【摘要】：太陽能是一種能夠在一定范圍內替代常規(guī)能源的清潔能源。太陽能熱泵技術有效集成了太陽能熱利用技術和熱泵技術,用于供暖和制取生活熱水,是實現建筑節(jié)能和可再生能源利用以及污染物減排的有效技術之一。本文在大量實驗的基礎上,對直膨式太陽能熱泵熱水器運行控制與能量管理進行了研究,主要內容如下:研究分析了直膨式太陽能熱泵熱水器工作原理,設計并搭建了以R134a為工質的直膨式太陽能熱泵熱水器實驗平臺。實驗平臺主要由裸板式太陽能集熱/蒸發(fā)器、變頻壓縮機、微通道冷凝器、蓄熱水箱和電子膨脹閥等組成。組建了數據采集與控制系統,對各器件進行選型、連接和調試等,編制了基于組態(tài)王的數據采集與監(jiān)控軟件程序,可以實現數據實時采集、顯示、存儲等功能,能夠對電子膨脹閥開度和壓縮機轉速進行自動控制。對大量的實驗數據進行研究分析后,提出了直膨式太陽能熱泵熱水器運行控制與能量管理策略,主要包括:啟動階段電子膨脹閥初始開度算法和壓縮機初始轉速算法;系統正常運行階段壓縮機轉速調節(jié)方法和基于電子膨脹閥開度調節(jié)的過熱度控制算法,并對系統制定了合理的運行時間。所提出的全工況控制策略有助于系統穩(wěn)定高效運行,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、控制電路設計、PCB板設計、編制控制程序和軟硬件調試等。控制系統主要包括:單片機最小系統、電子膨脹閥驅動模塊、RS485通信模塊、顯示模塊、溫度采集模塊、按鍵掃描模塊、時鐘模塊等。對提出的運行控制與能量管理策略進行了大量的實驗測試研究,結果表明:系統初始運行階段,能夠準確計算壓縮機初始轉速和電子膨脹閥初始開度,在系統開機后,過熱度快速向目標范圍5～10℃逼近;在系統正常運行階段,過熱度被穩(wěn)定的控制在目標范圍內,壓縮機轉速控制效果良好,加熱時間誤差在5%以內。在夏季工況時,COP基本能夠達到6.0以上,平均消耗電量1.1kW h/天。在冬季工況時,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,系統在各工況條件下均可安全、高效、穩(wěn)定運行。
【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、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逡逑作為集熱介質在集熱／蒸發(fā)器內吸收太陽輻射熱而蒸發(fā)，經壓縮機壓縮后，在冷逡逑凝器內將熱量釋放到蓄熱水箱加熱水，，然后經ＥＥＶ節(jié)流降壓后返回集熱／蒸發(fā)逡逑器，接著進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逡逑系統性能系數ＣＯＰ是ＤＸ－ＳＡＨＰ系統重要的性能評價標準。熱水總得熱量逡逑與壓縮機總耗能的比值即為ＣＯＰ，其計算公式為：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％為壓縮機耗功，ｋＪ。逡逑２．２變頻調速技術概述逡逑隨著科技的不斷進步與發(fā)展，新的控制理論不斷提出與完善，變頻技術得逡逑到了飛速發(fā)展

交型是間接式變頻器，經過變頻器處理后將交流電轉換成直流電，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、調節(jié)頻率逡逑范圍廣，得到了廣泛應用，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運指令逡逑圖２－２交一直一交變頻器結構圖逡逑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部分：逡逑（１）
【學位授予單位】：山東科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU822.2;TK515

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本文編號：2620384