太阳能空调热水一体机制热工况节能控制技术的研究

【摘要】：本文研究的太阳能空调热水一体机,将热泵技术与太阳能集热技术相结合,既可以提供制冷、制热,又可以生产卫生热水,是一种机电一体化的节能设备。然而,由于热泵低温制热性能较差,且太阳能集热效果随天气变化波动较大,使得这种设备在空调制热和制热水工况(统称制热工况)下的控制方法成为设备能否高效运行的一个关键问题。本文研究了太阳能集热量随天气的变化规律,对太阳能空调热水一体机制热工况提出了一种全新的节能控制技术,使设备在冬季和过渡季节制热工况得到更高的能源利用率。本文开展的具体工作如下： 对太阳能空调热水一体机制热工况的工作原理进行分析,提出系统控制策略在于最大化利用太阳能制热,减少使用一体机制热的能耗；对日制热水需热量、一体机单独制热水制热量以及太阳能集热模块制热量建立了相应预测计算的数学模型,并通过实验研究的方法对相应的数学模型进行了检验和简化,特别是推导出预测太阳能集热量的离散化积分运算方法。 结合上述热量的预测计算方法,制定了系统制热工况的节能控制策略,对系统的热量预测和判断流程进行了详细设计；通过对软硬件的设计,作者试制出控制器成品,并对安装了本控制器的太阳能空调热水一体机进行现场运行测试,控制器运行稳定、预测效果良好；测试结果表明,本节能控制策略比传统控制方法进一步节能,提高了系统制热工况的能源利用率。本文研究的成果对推动我国空调和热水设备领域的节能减排具有重要的意义。 【关键词】：太阳能 空调热水一体机 制热工况 热量预测
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 符号说明8-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究的背景及意义9-12
• 1.2.1 课题研究的背景9-11
• 1.2.2 课题研究的意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.3.1 太阳能空调热水一体化设备的国内外研究现状12-13
• 1.3.2 空调热水一体机的研究现状13
• 1.3.3 太阳能热泵热水系统的研究现状13-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-17
• 第二章 制热工况的工作原理分析与控制策略研究17-24
• 2.1 制热工况的工作原理分析17-20
• 2.1.1 空调制热模式的工作原理与控制要求分析17-18
• 2.1.2 单独制热水模式的工作原理与控制要求分析18-19
• 2.1.3 空调制热兼制热水模式的工作原理与控制要求分析19-20
• 2.2 太阳能空调热水一体机制热工况控制策略的研究20-23
• 2.2.1 系统制热工况控制要求总结20
• 2.2.2 系统制热水模式节能控制策略研究20-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 制热水环节的热量预测数学模型建立24-32
• 3.1 日制热水需热量的计算24
• 3.2 一体机制热水的制热量数学模型建立24-27
• 3.3 太阳能集热模块的制热量数学模型建立27-30
• 3.4 本章小结30-32
• 第四章 制热性能实验研究与热量计算模型简化32-50
• 4.1 太阳能集热模块制热水实验研究与热量计算模型简化32-43
• 4.1.1 太阳能集热实验测试平台的建立32-33
• 4.1.2 实验过程及结果分析33-35
• 4.1.3 太阳能集热模块制热量的离散化运算方法分析35-40
• 4.1.4 太阳能集热模块集热量预测计算公式的实验修正40-43
• 4.2 一体机制热水实验研究与热量计算模型优化43-49
• 4.2.1 一体机制热实验测试平台的建立43-45
• 4.2.2 实验过程及结果分析45-47
• 4.2.3 一体机制热量的预测计算方法推导47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 太阳能空调热水一体机控制器设计与实现50-67
• 5.1 控制器硬件设计50-54
• 5.1.1 硬件总体结构50-51
• 5.1.2 硬件选型51-53
• 5.1.3 硬件电路设计53-54
• 5.2 控制器软件设计54-63
• 5.2.1 制热工况主程序设计55-56
• 5.2.2 温度值采集子程序设计56-60
• 5.2.3 热量预测与判断子程序设计60-63
• 5.3 控制器的运行效果和节能性分析63-66
• 5.3.1 控制器实验运行效果检验63-65
• 5.3.2 控制器节能性分析65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 全文总结67-68
• 6.2 工作展望68-69
• 参考文献69-73
• 附录1 硬件图(部分)73-77
• 附录2 控制器程序(部分)77-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间主要研究成果83

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