱泵和地源熱泵系統(tǒng)上的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究。 本文提出多功能空氣源熱泵空調(diào)熱水一體系統(tǒng)，對系統(tǒng)構(gòu)成和功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和搭建了家用多功能熱泵空調(diào)熱水試驗(yàn)系統(tǒng)。在該試驗(yàn)系統(tǒng)上完成了夏季制冷兼制熱水的試驗(yàn)和春秋季以及冬季單獨(dú)制熱水的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明獲得40℃到50℃的生活熱水，夏季制熱水性能系數(shù)達(dá)到2．5～3．0。春秋過渡季節(jié)在2．9～2．2之間變化。冬季的平均制熱水性能系數(shù)可以達(dá)到2．1。試驗(yàn)驗(yàn)證了系

3、統(tǒng)可靠性和節(jié)能效果。 根據(jù)多功能空氣源熱泵空調(diào)熱水系統(tǒng)與太陽能熱水系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的構(gòu)想，完成了兩者聯(lián)合運(yùn)行的初步試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明兩者可以聯(lián)合運(yùn)行降低制熱水的能耗，同等升溫幅度的情況下先運(yùn)行熱泵比后運(yùn)行熱泵耗時少，耗能少。 建立了多功能熱泵空調(diào)熱水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對多功能空氣源熱泵空調(diào)熱水試驗(yàn)系統(tǒng)的不同運(yùn)行工況進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬得到的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果接近，兩者誤差在10～15％之間。通過對試驗(yàn)工況的模擬，得出了制熱量、制

4、熱水性能系數(shù)、單位制熱量、比功、單位吸熱量等參數(shù)隨熱水溫度和環(huán)境溫度變化的規(guī)律。 本文首次提出了單獨(dú)設(shè)立地源熱泵熱水器的地源熱泵空調(diào)熱水一體系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)簡單的多功能地源熱泵空調(diào)熱水一體系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上搭建了地源熱泵熱水系統(tǒng)試驗(yàn)臺，并進(jìn)行了大量的試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明地源熱泵熱水器是可行的，可以加入地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中構(gòu)成多功能地源熱泵空調(diào)熱水一體系統(tǒng)。試驗(yàn)系統(tǒng)在即熱模式運(yùn)行時，制熱水性能系數(shù)可達(dá)4．1～2．4。系統(tǒng)在儲水模式下運(yùn)行時，將

5、7．36℃水加熱到62℃，制熱水的性能系數(shù)在1．7～5．3之間，平均制熱水性能系數(shù)可達(dá)3．12。將29．83℃加熱到60℃，制熱水的制熱水性能系數(shù)在4．1～1．6之間，平均制熱水性能系數(shù)在2．85以上。 本文對多功能地源熱泵空調(diào)熱水系統(tǒng)消除和緩解地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)對土壤的吸熱/排熱不平衡現(xiàn)象進(jìn)行了研究。通過搭建的地源熱泵熱水試驗(yàn)系統(tǒng)，測得試驗(yàn)地的土壤的導(dǎo)熱系數(shù)為1．73W/（m·℃），熱擴(kuò)散率為0．71×10－6㎡/s。測得埋管換

6、熱器的吸熱量為32～37W/m。根據(jù)得到土壤熱物性通過數(shù)值計(jì)算對地下土壤的溫度變化情況進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果顯示地源熱泵熱水系統(tǒng)的引入可以有效解決或者效緩解地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)對土壤的吸熱/排熱不平衡問題。 本文較為完整的研究了多功能空氣源和多功能地源熱泵空調(diào)熱水系統(tǒng)的運(yùn)行特性，提出了利用地源熱泵熱水系統(tǒng)改善傳統(tǒng)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)向土壤的吸熱/排熱不平衡問題的思路并進(jìn)行了定量研究和數(shù)值計(jì)算。這為多功能空氣源和多功能地源熱泵系統(tǒng)的進(jìn)一步研究