【摘要】： 基于推動(dòng)DX-SAHP建筑節(jié)能技術(shù)在中國(guó)的推廣,本文選擇了以直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水裝置(DX-SAHPWH)為研究對(duì)象,在對(duì)自行研制的多臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的實(shí)際運(yùn)行性能及其主要影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)目前面臨的主要障礙開展了一系列的研究工作,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 基于前人的研究成果,根據(jù)上海地區(qū)氣象特點(diǎn),研制出DX-SAHPWH(A)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)(鋁制熱軋吹漲式裸板太陽(yáng)集熱板的有效集熱面積為4.20m2、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的額定輸入功率為750W、立式承壓蓄熱水箱聚氨酯保溫層厚度38mm、容水量為150L、外平衡式TEX-2型熱力膨脹閥)。春季晴天的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, DX-SAHPWH(A)在90～98分鐘內(nèi)可將150升水從14℃～20℃加熱到50℃,耗電量為0.98～1.06kWh(約1度電),系統(tǒng)的COP和ηcoll分別為5.21～6.61和88%～105%。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)針對(duì)熱泵系統(tǒng)及主要部件的有效能分析方法發(fā)現(xiàn),在DX-SAHPWH(A)的各個(gè)主要部件中,壓縮機(jī)的節(jié)能潛力最大,其次是太陽(yáng)集熱板和冷凝器,熱力膨脹閥的節(jié)能潛力最小。指出,壓縮機(jī)和太陽(yáng)集熱板之間的容量匹配對(duì)于提高系統(tǒng)的熱力性能至關(guān)重要。基于減少太陽(yáng)集熱板的有效能損失和選取有利于實(shí)現(xiàn)與建筑一體化結(jié)合的較小集熱面積的考慮,研制出DX-SAHPWH(B)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)(銅制管板焊接式裸板太陽(yáng)集熱板有效集熱面積為2.08m2、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的額定輸入功率為400W、立式承壓蓄熱水箱聚氨酯保溫層厚度38mm、容水量為150L、外平衡式TEX-2型熱力膨脹閥和DPF1.5型電子膨脹閥并聯(lián))。在秋季晴天的工況下,DX-SAHPWH(B)在164～201分鐘內(nèi)可將150升水從23℃～25℃加熱到50℃,耗電量為0.90～1.12kWh,系統(tǒng)的COP和ηcoll分別為4.13～5.12和84%～101%。由于受可選擇產(chǎn)品的限制,DX-SAHPWH(B)采用的管板焊接式太陽(yáng)集熱板和集熱管之間的換熱效果不佳,導(dǎo)致系統(tǒng)(B)的熱力性能比系統(tǒng)(A)低,不過(guò),系統(tǒng)(B)壓縮機(jī)吸氣壓力也相對(duì)較低,這有助于防止壓縮機(jī)過(guò)載,有利于系統(tǒng)安全運(yùn)行。利用電子膨脹閥在DX-SAHPWH(B)上進(jìn)行了太陽(yáng)集熱板過(guò)熱度的“開環(huán)比例-閉環(huán)PI”控制研究,通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段整定出若干組不同典型工況下的控制參數(shù),編制PC機(jī)采集/控制程序根據(jù)不同工況進(jìn)行集熱板過(guò)熱度的合理控制,并與使用熱力膨脹閥進(jìn)行過(guò)熱度控制的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比,結(jié)果表明,與熱力膨脹閥相比,電子膨脹閥可以實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確、穩(wěn)定的太陽(yáng)集熱板過(guò)熱度控制。 為有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“動(dòng)態(tài)匹配”(主要是壓縮機(jī)和太陽(yáng)集熱板之間容量的匹配)運(yùn)行,提出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)的DX-SAHPWH(C)系統(tǒng)匹配方案,并研制出實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。DX-SAHPWH(C)主要由裸板式太陽(yáng)集熱板(鋁板熱軋吹漲結(jié)構(gòu),有效集熱面積為4.20m2)、全封閉滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式變頻壓縮機(jī)(額定頻率72Hz,額定輸入功率為860W)、沉浸式銅盤管冷凝換熱器、立式承壓蓄熱水箱(聚氨酯保溫層厚度38mm、容水量為150L)、外平衡式TEX-2型熱力膨脹閥和DPF1.8型電子膨脹閥并聯(lián)、以及專門的微型控制器等部件組成。在秋季晴天的工況下進(jìn)行了初步的性能實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,DX-SAHPWH(C)在62～87分鐘內(nèi)可將150升水從23℃～30℃加熱到50℃,耗電量為0.54～0.84kWh,系統(tǒng)的COP和ηcoll分別為5.29～6.93和88%～99%;對(duì)比相近工況下系統(tǒng)的熱力性能發(fā)現(xiàn),由于采用了變頻壓縮機(jī)的容量調(diào)節(jié)方法,DX-SAHPWH(C)可以實(shí)現(xiàn)更好的部件容量匹配關(guān)系,與DX-SAHPWH(A)和(B)相比,耗時(shí)分別減少了6%和48%,壓縮機(jī)總功耗分別減少了29%和20%,COP分別提高了25%和31%,總有效能效率ηex分別提高了16%和55%。 建立DX-SAHPWH(C)的集中參數(shù)動(dòng)態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型,利用仿真計(jì)算方法深入分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)與熱力性能之間的相互關(guān)系,為容量可調(diào)的DX-SAHPWH(C)的運(yùn)行控制方案的制定提供理論依據(jù)。將數(shù)值仿真計(jì)算與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了多種工況下瞬態(tài)及總體特性參數(shù)的對(duì)比驗(yàn)證,結(jié)果表明,仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合性好;結(jié)合上海地區(qū)“典型氣象年逐時(shí)參數(shù)”數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)值仿真模型預(yù)測(cè)DX-SAHPWH全年多工況下的熱力性能,建立了系統(tǒng)全年熱力性能的數(shù)據(jù)庫(kù),在基本滿足“總耗時(shí)Δτ少于6小時(shí),COP不低于4.5(氣溫低于10℃的工況)和5.0(氣溫高于10℃的工況)”的約束條件和“蒸發(fā)溫度不高于25℃、不低于-15℃”的原則下,制定出DX-SAHPWH(C)具體的運(yùn)行控制方案,主要包括系統(tǒng)啟/停機(jī)控制規(guī)則、壓縮機(jī)頻率f隨外部環(huán)境參數(shù)I T和t 0的變化而調(diào)節(jié)的系統(tǒng)變?nèi)萘靠刂埔?guī)則、以及電子膨脹閥開度脈沖數(shù)u隨壓縮機(jī)頻率f、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度I T和集熱板過(guò)熱度ΔT sh及其偏差e的變化而調(diào)節(jié)的集熱板過(guò)熱度控制規(guī)則。然后,從硬件設(shè)計(jì)以及軟件編程兩方面開展工作,研制出基于價(jià)格低廉的8位單片機(jī)微處理器(Renesas-M37544)的專用微型控制器,以便用最低的成本完全實(shí)現(xiàn)DX-SAHPWH的制冷劑節(jié)流控制和變頻壓縮機(jī)容量調(diào)節(jié)。 另外,作者所在的研究團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)新能源領(lǐng)域企業(yè)通力合作,完成了“陽(yáng)臺(tái)安裝型直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器”的小批量試制和現(xiàn)場(chǎng)性能實(shí)測(cè),在DX-SAHPWH與建筑的一體化結(jié)合及產(chǎn)品實(shí)用化推廣方面邁出了重要一步。
【圖文】：

圖 1-1 中國(guó)太陽(yáng)能資源分布帶[100 MJ/ (m2·a)]Figure 1-1 The distribution of solar energy resource in China[4]表 1-1 中國(guó)四個(gè)太陽(yáng)能資源帶的劃分Table 1-1 The four solar energy resource zones distribution in China[4]資源帶號(hào) 名 稱 指 標(biāo)I 資源豐富帶 ≥6700 MJ/ (m2·a)II 資源較富帶 5400～6700 MJ/ (m2·a)III 資源一般帶 4200～5400 MJ/ (m2·a)IV 資源貧乏帶 ≤4200 MJ/ (m2·a)陽(yáng)能在建筑中的應(yīng)用主要包含兩大方面。其一是太陽(yáng)能熱應(yīng)用：用太陽(yáng)，以供給建筑生活用熱水、供暖或驅(qū)動(dòng)制冷；另一方面太陽(yáng)能光伏發(fā)電將太陽(yáng)輻射能通過(guò)太陽(yáng)能光付技術(shù)直接轉(zhuǎn)化為電能，為建筑提供環(huán)保的前太陽(yáng)能電池價(jià)格較高，光伏發(fā)電技術(shù)在民用建筑中還難以普遍推廣。際情況，推廣太陽(yáng)能熱利用技術(shù)，是能夠大力促進(jìn)建筑節(jié)能的。陽(yáng)能供熱水是目前實(shí)用化程度最高、應(yīng)用最普遍的太陽(yáng)能熱利用技術(shù)年的自主發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)成為世界上太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)量和銷售量最大的國(guó)經(jīng)形成了 100 億元（RMB）左右的年銷售額。但是，，常規(guī)太陽(yáng)能熱水

北半球的用戶而言，太陽(yáng)集熱板的最佳朝向是正南方，但南偏東集熱器的吸熱量沒(méi)有明顯影響[114]。部分設(shè)計(jì)的 DX-SAHPWH 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)而言，太陽(yáng)集熱板安裝在傾海市所處的緯度）的屋頂上，太陽(yáng)能總輻射表位于集熱板右下角裝于屋頂，用于測(cè)量太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度。為了自動(dòng)測(cè)量并采集室外PWH 的各種運(yùn)行參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上還安裝了若干溫度傳感器、機(jī)電功率測(cè)量表等，以便于進(jìn)一步的研究分析。SCE
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH38

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;最大太陽(yáng)能船亮相氣候大會(huì)[J];發(fā)明與創(chuàng)新(中學(xué)時(shí)代);2011年Z1期

2 ;全球最大太陽(yáng)能大廈亮相山東[J];鄉(xiāng)村科技;2010年02期

3 周燕青;吳波;;熱泵供熱技術(shù)推廣應(yīng)用存在的問(wèn)題和應(yīng)對(duì)思路[J];煤氣與熱力;2011年03期

4 ;太陽(yáng)能比基尼[J];戀愛(ài)婚姻家庭(養(yǎng)生);2011年08期

5 李曉虹;唐笑露;董岳;;“太陽(yáng)能可再生能源信譽(yù)”將成美太陽(yáng)能新政?[J];21世紀(jì)建筑材料居業(yè);2011年04期

6 ;國(guó)家太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心[J];認(rèn)證技術(shù);2010年03期

7 Christine Dejong;;ASTM E44有關(guān)太陽(yáng)能的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)[J];中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化;2010年09期

8 張君;;日本地震強(qiáng)化全球政府太陽(yáng)能政策[J];能源與節(jié)能;2011年05期

9 鵬飛;;恩智浦力推太陽(yáng)能“綠色創(chuàng)新”[J];太陽(yáng)能;2011年05期

10 ;歐洲首座太陽(yáng)能隧道在比利時(shí)投入運(yùn)營(yíng)[J];隧道建設(shè);2011年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 張莉;施志鋼;胡松濤;王剛;;太陽(yáng)能-地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)特性分析及運(yùn)行方式探討[A];全國(guó)暖通空調(diào)制冷2004年學(xué)術(shù)年會(huì)專題研討會(huì)發(fā)表論文集[C];2004年

2 張春枝;翁維安;;可再生能源在住宅建筑中的應(yīng)用分析[A];《湖北省建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能減排》論壇資料匯編[C];2008年

3 于喜哲;李德英;高巖;;北京市某農(nóng)村居民住宅太陽(yáng)能地板輻射供暖系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析[A];全國(guó)暖通空調(diào)制冷2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

4 宋力昕;章俞之;;太陽(yáng)能利用及太陽(yáng)能新材料發(fā)展?fàn)顩r[A];21世紀(jì)太陽(yáng)能新技術(shù)——2003年中國(guó)太陽(yáng)能學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

5 畢文峰;王侃宏;;太陽(yáng)能輔助加熱的土壤源熱泵性能分析[A];全國(guó)暖通空調(diào)制冷2004年學(xué)術(shù)年會(huì)資料摘要集（2）[C];2004年

6 鄭峰;吳正可;;溫州市太陽(yáng)能資源初步評(píng)估[A];首屆長(zhǎng)三角氣象科技論壇論文集[C];2004年

7 崔容強(qiáng);胡宏勛;秦玉茂;殷石健;黃燕;孫鐵囤;車孝軒;;新千年中國(guó)太陽(yáng)能光伏的曙光[A];中國(guó)第六屆光伏會(huì)議論文集[C];2000年

8 崔群;姚虎卿;陶剛;;太陽(yáng)能固體除濕制冷吸附劑的特性研究[A];江蘇省制冷學(xué)會(huì)第四屆年會(huì)論文集[C];2000年

9 康樹人;;對(duì)黑龍江省太陽(yáng)能開發(fā)利用的思考與建議[A];中國(guó)太陽(yáng)能學(xué)會(huì)2001年學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2001年

10 李忠;鄭瑞澄;何濤;;太陽(yáng)能在建筑物供暖空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[A];21世紀(jì)太陽(yáng)能新技術(shù)——2003年中國(guó)太陽(yáng)能學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 丁紫地;鋼構(gòu)“未來(lái)之屋”身懷絕技[N];中華建筑報(bào);2010年

2 陳昌成;政策扶持太陽(yáng)能進(jìn)入實(shí)操階段[N];中國(guó)企業(yè)報(bào);2007年

3 實(shí)習(xí)記者 王海燕 通訊員 周建強(qiáng) 胡玖梅;延慶推廣太陽(yáng)能年節(jié)電百萬(wàn)度[N];北京日?qǐng)?bào);2005年

4 記者 劉榮慧 蒙華;把利用太陽(yáng)能作為國(guó)家能源戰(zhàn)略的一個(gè)重點(diǎn)[N];中國(guó)建材報(bào);2005年

5 曉風(fēng);各國(guó)爭(zhēng)“寵”太陽(yáng)能[N];中國(guó)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào);2005年

6 一舟;太陽(yáng)能熱水器拒絕劣質(zhì)品[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2005年

7 本報(bào)記者　馮永鋒　通訊員　陳文軍;太陽(yáng)能盼望“與建筑擁抱”[N];光明日?qǐng)?bào);2005年

8 張卉;太陽(yáng)能路燈：中部的“水”有些深[N];華中電力報(bào);2005年

9 春玲;皇明狂掀太陽(yáng)能風(fēng)暴[N];經(jīng)濟(jì)參考報(bào);2005年

10 管斌 高丕田;太陽(yáng)能行業(yè)亟須整合[N];經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李郁武;直膨式太陽(yáng)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 蔣愛(ài)國(guó);戶用多功能太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

3 裴剛;光伏—太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)及多功能熱泵系統(tǒng)的綜合性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

4 王芳;太陽(yáng)能土壤蓄熱供暖（冷）系統(tǒng)埋地?fù)Q熱器性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

5 張國(guó)東;促進(jìn)地源熱泵在建筑中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

6 張博;噴射器與太陽(yáng)能噴射式制冷系統(tǒng)研究[D];大連理工大學(xué);2002年

7 王艷;小型高效太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)渦旋發(fā)生器特性研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2009年

8 許樹學(xué);帶噴射器的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)氣熱泵系統(tǒng)循環(huán)機(jī)理與特性研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2010年

9 李明;地下蓄能時(shí)變特性及其能量特征分析[D];吉林大學(xué);2007年

10 徐光輝;北京地區(qū)淺層地溫能資源評(píng)價(jià)示范研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 谷鐵柱;太陽(yáng)能相變蓄熱輔助土壤源熱泵研究[D];河北工程大學(xué);2008年

2 黃潤(rùn)華;同樂(lè)太陽(yáng)能企業(yè)的現(xiàn)存問(wèn)題與發(fā)展對(duì)策[D];廈門大學(xué);2001年

3 張運(yùn)真;太陽(yáng)能吸附式制冷裝置系統(tǒng)研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

4 李征;光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其控制策略的研究[D];天津大學(xué);2008年

5 陳傳寶;振蕩流熱管的研究及其在太陽(yáng)能集熱器中的應(yīng)用[D];華北電力大學(xué)（北京）;2009年

6 彭路明;新型太陽(yáng)能路燈控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];新疆大學(xué);2004年

7 劉逸;太陽(yáng)能地源熱泵式空調(diào)系統(tǒng)研究[D];大慶石油學(xué)院;2006年

8 王曉冬;太陽(yáng)能煙囪數(shù)值模擬與自然通風(fēng)的非線性研究[D];中南大學(xué);2007年

9 王宇;風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];天津大學(xué);2004年

10 孫茵茵;自適應(yīng)復(fù)精度太陽(yáng)跟蹤平臺(tái)[D];華中科技大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2643758