本文關(guān)鍵詞：相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

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【摘要】：本文是山西省科技重大專項(xiàng)“基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦重大生產(chǎn)裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及全壽命周期管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)(No:20131101029)”的重要子課題之一。其主要針對(duì)空氣源熱泵在低溫環(huán)境下供熱性能差、效率低下及故障頻發(fā)等問(wèn)題而提出的。我國(guó)是能源消耗大國(guó),化石燃料的消耗占據(jù)著我國(guó)總能源消耗的90%,同時(shí)伴隨著嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題,霧霾天氣的頻繁出現(xiàn)嚴(yán)重影響著當(dāng)代人的身體健康,雖然國(guó)家出臺(tái)了一系列節(jié)能減排措施,但收效甚微,若能源使用結(jié)構(gòu)不發(fā)生根本性改變,環(huán)境污染問(wèn)題將持續(xù)長(zhǎng)久存在,勢(shì)必影響國(guó)家的發(fā)展和人們的生活質(zhì)量。而空氣源熱泵作為清潔能源,其吸收空氣中熱量轉(zhuǎn)換為其他形式的能量,清潔無(wú)污染,是未來(lái)新能源發(fā)展的方向之一。發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是日本在空氣源熱泵的研究和應(yīng)用層面均處于世界領(lǐng)先地位,而歐洲地區(qū)也廣泛鼓勵(lì)人們使用空氣源熱泵,因此,空氣源熱泵的研究和應(yīng)用變得刻不容緩�？諝庠礋岜迷谖覈�(guó)南方應(yīng)用廣泛,其具有使用方便、節(jié)能和高效等特點(diǎn),由于我國(guó)北方環(huán)境溫度較低,空氣源熱泵在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一系列問(wèn)題,目前我國(guó)北方大部分地區(qū)依然依賴以燃煤為基礎(chǔ)的集中供熱方式,集中供熱存在環(huán)境污染嚴(yán)重及不能根據(jù)熱用戶需求調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)。為了解決空氣源熱泵在低溫環(huán)境下的應(yīng)用問(wèn)題并提高極低條件下熱泵的供熱性能以推廣空氣源熱泵在北方的應(yīng)用,課題組經(jīng)過(guò)多年的研究,將傳統(tǒng)空氣源熱泵機(jī)組與相變蓄熱器相結(jié)合開(kāi)發(fā)了一套相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵系統(tǒng)。蓄熱材料采用80%Na_2SO_4?10H_2O+20%Na_2HPO_4?12H_2O。當(dāng)室外環(huán)境溫度高于熱泵系統(tǒng)所設(shè)計(jì)平衡點(diǎn)溫度-5℃時(shí),系統(tǒng)于供熱—蓄熱模式運(yùn)行,利用相變蓄熱技術(shù)將多余熱量貯存于蓄熱器中;當(dāng)室外環(huán)境溫度低于-5℃時(shí),系統(tǒng)運(yùn)行于供熱—放熱模式,蓄熱器作為輔助蒸發(fā)器向系統(tǒng)放熱并供向熱用戶,使熱量能做到時(shí)間上的遷移,解決了空氣源熱泵在低溫環(huán)境下的熱量供需矛盾,同時(shí)增強(qiáng)了空氣源熱泵低溫運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性;當(dāng)外界環(huán)境溫度較低時(shí),熱泵機(jī)組蒸發(fā)器盤(pán)管出現(xiàn)凝霜現(xiàn)象,系統(tǒng)運(yùn)行于除霜—放熱模式,其可利用蓄熱器所貯存熱量進(jìn)行除霜,實(shí)現(xiàn)蓄熱儲(chǔ)能快速高效節(jié)能除霜,縮短了機(jī)組除霜時(shí)間,顯著提高了空氣源熱泵的供熱質(zhì)量和運(yùn)行性能。本文基于以上相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵系統(tǒng)方案,研制了相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵系統(tǒng)樣機(jī),并研發(fā)了基于STM32F103微控制器的控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集與輸出控制電路及系統(tǒng)軟件,可對(duì)熱泵機(jī)組主要設(shè)備進(jìn)出口管路溫度、水箱液位高度及壓縮機(jī)壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并顯示,系統(tǒng)結(jié)合溫度回差和過(guò)熱度PID算法控制熱泵系統(tǒng)壓縮機(jī)、水泵、四通換向閥、蒸發(fā)器、管路電磁閥及電子膨脹閥等部件,實(shí)現(xiàn)了空氣源熱泵熱水機(jī)組的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)使用測(cè)試,相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵系統(tǒng)在三種模式下運(yùn)行時(shí)都具有優(yōu)良的性能。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,本相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵系統(tǒng)能夠解決空氣源熱泵在供熱過(guò)程中存在的能量供需矛盾,同時(shí)提高了空氣源熱泵在低溫環(huán)境運(yùn)行下的性能,整個(gè)系統(tǒng)性能優(yōu)異且穩(wěn)定可靠,節(jié)能效果良好,-5℃時(shí)系統(tǒng)COP達(dá)到2.1,為空氣源熱泵應(yīng)用于北方地區(qū)提供一種新的思路。
【關(guān)鍵詞】：空氣源熱泵 相變蓄熱 溫度回差 PID 控制系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU83;TP273
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 符號(hào)表8-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景和目的12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 熱泵機(jī)組控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 熱泵系統(tǒng)控制策略研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本課題的研究目標(biāo)及研究?jī)?nèi)容18-20
• 第二章 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵機(jī)組簡(jiǎn)介20-26
• 2.1 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵機(jī)組工作原理20-21
• 2.2 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵機(jī)組工況參數(shù)21-22
• 2.3 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵機(jī)組運(yùn)行模式22-25
• 2.3.1 供熱—蓄熱模式22-23
• 2.3.2 供熱—放熱模式23-24
• 2.3.3 除霜模式24-25
• 2.4 小結(jié)25-26
• 第三章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)及控制策略研究26-34
• 3.1 熱泵機(jī)組控制要求及主要研究?jī)?nèi)容26-27
• 3.2 控制系統(tǒng)功能設(shè)置27
• 3.3 系統(tǒng)控制策略研究27-32
• 3.3.1 系統(tǒng)整體控制方案28
• 3.3.2 系統(tǒng)溫度控制策略28-29
• 3.3.3 電子膨脹閥控制策略29-32
• 3.4 本章小結(jié)32-34
• 第四章 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)34-48
• 4.1 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)34-35
• 4.2 信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)35-40
• 4.2.1 溫度變送電路設(shè)計(jì)35-36
• 4.2.2 液位傳感器選型36-37
• 4.2.3 壓力傳感器選型37-39
• 4.2.4 信號(hào)隔離及調(diào)理跟隨電路設(shè)計(jì)39
• 4.2.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)39-40
• 4.3 電流電壓采集電路設(shè)計(jì)40-41
• 4.4 控制器最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)41-42
• 4.5 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)42-46
• 4.5.1 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)42-43
• 4.5.2 電子膨脹閥驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)43-46
• 4.6 手動(dòng)自動(dòng)選通電路設(shè)計(jì)46-47
• 4.7 小結(jié)47-48
• 第五章 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)48-64
• 5.1 軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)48-50
• 5.1.1 STM32的開(kāi)發(fā)環(huán)境及編程語(yǔ)言48-49
• 5.1.2 STM32F103系統(tǒng)配置49-50
• 5.2 軟件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)50-51
• 5.3 主程序設(shè)計(jì)51-52
• 5.4 各工況子程序設(shè)計(jì)52-57
• 5.4.1 供熱—蓄熱工況子程序52-53
• 5.4.2 供熱—放熱工況子程序53-54
• 5.4.3 除霜工況子程序54-55
• 5.4.4 工況等待子程序55
• 5.4.5 液位控制子程序55-56
• 5.4.6 壓力與排氣溫度保護(hù)子程序56-57
• 5.5 虛擬SPI通訊57-59
• 5.6 一階濾波程序設(shè)計(jì)59-60
• 5.7 單相電壓電流采樣及有功功率程序設(shè)計(jì)60-61
• 5.8 數(shù)字PID調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)61-62
• 5.9 小結(jié)62-64
• 第六章 人機(jī)交互界面與上位機(jī)交互界面設(shè)計(jì)64-74
• 6.1 人機(jī)界面軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境64
• 6.2 人機(jī)界面通訊64-66
• 6.3 觸摸屏界面設(shè)計(jì)66-69
• 6.4 LabVIEW監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì)69-73
• 6.5 小結(jié)73-74
• 第七章 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與分析74-90
• 7.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)74-77
• 7.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)77-79
• 7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及性能分析79-86
• 7.3.1 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵安全性能分析79-81
• 7.3.2 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵機(jī)組制熱量分析81-82
• 7.3.3 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵機(jī)組供熱性能分析82-83
• 7.3.4 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵機(jī)組除霜性能分析83-84
• 7.3.5 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵機(jī)組全天候性能分析84
• 7.3.6 非承壓保溫水箱水溫分析84-86
• 7.4 熱泵機(jī)組系統(tǒng)樣機(jī)調(diào)試與安裝86-88
• 7.5 熱泵系統(tǒng)性能參數(shù)88
• 7.6 小結(jié)88-90
• 第八章 結(jié)論與展望90-92
• 8.1 研究結(jié)論90
• 8.2 工作展望90-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 致謝96-98
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果98

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8 記者 林妍;國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)助推空氣源熱泵產(chǎn)業(yè)發(fā)展[N];中國(guó)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào);2009年

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