（机械电子工程专业论文）直膨式太阳能热泵热水器的绿色设计方法研究.pdf

摘要 摘要 直膨式太阳能热泵热水器是将太阳能作为集热蒸发器热源的热泵系统，能同时 吸收空气能和太阳能，具有较好的节能效果。然而，直膨式太阳能热泵热水器在结 构设计方面还需要进一步优化，在制造与使用过程中依然存在资源消耗较多、噪声 大、低温环境下制热效率低、可回收性差等问题。因此，本文针对直膨式太阳能热 泵热水器存在的这些问题，综合运用q f d e 和t r i z 理论方法，对直膨式太阳能热 泵热水器的绿色设计进行了系统的研究。论文的主要研究工作如下： 一、对直膨式太阳能热泵热水器的结构、工作原理和：符能原理进行了详细的分 析，并在此基础上分析了其目前存在的问题。针对直膨式太阳能热泵热水技术目前 存在的问题，综合运用q f d e 和t r i z 理论方法，建立了基于q f d e 和t r j z 的直 膨式太阳能热泵热水器的绿色设计过程模型。 二、运用基于q f d e 和t r i z 的过程模型对直膨式太阳能热泵热水器的绿色设 计进行了系统的研究。应用q f d e 理论方法建立了直膨式太阳能热泵热水器绿色设 计过程由需求和技术措施构成的质量屋，获取了满足需求所采取的技术措施的权重， 通过权重分析确定了应该重点提升的技术措施。通过直膨式太阳能热泵热水器绿色 设计过程质量屋的技术措施问的相关矩阵分析和其结构的重要组成部分对各个技术 措施项的深化分析，整理出了其绿色设计过程有待解决的冲突。利用t r i z 消解矩 阵和分离原理找出了解决冲突的发明原理解，通过发明原理解的启发，获取了最终 的方案解。 三、基于q f d e 的思想对直膨式太阳能热泵热水器绿色设计的最终方案进行了 “技术性能”和“用户和环境满意度”评价，获取了评价结果，证明了基于q f d e 和t r i z 的直膨式太阳能热泵热水器的绿色设计方法是行之有效的。 四、开发了一套基于q f d e 和t r i z 的直膨式太阳能热泵热水器的绿色设计原 型系统，应用本文的研究成果对系统的实现流程做了详细的介绍。 本文首次系统地将q f d e 和t r i z 理论应用于直膨式太阳能热泵热水器的绿色 设计，并开发了相应的支持软件，使直膨式太阳能热泵热水器的改计有了一套系统 的绿色设计理论。 关键词：直膨式太1 5 f i 能热泵；q f d e ：t r i z ；绿色设汁；冲突消解 i 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t d i r e c t e x p a n s i o ns o l a r a s s i s t e dh e a tp u m pw a t e rh e a t e r ( d x - s a h p w h ) i sah e a t p u m ps y s t e mt h a tu t i l i z e ss o l a re n e r g ya sc o l l e c t o r e v a p o r a t o rh e a ts o u r c e ，s oi t c a n a b s o r ba i re n e r g ya n ds o l a re n e r g ya tt h es a m et i m ea n dh a sab e t t e re n e r g ys a v i n ge f f e c t b u tt h es t r u c t u r a ld e s i g no ft h ed x s a h p w hn e e d st ob eo p t i m i z e df u r t h e r s o m e p r o b l e m ss t i l le x i s t si nt h ed x - s a h p w hi nt h ep r o c e s so fm a n u f a c t u r i n ga n du s e ，s u c h a sm o r er e s o u r c e sc o n s u m p t i o n ，n o i s e ，l o wt h e r m a le f f i c i e n c yi nt h el o w t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n ta n dp o o rr e c y c l a b i l i t y f o rs o l v i n gt h e s ep r o b l e m si nt h ed x s a h p w h ，a g r e e nd e s i g nm e t h o db a s e do nq f d ea n dt r i zi sp r o p o s e di nt h ed i s s e r t a t i o n t h em a i n r e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h es t r u c t u r e ，w o r k i n gp r i n c i p l ea n de n e r g yc o n s e r v a t i o n p r i n c i p l eo ft h e d x - s a h p w ha r ea n a l y z e di nd e t a i l ，a n ds o m ep r o b l e m sa r ep o i n t e do u ta n da n a l y z e d a c c o r d i n gt h ep r o b l e m si n t h ed x s a h p w h ，ag r e e n d e s i g np r o c e s sm o d e lf o r d x s a h p w hi se s t a b l i s h e db a s e do nm e t h o d so fq f d ea n dt r i z 2 as y s t e m a t i c s t u d yf o rd x s a h p w hg r e e nd e s i g ni sc a r r i e do u tb yu s i n g p r o c e s sm o d e lb a s e do nq f d ea n dt r i z h o u s eo fq u a l i t y ( h o q ) o fd e m a n d sa n d t e c h n i c a lm e a s u r e so fd x - s a h p w hg r e e nd e s i g ni se s t a b l i s h e d ，a n dt h ew e i g h t so f t e c h n i c a lm e a s u r e so fm e e t i n gd e m a n d sa r eo b t a i n e da n dt h e i m p o r t a n t t e c h n i c a l m e a s u r e ss u p p o s e dt ob ei m p r o v e da r ed e t e r m i n e da c c o r d i n gt ot h ew e i g h ta n a l y s i sb y a p p l y i n gq f d e b yt h ea n a l y s i so fc o r r e l a t i o nm a t r i xa m o n g t h et e c h n i c a lm e a s u r e so f h o qo fd x - s a h p w hg r e e nd e s i g na n dt h er e f i n e m e n ta n a l y s i so fv a r i o u st e c h n i c a l m e a s u r ei t e m so ft h ei m p o r t a n tp a r to ft h es t r u c t u r eo fd x - s a i - i p w h ，t h ec o n f l i c t so f d x s a i t p w hg r e e nd e s i g nt ob er e s o l v e da r el i s t e do u t t h ei n v e n t i o n so ft h eo r i g i n a l u n d e r s t a n d i n gt o s o l v ec o n f l i c ta r em a d eo u t b yu s i n gt r i zd i g e s t i o nm a t r i xa n d s e p a r a t i o np r i n c i p l e ，a n dt h e na c c o r d i n gt ot h ei n s p i r a t i o no ft h ei n v e n t i o no ft h eo r i g i n a l u n d e r s t a n d i n g ，t h ef i n a ls o l u t i o n sa r eo b t a i n e d 3 e v a l u a t et h ef i n a lp l a no fd x s a h p w hg r e e nd e s i g nb o t hf r o m “t e c h n i q u e ”a n d “u s e ra n de n v i r o n m e n t a ls a t i s f a c t i o n ”b a s e do nt h ei d e ao fq f d e ，a n do b t a i nt h e e v a l u a t i o nr e s u l t s ，w h i c hp l o v et h eg r e e nd e s i g nm e t h o db a s e do nq f d ea n dt r i zi s l i a b s t r a c t e f f e c t i v ef o rd x s a h p w h 4 d e v e l o pap r o t o t y p es y s t e mf o rd x s a h p w hg r e e nd e s i g nb a s e do nq f d e a n d t r i z a p p l i c a t i o n o ft h i s s t u d y r e s u l t sm a k ead e t a i l e di n t r o d u c t i o n t ot h e i m p l e m e n t a t i o np r o c e s so ft h es y s t e m t h i sa r t i c l eh a sc a r r i e do u tas y s t e m a t i cs t u d yo ft h ed x s a h p w hg r e e nd e s i g nb y a p p l y i n gq f d ea n dt r i zf o rt h ef i r s tt i m e ，a n dh a sp r o g r a m m e ds u p p o r ts of t w a r e ，s o t h a tt h ed e s i g no ft h ed x s a h p w hh a sag r e e nd e s i g nt h e o r y k e yw o r d s ：d i r e c t e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e dh e a tp u m p ；q f d e ；t r i z ；g r e e nd e s i g n ； c o n f l i c tr e s ol u ti o n 广东工业大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e l i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v i c h a r p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1s u b j e c ts o u r c e 、r e s e a r c hb a c k g r o u n da n d s i g n i f i c a t i o n 1 1 2t y p ec o m p a r i s o na n d a n a l y s i so fs o l a r - a s s i s t e dh e a tp u m pp r o d u c t s 2 1 3d o m e s t i ca n da b r o a dd e v e l o p m e n to fd i r e c t e x p a n s i o ns o l a r a s s i s t e dh e a t p u m pw a t e rh e a t e ra tp r e s e n t 4 1 4r e s e a r c ho fg r e e nd e s i g n 5 1 4 1m e t h o d sa n da p p l i c a t i o n so fg r e e nd e s i g n 5 1 4 2r e s e a r c ho fq f d ea n dt r i z 7 1 ! ；m a i nc o n t e n t sa n dd i s s e r t a t i o ns t r u c t u r e 9 c h a r p t e r2s c h e m eo fd i r e c t - e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e dh e a tp u m pw a t e rg r e e n d e s i g n 11 2 1 s t r u c t u r e 、w o r k i n ga n de n e r g yc o n s e r v a t i o np r i n c i p l eo fd i r e c t - e x p a n s i o n s o l a r a s s i s t e dh e a tp u m pw a t e rh e a t e r 11 2 1 1s t r u c t u r eo fd i r e c t e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e dh e a tp u m pw a t e rh e a t e r 11 2 1 2w o r k i n gp r i n c i p l eo fd i r e c t e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e dh e a tp u m pw a t e r h e a t e r 1 ：1 2 1 3e n e r g yc o n s e r v a t i o np r i n c i p l eo fd i r e c t e x p a n s i o ns o l a r a s s i s t e dh e a t p u m pw a t e rh e a t e r 12 2 2e x i s t i n gp r o b l e m so fd i r e c t e x p a n s i o ns o l a r a s s i s t e dt l e a tp u m pw a t e rh e a t e r 2 3g r e e nd e s i g nm e t h o d sb a s e do nq f d ea n dt r i z 15 2 4g r e e nd e s i g np r o c e s sm o d e lo fd i r e c t - e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e dh e a tp u m p w a t e ri l e a t e rb a s e do nq f d ea n dt r i z 15 2 5s t m m m r yo f t h i sc h a p t e r 2 2 v i c o n t e n t s c h a r p t e r3g r e e nd e s i g nd e m a n d sa n a l y s i so fd i r e c t - e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e d h e a tp u m pw a t e rh e a t e rb a s e do nq f d e 2 3 3 1a c q u i s i t i o no fu s e ra n de n v i r o n m e n td e m a n d sa n dt h e i rc o m p e t i t i v ew e i g h t s 2 3 3 1 1a c q u i s i t i o no f u s e ra n de n v i r o n m e n td e m a n d s 2 3 3 1 2c o m p e t i t i v ew e i g h t so fu s e ra n de n v i r o n m e n td e m a n d s 2 4 3 2a c q u i s i t i o no f t e c h n i c a lm e a s u r e s 2 5 3 3h o u s eo fq u a l i t yo fd e m a n d sa n dt e c h n i c a lm e a s u r e s 2 6 3 3 1 w e i g h t sc a l c u l a t i o nb a s e do ne x t e n s i o na n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s 2 6 3 3 2e s t a b l i s h m e n ta n da n a l y s i sh o u s eo fq u a l i t yo fd e m a n d sa n dt e c h n i c a l m e a s u r e s 3 0 3 4s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 。3 2 c h a r p t e r4c o n f l i c t r e s o l u t i o no fd i r e c t - e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e dh e a tp u m p w a t e rg r e e nd e s i g nb a s e do nt r i z 3 3 4 1c o n f l i c ta n a l y s i sa n dd e t e r m i n eo fd i r e c t - e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e dh e a tp u m p w a t e rg r e e nd e s i g n 3 3 4 1 1a n a l y s i so f t h et e c h n i c a lm e a s u r e sr e l a t i o n s h i pm a t r i xb a s eo nt h eh o u s e o fq u a l i t y 3 3 4 1 2s t r u c t u r a la n a l y s i s 3 6 4 1 3c o n f l i c ti n t e g r a t i o n 4 0 4 2c o n f l i c tr e s o l u t i o no fd i r e c t - - e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e dh e a tp u m pw a t e rg r e e n d e s i g n 4 1 4 2 1c o n f l i c ts t a n d a r d i z a t i o nb a s e do nt r i z 41 4 2 2c o n f l i c tr e s o l u t i o nb a s e do nt r i z 4 2 4 3e v a l u a t i o no fd e s i g np r o p o s a l 4 7 4 4s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 51 c h a r p t e r5d e v e l o p m e n to fp r o t o t y p es y s t e mf o rd i r e c t - e x p a n s i o ns o l a r - a s s i s t e d h e a tp u m pw a t e rg f e e nd e s i g n 5 2 5 1 s y s t e ma n a l y s i s 5 2 5 2d e s i g na n dr e a l i z a t i o no fs y s t e m 5 4 v l i 广东工业大学硕士学位论文 5 2 1 d e v e l o p m e n te n v i r o m e n to fs y s t e m 5 4 5 2 2d e s i g nf u n c t i o nm o d u l e so f s y s t e m 5 4 5 3i m p l e m e n t a t i o np r o c e s so f t h es y s t e mf u n c t i o n 5 5 5 4s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 6 0 s u m m a r ya n dp r o s p e c t 61 s u m m a r y 61 p r o s p e c t 6 2 r e f e r e n c e s 6 3 p a p e r sp u b l i s h e d 6 7 o r i g i n a lc r e a t i o na n n o u n c e m e n t 6 8 a u t h o r i z a t i o ns t a t e m e n to fd i s s e r t a t i o n sc o p y r i g h t 6 8 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 9 vj i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究的背景、意义及来源 1 课题研究的背景及意义 随着经济和科学技术的迅猛发展，环境问题已成为当今人类社会面临的三大问 题之一，生态环境保护已成为全球性的关注焦点。作为可持续利用的绿色清洁能源， 太阳能被认为是2 l 世纪以后人类可期待的、最有希望的能源，得到了囡际社会的普 遍重视。太阳能是地球上切能源的主要来源，每年到达地球表面的太阳辐射能为 5 5 7 l0 3 兆焦，相当于19 0 力- 亿吨标准煤，约为目前全世界一次能源消耗总量的1 5 6 10 2 倍，可以说太阳能是“取之不尽、用之不竭”的能源。目前，太阳能供热水 是目前实用化程度最高，应用最为普遍的太阳能热利用技术。直膨式太阳能热泵热 水器是将太阳能作为集热蒸发器热源的热泵系统，能同时吸收空气能和太阳能，在 一定程度上避免了单一的太阳能热水器、热泵热水器受时问和天气影n 向的不足，具 有较好的节能效果【2 _ ，1 。 然而，现阶段直膨式太阳能热泵热水技术的研究主要集中在实验研究、热力性 能分析、工质特性分析、计算机模拟等方面，很少从结构优化上去寻求解决的办 法，没有基于用户和环境的角度去考虑问题，造成产品在制造和使用过程中资源消 耗过多、噪声大、低温环境下制热效率低、生命周期结束后可回收性差等问题。这 些问题的存在，很大程度上影响了直膨式太阳能热泵热水器进一步的推广使用。 绿色质量功能展丌( q f d e ) 将质量功能展丌( q f d ) 和绿色设计相结合，采 用系统化、规范化的方法调查和分析用户和环境需求，通过矩阵结构将用户和环境 需求转换为技术人员可操作的工程技术措施，以决定产品绿色设计的重点，使所设 计和制造的产品能真正地满足用户和不境需求州；发明问题解决理论( t r i z ) 认为， 设计问题的解决即冲突问题的解决，将绿色设计问题转化为t r i z 标准化参数问题， 通过冲突消解理论即可解决产品的绿色设计问题【7 - 9 i 。 本文针对现阶段直膨式太阳能热泵热水器存在的问题，以及q f d e 与t r i z 理 论解决产品绿色设计问题的实用性，综合运j jq f d e 和t r i z 方法，建立了基于q f d e 和t r i z 的直膨j 弋太刚能热泵热水器的绿色设计过程模型，应川所建立的过程模型 对进行了系统的绿色i 殳汁研究。开发了州应的支持软件，以便以后更好、更快的 l 广东工业大学硕士学位论丈 实现直膨式太阳能热泵热水器的改进设计。这种方法将提升直膨式太阳能热泵热水 器的绿色设计水平，实现生产和环保的良好结合，有望进一步打丌直膨式太阳能热 泵热水器市场。 2 课题来源 省部产学研结合项目，项目计划名称：高效节能家用型空气能热水器关键技术 与产品系列的研发，编号：2 0 0 9 8 0 9 0 3 0 0 3 6 0 。 1 2 太阳能热泵产品的类型比较与分析 太阳能热泵技术的研究和发展是建立在太阳能热利用和热泵技术研究的基础之 上，并随着这两种技术的日益成熟和大规模应h j 而获得了广阔的发展空问和应用前 景。根据集热介质的不同，太阳能热泵一般可分为直膨式和非直膨式两大类。在直 膨式太阳能热泵中，制冷剂作为太阳能集热介质直接在集热蒸发器中吸热蒸发，然 后通过热泵循环将冷凝热释放给被加热物体，如图1 1 ( a ) 所示。从图中可见，除集热 蒸发器外，直膨式太阳能热泵的其余部件( 如压缩机、冷凝器和节流阀) 与常规的 热泵系统完全相同，因而具有小型化和商品化的发展潜力。由于太阳能集热器与热 泵蒸发器在结构和功能上都合二为一( 即集热蒸发器) ，使得太阳能集热温度与制 冷剂蒸发温度始终保持一致，也就是说，集热温度可以处于一个较低的温度范围内。 这种结构的优势在于集热效率非常高，甚至采用廉价的裸板集热蒸发器也可以获得 较好的集热性能，因而集热成本比较低。与此同时，随着制冷剂蒸发温度的提高， 热泵机组性能也将得到很大改善，但这种改善将受到太阳辐射条件的限制。由于太 阳能辐射条件受地理纬度、季节转换、昼夜更替及各种复杂气象因素的影响而随时 处于变化中，而工况的不稳定必将导致系统性能的波动，因此如何优化系统结构( 特 别是集热蒸发器结构) 以保证系统的高效稳定运行已成为直膨式太阳能热泵达到实 用化目标所必须解决的难题之一。 在非直膨式太阳热泵中，太| j 兀能集热介顾通常采用水、空气或防冻溶液等流体， 使它们在太5 e l 能集热器中吸收热量，然后将此热量直接传递给加热对缘或作为集热 蒸发器热源经热泵循环升温后再加热物体。根据太阳能集热循j 不与热泵循环的不同 连接形式，非直膨式太阳能热泵又可分为串联式、并联式和双热源式三种基本形式， 分别如图1 1 ( b ) ( c ) ( d ) 所示。串联式足指太阳能集热 ：f j 环与热泵循环通过集热蒸发器 力以f i j 联，集热蒸发器热源全部朱门臻热循环所吸收的热量；并联式是十旨太阳能集 ， 第一章绪论 热循环与热泵循环彼此独立，后者仅作为前者不能满足供热需求时的辅助热源；双 热源式与串联式基本相同，只是热泵循环中包括了两个集热蒸发器，可同时利用包 括太阳能在内的两种低温热源或二者互为补充。非直膨式太阳能热泵的最大优点是 在太阳能辐射条件比较好的情况下，可以直接利用太阳能集热循环进行采暖或供热 水，而不必启用热泵循环，使得系统运行比较经济；在太阳辐射条件较差的情况下， 启用热泵循环来满足用热需求，使得系统具有较好的稳定性。然而，非直膨式太阳 能热泵的复杂程度、规模尺寸和初投资一般都大于直膨式太阳能热泵，并且太阳能 集热循环通常存在冬季防冻、夏季防止过热、管路腐蚀等问题。 ( b ) ( c )( d ) 图1 1 太i j i l 能热泵的类型：( a ) 直膨式( b ) 串联式( c ) 了f 联式( d ) 双热源式 f i g i - 1t y p e so fs o l a ra s s i s t e dh e a tp u m p ：( a ) d i r e c t e x p a n s i o n ( b ) s e r i e s ( c ) p a r a l l e l ( d ) d u a ls o u r c e 通过以上对比分析我们可以知道，4 h 比非直膨式太阳能热泵，直膨式太阳能热 泵结构简巾、成本较低、工质管路无腐蚀结冰现象、设备寿命长、具有小型化和商 业化的发展潜力，冈而具有更为广阔的发腱前景。基于直膨式太刚能热泵的以上优 点，又为本文研究的内容更加深入，更具有针对性和系统性，本课题只选取直膨式 太i ；n 能热泵作为研究对象。 广东工业大学硕士学位论文 1 3 直膨式太阳能热泵热水器的国内外发展现状 国外学者对直膨式太阳能热泵( d i r e c t e x p a n s i o ns o l a ra s s i s t e dh e a tp u m p ， d x s a h p ) 的研究已经进行了很长时问，在理论和实验研究方面有了相当丰富的积 累。美国西弗吉尼亚的s p o m 和a m b r o s e 于1 9 5 5 年通过实验研究第一次提出了直接膨 胀式太阳能热泵的概念，他们的实验研究表明直膨式太阳能热泵结构可以同时提高 热泵机组和太阳能集热器的性能，。在美国能源部的帮助下，s i g m a 研究中心的 f r a n k l i n 等于1 9 7 7 年丌发出一种直接膨胀式太阳能热泵系统，该系统采用裸板式集热 器作为热泵蒸发器，并在其背部设置一个反光板使其j 下反面均可以吸收太阳辐射。 实验结果表明，直接膨胀式太阳能热泵系统性能比常规的太阳能采暖系统有显著地 提高1 1 1 。 1 9 8 7 年，c h a t u r v e d i 等【1 2 1 对直膨式太阳能热泵热水系统，从集热面积与压缩机容 量的匹配性、压缩机转速、裸板太阳能集热蒸发器的温度和制冷剂的性能等方面对 系统进行实验和模拟研究，得出在环境温度由夏季向冬季过渡时，通过降低压缩机 的转速，可以明显的提高系统的性能系数。当系统频率调节在4 0 7 0 h z 范围内时，由 实验所测得的c o p 值和水侧的热容量系数与理论预测值比较一致。 h a w l a d e r 等建立了太阳能热泵热水系统实验台】，在新加坡气候条件下对系统 循环进行性能测试，用获得的实验数据为系统匹配和控制优化服务。对于当地的气 候条件，当水箱水温为3 0 。c 5 0 。c 时，集热器效率大约为4 0 - 7 5 ，系统c o p 值为 4 9 。另外，r 本的i t o 等、马来西亚的m o r g o n 、加拿大的k r a k o w 等、澳大利亚的 m o r r i s o n 者 g 建立了直膨式太阳能热泵实验平台对系统进行实验和模型研究，取得了 一定的成果，对直膨式太阳能热泵的发展具有指导意义1 。 国内关于太阳能热泵发面的研究起步较晚，天津大学、上海交通大学及巾国科 学技术大学等高校取得了一定的研究成果一7 1 。天津大学的赵军从理论上分析了以 r 1 4 3 a 作为工质的直接膨胀式太阳能热泵系统的性能，指出r 1 4 3 a 应用于直接膨胀式 太阳能热泵系统的c o p 可达到4 6 5 ，并与采用r 1 2 的系统结果进行了比较。上海交 通大学旷玉辉、王如竹等建立了直膨式太阳能热泵热水器实验样机，该样机采用裸 板式太阳能集热器作为蒸发器，在室内模拟光源o 1 0 0 0 w m 2 下，可得出热水平均 加热功率为1 0 4 k w t t , j ，热泵平均c o p 值为4 18 。然而，就目前的发展水平而言，虽 然直膨式太阳能热泵相比于= ! 它类型的太阳能热泵更具仃发展前景，但在田内仍旧 第一章绪论 难以实现产业化，最主要的原因就在于直膨式太阳能热泵热水器相比于其它电热水 器、太阳能热水器、燃气热水器等初投资依然较高，低温阴雨环境下制热效率依然 较低，集热蒸发器很难与建筑外观协调一致。因此，如何优化系统结构( 特别是集 热蒸发器结构) 、降低设备初投资和运行成本，丌发出符合中国困情的直膨式太阳 能热泵热水器将成为研究的重点。 1 4 绿色设计的相关研究 1 4 1 绿色设计方法与应用的研究 从2 0 世纪7 0 年代以来，以保护环境、实现资源和能源合理化利用为目的的“绿 色”行动在世纪各国纷纷兴起，“绿色设计”( g r e e nd e s i g n ) 、“环境意识设计” ( e n v i r o n m e n t a l l yc o n s c i o u sd e s i g n ) 、“生命周期评价”( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ) 、 “环境意识制造”( e n v i r o n m e n t a l l yc o n s c i o u sm a n u f a c t u r i n g ) 、“清洁生产” ( c l e a np r o d u c t i o n ) 、“清洁制造”( c l e a nm a n u f a c t u r i n g ) 、“全面环境质量管 理 ( t o t a lq u a l i t ye n v i r o n m e n t a l l y ) 以及“绿色消费”( g r e e nc o n s u m p t i o n ) 等新 理论、新方法和新概念不断用于面向环境的产品设计和开发。在众多面向环境的产 品设计方法当中，绿色设计被认为目前能解决环境、能源和资源问题的主要设计方 法之一【1 8 1 。绿色设计方法与应用的研究近年来相当活跃，国内外对绿色设计的概念、 内涵、方法、应用、准则和其它一些用于解决绿色冲突问题的理论都进行了研究。 国内绿色设计研究主要集中在一些高等院校、研究所和部分企业，这些企事业 单位在国家科学技术部、国家自然科学基金会和其它部省级有关项目的支持下，对 绿色设计的基础理论、方法研究和应用等进行了广泛的研究和探索。目前，国内己 形成了一支从事绿色设计与绿色制造技术研究的专业队伍，为我国绿色设计和绿色 制造奠定了深厚的基础。清华大学为创建绿色大学，已将绿色工程技术列为优先发 展和支持的项日，在美国“c h i n ab r i d g e ”基金和困家自然科学基金委员会的支持下， 已与美田德克萨斯理工大学先进制造实验室建立了绿色设计研究的囤助：俞作关系， 对全生命周期建馍等绿色设计理论和方法进行了系统的研究，取得了一定的进展， 并在机电产品绿色设计、印刷线路扳的1 1 1 收再制造技术等方面进行了深入的研究和 探索m 1 。2 0l0 年重庆大学承扭了多项囡家自然科学五g 金和阳家科技支撑计划资助的 关。一j ：绿色设计制造技术的研究项fi ，对丁绿色设汁r f j u - j 、u t - a - 接棚关的制造系统的能 广东工业大学硕士学位论文 源和资源问题进行了深入的研究，主要研究了可持续发展的体系结构、清洁化生产 系统和体系结构及其实施方案，机床再制造关键技术与应用等，。 合肥工业大学从1 9 9 4 年起开展机电产品绿色设计与可持续制造研究，迄今已经 基本形成稳定的研究方向，主要包括：产品绿色设计与制造理论与方法、绿色产品 评价理论与方法、废1 日产品再资源化理论与方法、绿色供应链管理理论与方法等的 研究| 2 l 】。华中理工大学在产品生命周期设计理论方法进行了一定的研究，并与国外 的研究机构保持联系，拥有一定数量的产品全生命周期设计方面的软件工具及资料。 上海交通大学针对汽车开展了可回收绿色设计技术的研究和探索，就中困轿车的回 收技术和方法等工程问题，进行了轿车发动机、变速箱、仪表盘的解体与回收分析 数据汇总，与中国物资再生利用总公司华东分公司合作，撰写了“探讨中国汽车销 售、维修、二手车交易及回收利用一条管理模式的可行报告”，与法国柏林工业大 学i w f 研究所建立了合作关系，在废弃工业回收方面展开了广泛的基础研究工作 2 1 1 。 此外，机械科学研究所、浙江大学、中国台湾成功大学等研究院或高校也丌展了关 于绿色设计及其生命周期设计理论的相关方法和应用的研究 2 2 1 。在绿色设计应用研 究方面，国内主要