空调废热回收热泵关键技术的研究--《山东建筑大学》2010年硕士论文
空调废热回收热泵关键技术的研究
【摘要】：
空调废热回收相变蓄能热泵系统是一种改进的节能型热泵装置系统,该系统融合了热回收、相变蓄热和热泵等多项技术,在实现热泵系统制冷、制热功能的同时,也可以利用热泵系统制取卫生热水以满足生活需要,具有明显的经济效益、环保效益和社会效益。空调废热回收相变蓄能热泵系统具有全年运行的特点,能够实现七种运行模式,即单独制冷模式、单独制热模式、单独制热水模式、制冷兼制热水模式、制热兼制热水模式、双级耦合模式、冬季室外化霜模式。该装置能够充分发挥相变蓄能技术和热泵技术各自的优势,高效节能,适用于间歇供应生活用热水场合。
分析了制冷剂和相变材料特性,并找出了适用于空调废热回收相变蓄能热泵系统的制冷剂和相变材料,通过对热物性和工作性能的研究,选取R410A为制冷剂、Fecl3·6H2O为本系统的相变蓄能材料,同时建立蓄热体的物理模型及模拟简化模型,在自然对流的影响下,模拟相变材料的蓄、放热特性,找出固——液界面、温度场、速度场、液相比例、传热系数、热流密度、监测点的温度等随时间的变化规律,为系统设计提供了理论依据。
设计了蓄热装置的结构,基于焓法对蓄热装置中相变蓄能材料的传热过程建立数学模型,采用有限差分方法对模型方程进行离散,并采用交替方向隐式格式和逐线迭代的方法对离散方程组进行求解,以Fecl3·6H2O作为相变材料,在不考虑散热损失的理想条件下对此蓄热装置蓄热和放热过程进行模拟研究,由模拟结果可知蓄热时从两个侧面和底面加热效果最好,自然对流在熔化和凝固过程中的作用不同,在熔化过程中加快熔化速率,而在凝固过程中自然对流的影响则是减慢凝固的进行。
对空调废热回收热泵系统的结构进行初步设计,然后从热媒体和相变材料两个方面,详细分析了热媒体的入口温度、流速等多种因素对蓄热装置蓄热和放热特性的影响,当热媒流量一定时,对于同一蓄热体而言,蓄热温差越大,相变材料融化速度越快,传热系数也越高,蓄热效果越好,但热媒流速对蓄热结果影响不大。最后利用模拟结果对空调废热回收相变蓄能热泵系统进行了优化设计。
在理论设计的基础上,组装了空调废热回收相变蓄能热泵系统进行试验。通过实验验证,分析了空调废热回收相变蓄能热泵系统在不同工况下的工作性能。为该设计应用化提供了理论依据和研究方法。
本研究成果为空调废热回收相变蓄能热泵系统的关键部件——蓄热装置的优化设计及系统各参数间的合理匹配提供了有益的参考,并为该系统的推广与应用提供了理论支持与技术储备。
【关键词】：
【学位授予单位】：山东建筑大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：TK02【目录】：
ABSTRACT6-12
第1章 绪论12-19
1.1 课题研究的背景及意义12-13
1.2 国内外研究现状13-17
1.2.1 空调废热回收的应用现状13-15
1.2.2 相变蓄能技术的研究现状15-16
1.2.3 蓄热装置的研究现状16-17
1.3 课题研究方法和主要内容17-18
1.3.1 课题研究方法17
1.3.2 课题研究的主要内容17-18
1.4 本章小结18-19
第2章 空调废热回收热泵系统19-30
2.1 空调废热回收热泵系统的组成19-22
2.1.1 压缩机19
2.1.2 换热器19-21
2.1.3 蓄热装置21
2.1.4 节流装置21-22
2.2 空调废热回收热泵系统的工作原理22-28
2.2.1 系统的设置23-24
2.2.2 系统的运行模式24-28
2.3 系统开发所需解决的问题28-29
2.4 本章小结29-30
第3章 空调废热回收热泵的研究30-65
3.1 制冷剂的选择30-34
3.1.1 热物性比较30-32
3.1.2 性能比较32-33
3.1.3 费用比较33-34
3.1.4 制冷剂选择结果34
3.2 相变材料的研究34-64
3.2.1 相变材料的选择35-38
3.2.2 相变材料的热物性研究38-41
3.2.3 相变材料的换热研究41-64
3.3 本章小结64-65
第4章 蓄热装置的设计65-82
4.1 蓄热装置的初设计65-67
4.1.1 蓄热装置材料的性质65
4.1.2 设计考虑的主要因素65-66
4.1.3 设计所需的数据66
4.1.4 设计结果66-67
4.2 蓄热装置模型67-69
4.2.1 蓄热装置的物理模型67-68
4.2.2 蓄热装置的数学模型68-69
4.3 蓄热装置的换热计算69-71
4.4 蓄热装置的模拟研究71-78
4.4.1 模拟参数的设定72
4.4.2 蓄热模拟结果分析72-78
4.5 空调废热回收热泵的设计78-80
4.6 本章小结80-82
第5章 相变材料实验研究82-88
5.1 实验系统组成82-83
5.1.1 实验方法介绍82
5.1.2 实验条件82
5.1.3 实验装置82-83
5.1.4 实验要求83
5.2 实验误差分析83
5.2.1 仪器误差83
5.2.2 测量误差83
5.3 实验过程83-84
5.4 实验结果分析84-85
5.4.1 单纯蓄热实验结果分析84-85
5.4.2 单纯放热实验结果分析85
5.5 实验结果与模拟结果分析85-86
5.6 本章小结86-88
第6章 废热回收热泵系统冬季应用的实现88-95
6.1 问题的提出88-89
6.1.1 冬季除霜88
6.1.2 冬季供热88-89
6.2 解决方案89
6.3 工程实例模拟89-94
6.3.1 对象描述89-90
6.3.2 工况条件90
6.3.3 运行工况90
6.3.4 结果分析90-92
6.3.5 性能分析92-94
6.4 本章小结94-95
第7章 结论与展望95-98
7.1 主要研究结果95-97
7.2 主要创新点97
7.3 展望与建议97-98
参考文献98-101
后记101-102
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况102
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热泵烘干除湿机产生的原因
干燥除湿是许多工业生产、食品生产和农副产品加工过程中必不可少的加工工序。随着人们生活质量的提高，对环境的保护意识越来越强以及不可再生能源（如天然气,煤，石油）的日益枯竭。原有的燃煤，燃油或是电热等高能耗，高污染的干燥设备的使用受到严格限制甚至被禁止使用。寻找一种新型的、安全的、环保的、高效节能的干燥除湿设备替代原有旧式的干燥除湿设备就显的越来越紧迫，萨哈拉空气源热泵烘干除湿机就是在这种环境下应运而生。萨哈拉空气源热泵烘干机运行费用只有燃煤燃油1/3、电热干燥设备的1/4,并且大大减少了人力管理成本。
热泵烘干机工作原理
&&&& 热泵干燥机是利用逆卡诺原理，吸收空气的热量并将其转移到库房内，实现烘干房的温度提高，配合相应的设备实现物料的干燥。热泵干燥机由压缩机——换热器（内机）——节流器——吸热器（外机）——压缩机等装置构成了一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程（温度高达100℃），它进入内机释放出高温热量加热烘干房内空气，同时自己被冷却并转化为流液态，当它运行到外机后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20℃——30℃，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现将空气中的热量搬运到烘干房内加热房内空气温度。
热泵烘干除湿系统的组成
热泵自控干燥系统由库房，热泵加热系统，冷凝排湿系统，温度湿度自动控制系统四部分组成。
1、&&& 室外主机部分（产生冷、热源）；
2、&&& 室内部分（向房间散发冷、热量）；
3、&&& 凝结水管路系统（把空调室内机组产生的凝结水集中排放的通道）；
4、&&& 风系统（输送新、排、循环空气的通道）包括：风道、消声器、送风口、回风口、排风口、新风口、风量调节阀；
5、&&& 电器控制及配电系统。
热泵烘干除湿机的优势（特点）
1、节能高效&& 空气源热泵烘干机的运行费用只有燃油干燥机的40%，燃煤干燥机的60%和电热加热设备的30%。
2、安全环保&& 烘干除湿热泵机组具有无与伦比的绝对安全性（电气分离技术），零污染排放
3、烘干效果好& 干燥过程中物料不变形、不开裂、不变色、不变质、不氧化、干燥彻底、干燥后复水性好、营养成分损失少，储存期长，比任何传统干燥设备更有效地保护干燥物的色、香、味、个体形态和有效成分。
4、恒温烘干除湿，无需向外界排放热废气，更高效节能环保
热泵烘干机的应用
①&&&& 中药材如三七、枸杞、党参、罗汉果、金银花、沙姜、枸杞等；
②&&&& 蔬菜类如白菜干、辣椒、香菇、黄花菜、食用菌、粮食、种子、腊肠、腊肉等；
③&&&& 烟草、茶叶、腊肠、腊肉、花生、瓜子、糖果、果脯果干、大枣、挂面、米粉、腐竹等；
④&&&& 木材、竹材、煤泥、污泥、佛香、盘香、纺织品、皮革、陶瓷、电镀工业等；
⑤&&&& 海产品如海参、海鱼、海虾、鲍鱼等
广州亿科新能源科技有限公司
联系人：汤先生
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公司地址：广州市花都区花山镇两龙路
邮编：510880
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联系人：汤先生
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