以LFG为燃料的空气源沼气机热泵供热性能

为了利用垃圾填埋气（LFG）这种可再生能源,减少化石燃料的消耗,提出一种以LFG为燃料的空气源沼气机热泵供热系统,并研究其供热性能。确定了LFG收集系统以及适合沼气机热泵系统的LFG净化方法。所构建的实验平台可经阀门切换,分别研究沼气机排烟余热单独回收利用或缸套冷却水和排烟余热同时回收利用两种模式。进行了系统供热性能的实验测试,并对影响系统供热性能的沼气机转速、冷凝器水流量、冷凝器进水温度等因素进行了分析。实验结果表明：该热泵系统的总供热量随沼气机转速和冷凝器水流量增大而增大,随冷凝器进水温度升高而减小。系统制热系数（COP）和一次能源利用率（PER）均随冷凝器进水温度升高而减小,但其与冷凝器水流量的关系并非单调变化关系。当冷凝器水流量为1.45~1.65 kg·s^-1时,系统供热性能最好;当冷凝器进水温度为35~45℃时,系统的COP最高可达到4.3,PER最高可达到1.48。     

燃气机热泵供热性能规律的理论和实验研究

燃气机热泵(gas engine-driven heat pump)是一种节能环保的供热系统。为了研究燃气机热泵的能源利用效率,利用构建的燃气机热泵实验台,通过理论分析和实验测试研究了燃气机转速、冷凝器进水流量、冷凝器进水温度对系统性能[供热总量、制热性能系数(COP)以及一次能源利用率(PER)]的影响规律。结果表明:燃气机热泵系统供热量随着冷凝器进水流量、燃气机转速的增加而增加,随着冷凝器进水温度的提高而减少。COP和PER随着燃气机转速和进水温度的升高而减少,进水流量对系统性能系数的影响较小。回收的余热占燃气机热泵系统总供热量的40%左右,在考虑余热回收的情况下,燃气机热泵的一次能源利用率在1.15~1.47之间。     

空气源沼气机热泵部分负荷性能

提出了一种沼气机热泵能源综合利用节能系统,并据此构建了系统实验平台,进行了系统性能实验.根据理论分析和实验数据研究了沼气消耗量、余热回收利用、制热系数COP及一次能源利用率PER随沼气机负荷率的变化趋势.结果表明:该节能系统具有较好的部分负荷特性,在仅考虑沼气机排烟余热回收利用的情况下,系统COP最高可达4.18,PER最高可达1.4.因此,空气源沼气机热泵节能系统明显提高了供热能力、降低了能耗,实现了沼气能源的综合有效利用.     

沼气机驱动的风冷热泵系统变工况性能

为高效利用沼气资源并减轻环境污染，构建了基于沼气机驱动的风冷热泵能源综合利用实验装置，重点研究了蒸发温度、冷却水量、沼气机转速等参数对系统性能的影响。实验测试结果表明：冷凝器总负荷随蒸发温度及冷却水量的增加而增大，但增幅较小；回收的沼气机余热随蒸发温度的升高而降低，但降幅较小，通过增大冷却水量可以提高沼气机余热的回收率，同时也增大了系统总供热量；冷却水量对系统性能系数（COP）的影响不具有单调性，在同一工况下，存在一个最佳冷却水量；冷却水量对系统一次能源利用率（PER）的影响幅度不同，冷却水量大时，PER的增幅反而较小。实验工况下，系统COP最高可达5.15，PER最高可达1.68。     

燃气热泵制冷性能试验及余热利用分析

为进一步提高能源利用率和提升低品位余热的品质,实现能量梯级利用,针对燃气机热泵系统开展了制冷性能实验及余热驱动的有机朗肯循环理论仿真研究。结果表明:燃气机热泵系统制冷量、发动机余热以及发动机一次能耗均随燃气发动机转速升高而增大;性能系数(COP)及一次能源利用率(PER)随蒸发器进水温度的升高而增大,但随发动机转速升高而降低。COP和PER分别高于6.0和1.1。在蒸发温度60~86℃范围内,以R245fa作为有机工质的有机朗肯循环热力学第一定律热力效率为7.39%~10.95%,热力学第二定律?效率为42.65%~52.25%。     

燃气热泵制冷性能试验及余热利用分析

为进一步提高能源利用率和提升低品位余热的品质，实现能量梯级利用，针对燃气机热泵系统开展了制冷性能实验及余热驱动的有机朗肯循环理论仿真研究。结果表明：燃气机热泵系统制冷量、发动机余热以及发动机一次能耗均随燃气发动机转速升高而增大；性能系数（COP）及一次能源利用率（PER）随蒸发器进水温度的升高而增大，但随发动机转速升高而降低。COP和PER分别高于6.0和1.1。在蒸发温度60~86℃范围内，以R245fa作为有机工质的有机朗肯循环热力学第一定律热力效率为7.39%~10.95%，热力学第二定律（火用）效率为42.65%~52.25%。     

操作参数对双蒸发压缩/喷射制冷系统性能的影响

实验研究了操作参数（冷凝器进水温度、高温蒸发器进水温度和低温蒸发器进水温度）对双蒸发压缩/喷射制冷系统及两相喷射器性能的影响。结果显示,喷射器引射系数随冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度的升高而减小,随低温蒸发器进水温度的升高而增大;喷射器压升比随冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度的升高而增大,随低温蒸发器进水温度的升高而减小。冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度对制冷系统性能的影响较大,而低温蒸发器进水温度对制冷系统性能的影响较小。其中,冷凝器进水温度每降低5℃,制冷系统COP增加0.44;高温蒸发器进水温度每升高2℃,制冷系统COP增加0.16。结果可供双蒸发压缩/喷射制冷系统的设计和运行参考。     

操作参数对双蒸发压缩/喷射制冷系统性能的影响

实验研究了操作参数(冷凝器进水温度、高温蒸发器进水温度和低温蒸发器进水温度)对双蒸发压缩/喷射制冷系统及两相喷射器性能的影响。结果显示,喷射器引射系数随冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度的升高而减小,随低温蒸发器进水温度的升高而增大;喷射器压升比随冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度的升高而增大,随低温蒸发器进水温度的升高而减小。冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度对制冷系统性能的影响较大,而低温蒸发器进水温度对制冷系统性能的影响较小。其中,冷凝器进水温度每降低5℃,制冷系统COP增加0.44;高温蒸发器进水温度每升高2℃,制冷系统COP增加0.16。结果可供双蒸发压缩/喷射制冷系统的设计和运行参考。     

喷淋式烟气源热泵冷凝余热回收系统性能分析

受限于锅炉房的建造环境,采用喷淋塔回收烟气余热时,热网回水往往是唯一的冷源选择。但回水温度过高时无法回收烟气潜热,造成大量浪费。为实现高效的全热回收,本文提出了一种直接接触式换热器与压缩式热泵耦合的烟气冷凝余热回收系统,旨在通过热泵对低品位热能的提取能力制造人工冷源以满足回收烟气潜热的温度需求。实验研究了系统在变热泵冷凝端进口水流量、温度工况下的余热回收能力和供热能力。结果表明,以输入燃气的最低热值为基准,系统在全工况下的供热效率均超过100%,具备优秀的供热能力。在热泵冷凝端进口水温50℃、流量40L/min的工况下,系统的排烟温度可降至26.9℃,余热回收效率可达13.85%。此外烟气中的水蒸气冷凝量为6.5～7kg/h,证明系统可以在实现高效余热回收的同时具有优秀的余水回收能力。实测每年可节省约1966.42m³燃气,投资回收期约为3.33年,具备优秀的节能与经济效益。     

基于余热回收的燃气热泵系统高温制热特性

燃气热泵（GHP）是一种先进的低碳节能清洁供暖技术。针对当前GHP技术研究中普遍使用的R134a冷媒制热环境温度下限偏高及活塞式压缩机能效偏低等局限,本文创新性地搭建了基于使用R410A冷媒涡旋式压缩机的高能效GHP实验平台,在实验台上进行了不同出水温度（t_w,out）、发动机转速（N_eng）、进水流量（G_w）及是否余热回收下的高温制热特性研究,得到了制热量（Q_h）、耗气功率（P_gas）、压机功率（P_comp）、一次能源利用率（PER）及性能系数（COP）的变化规律,并对关键性能参数进行了误差分析。结果表明,t_w,out由41℃增至50℃时,Q_h、PER和COP分别减小了3.12%、13.17%和18.92%,PER下降的幅度明显小于COP;N_eng从1200r/min增至1800r/min时,在50℃出水下Q_h、P_gas与P_comp分别增加了51.03%、43.98%和55.37%,PER因受到发动机有效热效率升高的影响而增加了4.90%;G_w从5.8m³/h增至11.5m³/h时,系统各性能参数随G_w变化不敏感;系统考虑余热回收后,Q_h、PER与COP均显著增加,在N_eng为1200r/min且41℃出水下分别增加了31.18%、36.06%与31.54%,系统余热回收量占总制热量和发动机总余热量的比例分别为17.48%~24.54%和44.16%~63.39%。由误差分析可得Q_h、P_gas和PER的误差分别为3.29%、1.00%和3.44%,表明了系统测试结果具有较高的准确度。     

基于喷射式热泵的热电联产供热系统

热电联产面临着两个严重问题:供热面积与质量的增加导致供热不足;电厂凝汽器循环冷却水存在大量低品质热量浪费。为同时解决这两个问题,提出了一种利用喷射式热泵强化集中供热的新型EDH-CHP系统。该系统从循环冷却水中回收余热,并将余热应用于集中供热;另外通过增大供热一次网的供回水温差提高原一次网的供热能力。与原系统相比,新型系统在热力首站和热力站分别增加一台喷射式热泵(HP1、HP2)。分别对两台喷射式热泵进行热力学分析及性能实验研究。分析结果表明:HP1和HP2均能有效提高系统性能。实验结果表明:HP1的COP可达1.4～1.9,HP2可降低一次网回水至35℃。经典案例分析表明:新型系统可增加50%供热能力或减少6%能源消耗。     

基于喷射式热泵的热电联产供热系统

热电联产面临着两个严重问题：供热面积与质量的增加导致供热不足;电厂凝汽器循环冷却水存在大量低品质热量浪费。为同时解决这两个问题,提出了一种利用喷射式热泵强化集中供热的新型EDH-CHP系统。该系统从循环冷却水中回收余热,并将余热应用于集中供热;另外通过增大供热一次网的供回水温差提高原一次网的供热能力。与原系统相比,新型系统在热力首站和热力站分别增加一台喷射式热泵（HP1、HP2）。分别对两台喷射式热泵进行热力学分析及性能实验研究。分析结果表明：HP1和HP2均能有效提高系统性能。实验结果表明：HP1的COP可达1.4～1.9,HP2可降低一次网回水至35℃。经典案例分析表明：新型系统可增加50%供热能力或减少6%能源消耗。     

CO2跨临界水-水热泵系统模拟与实验对比分析

为了分析CO_2跨临界水-水热泵系统性能,建立了数学模型,并进行实验研究,对系统性能进行模拟计算,并与实验值做了对比。分析了高压压力、冷却水和冷冻水的进口温度和流量对系统制冷性能系数COP和制热性能系数COP_h的影响。结果表明:模拟值和实验值的一致性较好,从而验证了模型的准确性;系统的性能系数COP/COP_h随着高压压力的增加先增大后缓慢下降;COP/COP_h随着冷却水进口温度的升高而降低,随着冷冻水进口温度的升高而增大;随着冷却水流量和冷冻水流量的增大,COP/COP_h呈现上升趋势。     

无霜空气源热泵系统冬季运行性能实验

为了解决传统空气源热泵系统冬季运行室外换热器结霜温度,提出了一种溶液除湿型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统在冬季可以无霜高效运行的同时夏季性能也有所提高。通过搭建该系统实验平台,研究了室外空气干球温度、湿度、供热水温度、供热水流量、溶液流量、溶液质量分数、室外空气流量等对冬季工况系统供热性能的影响,还研究了溶液流量、溶液温度、室外空气流量等对冬季工况系统再生性能的影响,得出了室外空气湿度、溶液质量分数对系统的供热性能影响较小,随着室外空气干球温度、供热水流量、溶液流量、室外空气流量等参数的升高和供热水温度的减小,系统供热性能逐渐增大最高可达3.11,而随着溶液流量、空气流量等参数的升高和溶液温度的减小,系统再生性能逐渐增大最高可达4.03,系统供热综合COP在实验工况相较逆循环除霜系统有所提升,实验验证了该系统适用于低温高湿地区。     

无霜空气源热泵系统冬季运行性能实验

为了解决传统空气源热泵系统冬季运行室外换热器结霜温度,提出了一种溶液除湿型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统在冬季可以无霜高效运行的同时夏季性能也有所提高。通过搭建该系统实验平台,研究了室外空气干球温度、湿度、供热水温度、供热水流量、溶液流量、溶液质量分数、室外空气流量等对冬季工况系统供热性能的影响,还研究了溶液流量、溶液温度、室外空气流量等对冬季工况系统再生性能的影响,得出了室外空气湿度、溶液质量分数对系统的供热性能影响较小,随着室外空气干球温度、供热水流量、溶液流量、室外空气流量等参数的升高和供热水温度的减小,系统供热性能逐渐增大最高可达3.11,而随着溶液流量、空气流量等参数的升高和溶液温度的减小,系统再生性能逐渐增大最高可达4.03,系统供热综合COP在实验工况相较逆循环除霜系统有所提升,实验验证了该系统适用于低温高湿地区。     

冷凝器正立与倒立布置的外盘微通道热泵热水器对比研究

为了探究冷凝器布置方式对外盘微通道热泵热水器性能的影响,对冷凝器采用正立布置方式和倒立布置方式的热泵热水器进行了对比实验研究。结果表明,在运行过程中,冷凝器采用倒立布置的系统的被加热水温度均匀性更好;而在名义实验工况下,冷凝器采用正立布置的系统的制热量和COP较倒立布置系统有明显地提高,同时其冷凝器压降也有所降低。     

印刷烘干用热泵系统的管板式回热装置设计及性能分析

介绍了一种回热式空气能热泵系统,其回热装置采用管板式结构,在回收利用废气余热的同时避免了废气中墨料杂质和水蒸气对新风的污染。CFD数值模拟了新/回风在回热装置中的流动换热过程,结果显示:新风管道沿程压降和表面换热系数基本保持恒定,回热装置稳定连续工作;新/回风出口温度随环境温度线性变化,回风入口温度变化则会整体改变出口温度变化幅度。极端环境温度-20℃时,新风通过回热装置预热后温度可达272.7K以上,可保证热泵系统的正常工作。热泵系统COP计算结果显示:回热装置大幅提升了印刷烘干用热泵系统的COP值。对应热风烘干最优工作温度50℃,此时热泵COP值在2.81～7.94。     

辅助冷凝器冷却水量对闭式热泵干燥系统性能的影响

针对目前工业生产中金属件清洗干燥工艺中常用干燥方式存在能耗高且环境不友好的现状,提出并建立了一种采用直接串联式辅助冷凝器的闭式热泵干燥系统。基于所搭建的性能测试台,实验研究了流经辅助冷凝器的冷却水量这一关键参数对系统运行工况参数、制热/制冷量、系统功耗、性能系数（COP）以及单位时间除湿量（MER）和单位能耗除湿量（SMER）等性能参数的影响。结果表明：冷却水量为30.6kg/h时,冷凝器出风温度达72.8℃;随着冷却水量的增大,系统制热/制冷量、功耗、冷凝器出风温度及MER均呈现下降趋势,COP维持在5.6左右;MER最高可达3.80kg/h,SMER最高可达1.44kg/(kW·h),MER和SMER的变化趋势相反,故生产实际中需要综合考虑冷却水量对两者的影响;另外,在实验研究工况下最大冷却水出水温度达65.2℃,可为工业生产提供可应用的热水,使能源得到充分地回收利用。研究结果可为闭式热泵干燥系统在金属件清洗干燥工艺中的应用及其节能降耗提供新的思路和参考。     

对二甲苯装置加热炉余热回收分析

分析并探讨了对二甲苯装置加热炉余热回收利用情况,提出了增加余热回收系统、降低排烟温度、降低燃料中的硫含量等节能减排措施,以提高加热炉热效率,降低装置能耗。     

基于余热回收的电动客车喷射补气热泵的制热性能

根据电动汽车热泵在低温下的制热需求并延长车辆行驶里程,开发了车外换热器支路和余热换热器支路并联的余热回收系统并进行了制热性能试验研究。试验结果显示,对于并联余热回收支路的喷射补气式热泵系统,补气支路压力和补气流量均随着余热量的增加而有明显的提升,而吸气主路流量受余热换热器出口过热度的影响。车外换热器支路和余热换热器支路的流量比也呈线性关系,流量比斜率与余热换热器出口相态有关。并联余热回收喷射补气热泵系统的制热性能随余热量的变化受压缩机吸气量和补气量这两个因素的共同影响。在7℃相对较高的环境工况下,余热量的增加有利于制热量的提升但COP没有优势;在-20℃较低的环境工况下,余热量的增加使得补气流量增长较大,但吸气流量衰减严重,对系统的制热性能提升不明显;在-10～0℃的环境工况下,制热量和COP都随余热量的增加而提升较大,-10℃时,1.8 kW余热量条件下的制热量比0.9 kW余热量条件下的制热量增加了11.6%,COP提升9.18%。