相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā).pdf

1、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

2、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。
　　空氣源熱泵在我國(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)

3、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%Na2SO4?10H2O+20%Na2HPO4?12H2O。當(dāng)室外環(huán)境溫度高于熱泵系統(tǒng)所設(shè)計(jì)平衡

4、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

5、，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