臺灣博碩士論文加值系統

熱泵因具有效率佳、省能等優點，近年來已愈來愈引起人們重視及廣泛的利用。傳統熱泵系統的冷媒選用上，仍以HCFCs/HFCs為主，由於地球暖化與溫室氣體效應關係，低GWP冷媒的選用，勢必是未來的趨勢。CO2冷媒為自然冷媒，具有低GWP的特性，且無毒、取得容易等優勢，適合當下一代的冷媒。由於冷媒CO2在跨臨界區循環流動，所以其節流機構的進出口壓力和壓差比常規熱泵系统冷媒的節流装置的要高的多，而電子膨脹閥具有體積小、精確控制的優點，適合應用於跨臨界CO2熱泵熱水系統。
本研究以理論分析及實驗驗證方式探討電子膨脹閥開度控制對跨臨界CO2熱泵熱水系統性能之影響。研究發現氣冷器出口溫度與氣冷器出口高壓有特定關係：在溫度低於CO2臨界溫度，最佳性能係數存在在壓力74.8bar；氣冷器出口溫度高於CO2臨界溫度，氣冷器出口溫度與氣冷器出口高壓為線性關係。依此關係本研究以電子膨脹閥為對象，氣冷器出口溫度和出口壓力為控制參數，應用在跨臨界CO2熱泵熱水系統得到最佳控制策略。當CO2熱泵熱水系統在熱水出水需求條件保持不變下，依此電子膨脹閥控制策略操作隨負載變動下均可達CO2熱泵熱水系統性能最佳化之要求，達成節約能源的目的。

Heat pump with high efficiency and energy-saving advantages in recent years has become more and more a source of attention and a wide range of uses. Traditional heat pump system with refrigerant selection, still dominated by HCFCs/HFCs, due to the relationship between global warming and the effects of greenhouse gases, selection of low GWP refrigerant, is bound to be the trend of the future. As a natural refrigerant CO2 refrigerant, have characteristics of low GWP, and advantages in non-toxic, made easy, fit to be the next generation of refrigerants. Due to the refrigerant CO2 flow in trans-critical cycle, so its import and export pressure and differential pressure than conventional throttle body throttle device of heat pump system with refrigerant to be much higher, and electronic expansion valve with the advantages of small size, precise control, suitable for application in trans-critical CO2 heat pump hot water system. This research to theory analysis and the experimental validation way discussion electronic expansion valve opened degrees control on trans-critical CO2 heat pump hot water system performance of effects, research found gas cooler export temperature and gas cooler export high pressure has specific relationship, and according to gas cooler export temperature and gas cooler export pressure for control parameter implementation electronic expansion valve on trans-critical CO2 heat pump hot water system of best control policy. To develop electronic expansion valve control strategies to meet the condition of CO2 heat pump hot water system for a variety of actions, under the hot water demand conditions remain unchanged, and so on electronic expansion valve control strategy under the operation, with the load requirements up to performance optimization under change, for energy-saving purposes.

摘要 i
Abstract ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 前言 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 熱泵技術的發展趨勢 1
1.1.2 熱泵冷媒的選用 2
1.1.3 CO2冷媒的特性 5
1.1.4 跨臨界CO2熱泵系統節流裝置的概述 7
1.2 研究動機 11
1.3文獻回顧 12
1.4研究目的 15
第二章 理論模式 16
2.1 物理系統 16
2.1.1 跨臨界CO2循環之最佳壓力 18
2.2元件模式 21
2.2.1 壓縮機模式 21
2.2.2 氣冷器模式 24
2.2.3 節流裝置模式 26
2.2.4 蒸發器模式 27
2.2.5 性能係數計算 28
2.3系統求解與分析流程 29
2.3.1 冷媒性質與求解方法 29
2.3.2 系統分析流程 30
2.3.3 模式驗證方法 33
第三章 實驗量測 34
3.1實驗設備與量測儀器 34
3.1.1實驗設備 36
3.1.2實驗儀器 36
3.2實驗方法與步驟 37
3.3實驗數據分析 38
第四章 結果與討論 39
4.1理論模式分析 39
4.1.1 蒸發壓力固定下壓縮機出口高壓與COP變化 39
4.1.2 不同蒸發溫度下壓縮機出口高壓與COP變化 41
4.1.3 電子膨脹閥對跨臨界CO2系統循環模擬 44
4.2實驗分析驗證 46
4.3參數分析 50
4.3.1 電子膨脹閥開度對跨臨界CO2熱泵熱水系統影響 50
4.3.2 負載變動對電子膨脹閥開度之影響 54
4.4跨臨界CO2熱泵熱水系統的最佳控制策略 60
第五章 結論與建議 65
5.1 結論 65
5.2 建議 66
參考文獻 68
符號說明 71
附錄 74

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