除湿转轮与冷热联产热泵耦合式空调系统性能研究

论文摘要

本文提出了转轮与热泵联合运行的空调系统,利用热泵来完全满足系统的制冷和再生要求。对热泵子系统的匹配性及整机系统性能进行实验与模拟研究。同时对变风量运行方式下,转轮的瞬态响应性能进行实验与模拟研究。具体包括:1热泵子系统匹配性的实验研究。设计并建立了热泵子系统的实验台,对热泵匹配性能的实验研究表明:在不考虑湿负荷的情况下,标准工况时,热泵提供的制冷制热量均能满足送风和再生温度的要求;冷凝器出口风温随室外空气温度的升高而升高,这与要求的再生温度随室外空气温度的升高而升高相匹配,热泵子系统的匹配性研究为整机系统的可行性提供依据。2转轮热泵耦合系统性能的整机仿真与实验研究。设计并建立了转轮热泵联合运行的系统实验台,建立了整机系统模型,从改善室内空气品质和在室内空气品质大致相同的情况下最大可能节能(与常规再热空调系统比较)两方面考虑,对不同室内外工况下,新风量分别为20%和10%两种情况下的系统性能进行了实验与模拟研究,并与常规再热系统的模拟结果进行了比较。给出了不同工况下系统性能及其变化规律;指出在所研究的工况范围内,调整冷凝风量基本能满足不同工况下转轮需要的再生温度和热泵提供的再生温度之间的匹配关系,给出需要的冷凝风量及随工况不同的变化规律;给出了不同室内外工况下,转轮热泵耦合系统节能潜力及其变化规律;指出若以室内空气品质大致相同,尽可能节能为目的(与常规再热空调系统相比),与以改善室内空气品质为主要目的相比,转轮热泵耦合空调系统的再生温度降低约3℃左右,蒸发器出口风温降低约1.5℃左右,节能4%以上,若从满足送风温度的角度考虑,蒸发温度有望提高,系统将节省更多能量。3变风量运行方式下,转轮瞬态响应性能的模拟与实验研究。同时考虑了固体侧热质扩散和转轮基体材料蓄热的影响,建立了转轮的二维传热传质数学模型。设计并建立转轮瞬态响应性能研究的实验台,对变风量运行方式下,转轮的瞬态响应性能进行研究;对不同的影响因素下,转轮的瞬态响应性能进行模拟,给出瞬态响应性能的变化规律;并对改变再生风速和再生温度两种调节措施下,转轮的性能进行模拟,指出变风量运行方式下,系统显热负荷可减少20%左右,若附加调节措施,可进一步节省13%左右,这将显著减少系统能耗,提高节能效果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 全球变暖及大气臭氧层破坏问题
• 1.1.2 室内空气品质（IAQ）问题
• 1.1.3 空调系统节能问题
• 1.2 转轮除湿空调系统
• 1.2.1 除湿转轮的再生能耗问题
• 1.2.1.1 再生能耗的主要形式
• 1.2.1.2 转轮热泵联合运行的提出
• 1.2 2 变风量运行方式的探讨
• 1.3 转轮除湿空调系统的发展
• 1.3.1 系统循环运行方式的法展
• 1.3.2 再生热源的发展
• 1.3.3 除湿机数学模型的发展
• 1.3.4 瞬态响应性能的研究
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 除湿转轮的数学模型
• 2.1 数学模型的建立
• 2.1.1 假设条件
• 2.1.2 控制方程的建立
• 2.1.3 边界条件及初始条件
• 2.2 方程组的求解
• 2.3 模型的初步验证
• 2.4 本章小结
• 第三章 转轮与热泵耦合空调系统的仿真模型
• 3.1 热泵系统各部件模型
• 3.1.1 压缩机模型
• 3.1.1.1 排气量计算
• 3.1.1.2 排气温度计算
• 3.1.1.3 输入功率计算
• 3.1.2 冷凝器模型
• 3.1.2.1 模型的简化假设
• 3.1.2.2 控制方程
• 3.1.2.3 相关参数的计算
• 3.1.2.4 算法流程
• 3.1.3 绝热毛细管模型
• 3.1.4 蒸发器模型
• 3.1.4.1 模型的简化假设
• 3.1.4.2 控制方程
• 3.1.4.3 相关参数的计算
• 3.1.4.4 算法流程
• 3.2 转轮除湿机模型
• 3.3 整机系统模型算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验系统设计及运行方案
• 4.1 冷热联产热泵匹配性能实验
• 4.1.1 实验设计的基本思想
• 4.1.2 实验装置
• 4.1.3 实验工况设计
• 4.1.4 参数的测定
• 4.2 转轮与热泵联合运行的实验研究
• 4.2.1 转轮与热泵联产运行实验设计的基本思想
• 4.2.2 系统的设备组成及工作流程
• 4.2.3 转轮热泵系统的实验方案
• 4.2.4 本实验的参数测定
• 4.3 转轮瞬态响应性能的实验
• 4.3.1 实验目的
• 4.3.2 设备组成
• 4.3.3 运行方案
• 4.3.4 参数测定
• 4.4 本章小结
• 第五章 热泵的实验结果分析
• 5.1 实验工质的选择及物性计算
• 5.1.1 实验工质的选择
• 5.1.2 实验工质的物性计算
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 转轮热泵联合运行的系统性能研究
• 6.1 实验结果及分析
• 6.2 转轮热泵空调系统仿真性能的比较分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 变风量运行方式下转轮瞬态响应性能研究
• 7.1 瞬态响应性能的实验及模拟结果分析
• 7.1.1 瞬态响应性能的实验结果分析
• 7.1.2 转轮数学模型的进一步验证
• 7.1.3 误差分析
• 7.2 瞬态响应性能影响因素的模拟分析
• 7.2.1 转轮厚度的影响
• 7.2.2 转轮转速的影响
• 7.2.3 吸附材料比热的影响
• 7.2.4 处理空气进口湿度的影响
• 7.2.5 处理空气进口温度的影响
• 7.2.6 再生空气进口湿度的影响
• 7.2.7 再生空气进口温度的影响
• 7.3 瞬态响应性能的调节及分析
• 7.3.1 转轮厚度不同
• 7.3.2 转轮转速不同
• 7.3.3 转轮吸附剂材料比热不同
• 7.3.4 处理空气进口湿度不同
• 7.3.5 处理空气进口温度不同
• 7.3.6 再生空气进口湿度不同
• 7.3.7 再生空气进口温度不同
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 8.1 论文的主要结论
• 8.2 论文的创新点
• 8.3 进一步工作的建议
• 参考文献
• 附录
• 在学期间参加的科研项目
• 致谢