發(fā)布時(shí)間：2020-04-09 05:54

【摘要】：太陽能是一種能夠在一定范圍內(nèi)替代常規(guī)能源的清潔能源。太陽能熱泵技術(shù)有效集成了太陽能熱利用技術(shù)和熱泵技術(shù),用于供暖和制取生活熱水,是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和可再生能源利用以及污染物減排的有效技術(shù)之一。本文在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對直膨式太陽能熱泵熱水器運(yùn)行控制與能量管理進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:研究分析了直膨式太陽能熱泵熱水器工作原理,設(shè)計(jì)并搭建了以R134a為工質(zhì)的直膨式太陽能熱泵熱水器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由裸板式太陽能集熱/蒸發(fā)器、變頻壓縮機(jī)、微通道冷凝器、蓄熱水箱和電子膨脹閥等組成。組建了數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng),對各器件進(jìn)行選型、連接和調(diào)試等,編制了基于組態(tài)王的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控軟件程序,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、顯示、存儲(chǔ)等功能,能夠?qū)﹄娮优蛎涢y開度和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)控制。對大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析后,提出了直膨式太陽能熱泵熱水器運(yùn)行控制與能量管理策略,主要包括:啟動(dòng)階段電子膨脹閥初始開度算法和壓縮機(jī)初始轉(zhuǎn)速算法;系統(tǒng)正常運(yùn)行階段壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法和基于電子膨脹閥開度調(diào)節(jié)的過熱度控制算法,并對系統(tǒng)制定了合理的運(yùn)行時(shí)間。所提出的全工況控制策略有助于系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行,使能量得到更加合理的利用。研制了基于直膨式太陽能熱泵熱水器的微控制器,包括微控制器上各種元器件的選型、控制電路設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)、編制控制程序和軟硬件調(diào)試等�？刂葡到y(tǒng)主要包括:單片機(jī)最小系統(tǒng)、電子膨脹閥驅(qū)動(dòng)模塊、RS485通信模塊、顯示模塊、溫度采集模塊、按鍵掃描模塊、時(shí)鐘模塊等。對提出的運(yùn)行控制與能量管理策略進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測試研究,結(jié)果表明:系統(tǒng)初始運(yùn)行階段,能夠準(zhǔn)確計(jì)算壓縮機(jī)初始轉(zhuǎn)速和電子膨脹閥初始開度,在系統(tǒng)開機(jī)后,過熱度快速向目標(biāo)范圍5～10℃逼近;在系統(tǒng)正常運(yùn)行階段,過熱度被穩(wěn)定的控制在目標(biāo)范圍內(nèi),壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制效果良好,加熱時(shí)間誤差在5%以內(nèi)。在夏季工況時(shí),COP基本能夠達(dá)到6.0以上,平均消耗電量1.1kW h/天。在冬季工況時(shí),COP基本保持在4.0以上,平均消耗電量2.356kW h/天。提出的策略效果明顯,系統(tǒng)在各工況條件下均可安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。
【圖文】：

２．１直膨式太陽能熱泵熱水器工作原理逡逑ＤＸ－ＳＡＨＰ熱水器主要由裸板式太陽能集熱／蒸發(fā)器、ＥＥＶ、微通道冷凝器、逡逑變頻壓縮機(jī)、蓄熱水箱和連接各部件的銅管組成，如圖２－１所示。制冷劑Ｒ１３４ａ逡逑作為集熱介質(zhì)在集熱／蒸發(fā)器內(nèi)吸收太陽輻射熱而蒸發(fā)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，在冷逡逑凝器內(nèi)將熱量釋放到蓄熱水箱加熱水，，然后經(jīng)ＥＥＶ節(jié)流降壓后返回集熱／蒸發(fā)逡逑器，接著進(jìn)行下一次相同的循環(huán)過程，直到水箱中的水加熱到用戶需求溫度。逡逑馨逡逑＾邋壓縮機(jī)邐太陽能集熱／蒸發(fā)器逡逑蓄熱水箱邋邐逡逑電子膨脹閥逡逑圖２－１邋ＤＸ－ＳＡＨＰ熱水器系統(tǒng)原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＤＸ－ＳＡＨＰ邋ｗａｔｅｒ邋ｈｅａｔｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑系統(tǒng)性能系數(shù)ＣＯＰ是ＤＸ－ＳＡＨＰ系統(tǒng)重要的性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。熱水總得熱量逡逑與壓縮機(jī)總耗能的比值即為ＣＯＰ，其計(jì)算公式為：逡逑ＣＯＰ邋＝邋＾－邐（２－１）逡逑Ｋ逡逑式中，為熱水總得熱量，ｋＪ；逡逑％為壓縮機(jī)耗功，ｋＪ。逡逑２．２變頻調(diào)速技術(shù)概述逡逑隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，新的控制理論不斷提出與完善，變頻技術(shù)得逡逑到了飛速發(fā)展

交型是間接式變頻器，經(jīng)過變頻器處理后將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，在逆變器的逡逑作用下逆變?yōu)榻涣麟�。交一直一交型變頻器控制電路簡單、成本低、調(diào)節(jié)頻率逡逑范圍廣，得到了廣泛應(yīng)用，其整體組成框圖如圖２－２所示［５２］。逡逑＾整流器Ｍ邐＾逆變器ｐＭｇ）逡逑ＡＣ邐｜邋環(huán)邋Ｌ＿ｒ＿＿逡逑ｕ邐￥ｙ逡逑指邐，．．Ｉ邐指逡逑Ａ．邋邐控制邐｜邋＞逡逑丨電路逡逑＋ｊ運(yùn)指令逡逑圖２－２交一直一交變頻器結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＡＣ邋－邋ＤＣ邋－邋ＡＣ邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ逡逑交一直一交型變頻器主要包含整流電路、中間電路、控制電路和逆變電路四逡逑個(gè)部分：逡逑（１）
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU822.2;TK515

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 季杰;趙方亮;黃文竹;蔡靖雍;;直膨式太陽能熱泵制熱性能的對比研究[J];太陽能學(xué)報(bào);2016年10期

2 白旭升;李保國;朱傳輝;蘇樹強(qiáng);;太陽能熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)在農(nóng)副產(chǎn)品中應(yīng)用與展望[J];包裝與食品機(jī)械;2017年03期

3 黃文生;;太陽能熱泵空調(diào)的影響因素分析[J];產(chǎn)業(yè)與科技論壇;2014年11期

4 黃遜青;;太陽能熱泵命名亟待規(guī)范[J];電器;2010年02期

5 蔣綠林;侯亞祥;姜?dú)J青;張亮;王昌領(lǐng);陳孚江;;輻照強(qiáng)度對直膨式太陽能熱泵性能影響的研究[J];可再生能源;2015年06期

6 孫振華;王如竹;李郁武;;基于仿真與實(shí)驗(yàn)的直膨式太陽能熱泵熱水器變頻策略[J];太陽能學(xué)報(bào);2008年10期

7 王京;楊衛(wèi)國;;太陽能熱泵技術(shù)[J];邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2007年03期

8 李春娥;董華;晁風(fēng)芹;賈穎;;太陽能熱泵—地板輻射采暖系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J];制冷與空調(diào)(四川);2006年03期

9 李舒宏,武文彬,張小松,殷勇高;太陽能熱泵熱水裝置試驗(yàn)研究與應(yīng)用分析[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年01期

10 詹長軍;;太陽能熱泵聯(lián)合干燥裝置在干燥領(lǐng)域的比較優(yōu)勢[J];農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(新能源產(chǎn)業(yè));2010年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 董艷華;張振濤;楊魯偉;薛勇;呂君;戴群特;;太陽能熱泵制葡萄干技術(shù)研究進(jìn)展[A];全國農(nóng)村清潔能源與低碳技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

2 吳瑋;;太陽能熱泵在供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用[A];中國建筑學(xué)會(huì)建筑熱能動(dòng)力分會(huì)第十八屆學(xué)術(shù)交流大會(huì)暨第四屆全國區(qū)域能源專業(yè)委員會(huì)年會(huì)論文集[C];2013年

3 黃煒;張琳邡;肖占;紀(jì)河;;蓄熱型太陽能熱泵空調(diào)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[A];走中國創(chuàng)造之路——2011中國制冷學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

4 曠玉輝;王如竹;;太陽能熱泵熱水器的研制和性能測試[A];21世紀(jì)太陽能新技術(shù)——2003年中國太陽能學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

5 李郁武;王如竹;王泰華;吳靜怡;許煜雄;;直膨式太陽能熱泵熱水器系統(tǒng)性能熱力學(xué)分析[A];制冷空調(diào)新技術(shù)進(jìn)展——第四屆全國制冷空調(diào)新技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

6 李郁武;王如竹;王泰華;吳靜怡;許煜雄;;直膨式太陽能熱泵熱水器系統(tǒng)性能熱力學(xué)分析[A];第四屆全國制冷空調(diào)新技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

7 張錄陸;;太陽能熱泵的應(yīng)用與研究[A];2018供熱工程建設(shè)與高效運(yùn)行研討會(huì)論文集[C];2018年

8 蘭國彬;張小松;杜塏;;太陽能熱泵中的設(shè)備能量平衡[A];江蘇省能源研究會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1998年

9 曠玉輝;王如竹;于立強(qiáng);;太陽能熱泵供熱系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[A];中國太陽能學(xué)會(huì)2001年學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2001年

10 孔祥強(qiáng);林琳;張東;楊前明;;直膨式太陽能輔助熱泵技術(shù)的研究進(jìn)展[A];2011年全國冷凍冷藏行業(yè)與山東制冷空調(diào)行業(yè)年會(huì)暨綠色低碳新技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前7條

1 王慧 王存良;空氣太陽能熱泵開啟綠色供暖時(shí)代[N];中國經(jīng)濟(jì)時(shí)報(bào);2018年

2 康樹人　戚衛(wèi)東;太陽能熱泵技術(shù)開發(fā)的理論與實(shí)踐[N];北大荒日報(bào);2012年

3 通訊員 鮑俊平;湖北荊州 太陽能熱泵熱水設(shè)備招標(biāo)節(jié)支兩成多[N];政府采購信息報(bào);2013年

4 張博 實(shí)習(xí)生 楊利;蘇41億將落戶陜西[N];西安日報(bào);2004年

5 記者 牟明善;空氣能熱水器即將大量上市[N];濟(jì)南日報(bào);2013年

6 吳昌紅 吳紅梅;我省67項(xiàng)重大成果獲轉(zhuǎn)化資金[N];新華日報(bào);2006年

7 記者 劉慧敏;博浪公司成為國內(nèi)行業(yè)翹楚[N];寧波日報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 李郁武;直膨式太陽能熱泵熱水裝置的優(yōu)化分析與變?nèi)萘窟\(yùn)行研究[D];上海交通大學(xué);2007年

2 時(shí)國華;基于太陽能熱泵的LPG氣化系統(tǒng)研究[D];華北電力大學(xué);2015年

3 韓宗偉;太陽能熱泵潛熱蓄熱供暖系統(tǒng)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

4 楊靈艷;三套管蓄能型太陽能與空氣源熱泵集成系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 董山東;變?nèi)萘恐迸蚴教柲軣岜脽崴鬟\(yùn)行控制與能量管理[D];山東科技大學(xué);2018年

2 姜開林;變?nèi)萘恐迸蚴教柲軣岜脽崴魅r性能研究[D];山東科技大學(xué);2018年

3 宋超業(yè);直膨式太陽能熱泵熱水器的性能研究[D];廣西大學(xué);2019年

4 王帥;太陽能熱泵復(fù)合系統(tǒng)能耗分析及優(yōu)化研究[D];杭州電子科技大學(xué);2019年

5 李冠群;基于光伏/光熱集熱蒸發(fā)器的太陽能熱泵熱水器性能研究[D];上海交通大學(xué);2018年

6 和永康;直膨式太陽能熱泵溫室加溫的試驗(yàn)研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2019年

7 唐江平;太陽能熱泵系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)與研制[D];杭州電子科技大學(xué);2018年

8 李丹;基于太陽能熱泵的LNG氣化系統(tǒng)研究[D];華北電力大學(xué);2018年

9 李亞寧;PV/T太陽能熱泵聯(lián)合干燥系統(tǒng)開發(fā)及性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2018年

10 張建成;直膨式太陽能熱泵熱水器的綠色設(shè)計(jì)方法研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2620384