大温差空气源热泵在供暖系统中的应用

为了解决空气源热泵在供暖系统存在的末端匹配性差、系统运行费用高等问题,提出一种适应大温差高效热能输配的热泵系统。通过理论分析和试验验证,对大温差空气源热泵在供暖工程中的应用进行研究,比较大、小温差下的热泵系统的节能效果和供暖效果。研究结果表明:按照GB/T 25127.1—2020测算,采用大温差空气源热泵的制热系统全年制热季节性能系数HSPF可提升57%以上,循环水泵耗电量占比下降73%以上,室内温度变化偏差为±0.2℃,可以推广应用。     

严寒地区空气源热泵供暖运行性能研究

基于TRNSYS软件建立空气源热泵供暖系统仿真模型,模拟空气源热泵供暖运行性能,对比分析不同供水流量、不同月份以及3个典型供暖日下的系统COP。研究结果表明:室内温度及系统COP随室外温度的升高而升高,系统耗电量随室外温度的升高而降低;当室外温度恒定时,室内温度和系统耗电量随供水流量的增大而增大,但系统COP随供水流量的增大而降低;供暖期开始和结束时,空气源热泵运行性能稳定、满足供暖热舒适需求,供暖期室外温度最低时不宜单独使用空气源热泵。研究结果可为空气源热泵供暖系统在包头地区的应用提供指导。     

空气源热泵用于低温热水地板辐射供暖系统的模拟研究

低温热水地板辐射供暖具有舒适、节能和节省空间等优势。空气源热泵以其高效、稳定及其与前者的良好匹配性被认为是低温热水地板辐射供暖系统的理想热源。空气源热泵与地板辐射供暖系统相结合能充分利用围护结构及地板各构造层等蓄热体的蓄热特性,减小环境温度变化对空气源热泵制热性能的影响。本文利用TRNSYS和EES软件建立某高层建筑以空气源热泵为热源的低温热水地板辐射供暖系统的瞬态仿真模型,模拟结果与文献报道的实验数据取得了较好的一致性。基于地板辐射供暖系统的蓄热特性,本文提出电力负荷波峰波谷分时段运行控制策略,可避开空气源热泵运行的不利工况以提高制热效率。针对波峰波谷分时段运行及全波谷运行这两种模式,比较供暖房间温度及运行费用的模拟结果表明,波峰波谷分时段运行模式优于全波谷运行模式。     

基于低温空气含湿量的太阳能耦合空气源热泵热水系统性能分析

利用TRNEdit与宏编辑器,通过对TRNSYS软件空气源热泵模块蒸发器部件的数学模型优化,新建太阳能耦合空气源热泵模块,综合判断基于低温空气含湿量的太阳能蒸发集热器结霜除霜对于耦合热泵热水系统制热性能的影响。在太原地区典型气象年低温空气含湿量典型日工况下,相比同型号常规热泵热水系统,耦合热泵热水系统的平均COP_h提高7.7%,耗电量节省6.9%,具有较好的节能效益。     

铁路工程低温空气源热泵运行实测与优化分析

铁路沿线房屋常常远离城市且具有“点多线长”的特点,当铁路客站不具备接入市政供暖和燃气时,空气源热泵因取热方便、能效比高等优势在铁路工程中应用广泛。为探究低温空气源热泵在铁路工程的应用效果及性能,对低温空气源热泵在铁路工程应用的3个工程进行了实测,重点分析了低温空气源热泵机组在不同地区使用的容量修正问题。研究结果表明：由于机组的制热性能受室外环境影响大,为提高低温空气源热泵的制热性能,机组选型时温度修正系数需考虑供暖季的热负荷频率分布和辅助热源措施以防止设备容量过大。此外,由于重霜区集中在温度不太低,湿度较高的区域,在严寒、寒冷地区低温空气源热泵的“无霜除霜”的现象较为严重,其融霜修正系数取值建议在0.88～0.95范围内。再次,铁路房屋供暖末端形式受热泵机组的供水温度影响,建议以散热器为末端供暖系统采用CO₂低温空气源热泵机组,以辐射地板和风机盘管采用常规制冷剂空气源热泵机组即可满足要求。     

邯郸地区某空气源热泵供暖系统运行性能分析

为提高空气源热泵供热系统的实际运行性能,在2019—2020 年供暖季对邯郸地区某老旧小区空气源热泵供热系统进行了现场测试,根据室外空气温湿度、系统供回水温度及流量、耗电量的实测数据和变水温运行调节方式,对系统长期运行性能进行了分析,对比了4 种工况条件下的系统运行特性。测试分析结果表明：对于整个供暖期的能耗而言,分阶段变水温调节有利于促进空气源热泵节能运行。邯郸地区冬季室外相对湿度较高,容易导致空气源热泵运行效果不佳、供热量不足。此时在分阶段变水温调节的基础上采用分时段变水温调节,有利于改善系统运行效果,供暖期第Ⅱ阶段的COP′由1.63提高至第Ⅲ阶段的1.76,提高了8%。     

户用低环境温度空气源热泵系统配置不同散热终端时的性能比较

对户用低环境温度空气源热泵系统配置不同散热终端时的性能进行测试及计算,包括全天累计制热量、全天累计耗电量以及平均性能系数。测试结果表明,在采用相同型号的低环境温度空气源热泵机组且房间热负荷相近的条件下,配置不同散热终端的供热系统的累计耗电量最大相差27%,供热系统的平均性能系数最大相差24%。最后对造成差异的原因进行分析,测试结果对后续供热项目改造具有一定的指导意义。     

基于变频压缩机的跨临界CO_2热泵热水器名义工况的试验研究

搭建基于变频压缩机的跨临界CO_2热泵热水器试验台。在系统制冷剂充注量为950 g,测试工况为名义工况的前提下,分析电子膨胀阀开度和压缩机运行频率对系统参数,包括压缩机吸气温度和压力,排气温度和压力,系统制热量和制热性能系数COP_h的影响。试验结果表明:随着电子膨胀阀开度的增大,压缩机吸气温度降低,吸气压力升高,而排气温度和排气压力趋势性走低,中间偶有起伏;制热量随着电子膨胀阀开度的增大逐渐降低,制热性能系数COP_h在电子膨胀阀一定开度范围内存在一个最优值;压缩机吸气温度受频率的影响较小,吸气压力则随着频率的增加而降低,排气温度和排气压力均随频率的增加而升高;制热量随着频率的升高而增大,制热系数COP_h最大值出现在低频率范围。     

采用变回水温度控制策略的空气源热泵空调系统研究

为了提高空气源热泵空调系统运行性能,研究了一套采用变回水温度控制策略的空气源热泵机组的制冷性能。实验研究表明,变回水温度工况可满足室内冷负荷需求。与传统采用定12℃回水温度的空气源热泵空调系统相比,COP更高,耗电量更小,是一种高效节能的空气源热泵空调系统控制方法。此外,所建立的Dymola模型从理论上验证了实验结果,在此基础上模拟实际空调系统的能耗,模拟结果表明,COP由3.99提高至4.39,提高了10%。     

基于变容积比三缸双级压缩补气增焓技术的家用空气源热泵制热性能分析

在低环境温度工况下，传统空气源热泵存在制热量不足、制热性能系数(COP)低等问题，这导致其热舒适性差和运行经济性差，阻碍了空气源热泵技术在北方寒冷地区的应用。本文将变容积比三缸双级压缩补气增焓技术应用于家用空气源热泵，研究结果表明：该热泵的低温运行工况可低至-35℃;-15℃制热工况的COP可达到1.92;-30℃制热工况下，热泵出风口温度可达47℃。     

超低温空气源热泵在沈阳地区供暖的应用研究

空气源热泵在我国华东及华南等地区得到广泛应用,但在我国北方寒冷地区受室外温度的影响,存在制热量衰减、能效比降低等问题。为研究空气源热泵在北方寒冷地区的适用性,本文对空气源热泵在具有代表性的严寒地区沈阳进行冬季采暖的测试试验,结果表明,稳定运行的测试期内,室内平均温度为18.8℃,在极寒条件下(室外最冷温度-23℃)室内温度也能维持在18.5℃,均可以满足北方地区冬季采暖要求,测试期的制热性能系数COP为1.73,对比电加热采暖,节能率达到48%,节能效果比较明显。预估采暖季制热性能系数COP为1.98。     

空气源热泵蒸发器并联轮换除霜理论研究

针对大中型空气源热泵系统除霜,提出一种空气源热泵蒸发器并联轮换除霜系统,该系统能够实现除霜时不停止制热。为分析系统的结霜/除霜特性,建立空气源热泵蒸发器并联轮换除霜系统理论模型。通过模拟研究蒸发器并联轮换除霜系统结霜/除霜过程中霜层和系统制热性能随运行时间的变化情况。结果表明,在环境温度-5℃,相对湿度80%时,系统运行60 min时,室外机霜层厚度已影响机组正常运行;在运行40 min时开始运行除霜,除霜周期为15.76 min,获得的最大制热量为7.94 kW,最大制热COP为2.77。     

环境温度对空气源热泵供暖性能的影响及优化

本文计算分析了环境温度、出水温度和负荷平衡点对严寒地区典型城市(哈尔滨)低温空气源热泵供暖性能的影响及其经济性和节能减排效益。结果表明:相同出水温度下,机组输入功率随环境温度升高而降低,而机组能效与之相反;机组搭配地暖末端形式的年运行费用为30.74元/m~2,且与燃煤锅炉相比,供暖季可节约标准煤14.74 kg/m~2;不同负荷平衡点对热泵供暖系统的能效与经济性具有较大影响,对于所选典型城市哈尔滨而言最佳经济平衡点为-20℃。     

采用空气源热泵的温室大棚水蓄热供暖系统模拟研究

近些年来，我国设施农业发展的如火如荼，温室大棚建筑能耗不断增加。采用TRNSYS软件，对使用空气源热泵与水蓄热供暖系统的温室大棚的供暖温度、运行功率及运行费用进行仿真模拟分析。提出了谷价蓄热、平价蓄热、无蓄热3种蓄热策略，并利用峰谷电价实现电网的“削峰填谷”,降低峰电价时段的用电负荷，降低供暖系统运行费用。根据3种不同控制策略的仿真模拟分析得出的结果及经济性分析可以发现，谷价蓄热策略相比于平价蓄热策略及无蓄热策略的供暖季运行费用分别降低了30.8%和19.6%。同时从经济性分析来看，谷价蓄热策略年度费用为3种控制策略中最低，经济性最优。该研究为空气源热泵与水蓄热供暖系统为以后在温室大棚中的应用提供相应的参考。     

空气源热泵名义制热量损失系数模型研究

为正确评价空气源热泵机组在结除霜过程的运行性能,探索其在冬季结霜工况下的运行性能,本文提出以"名义制热量损失系数"作为评价空气源热泵结除霜损失的重要参数,并基于大量实测数据,采用广义人工神经网络的预测方法,建立空气源热泵名义制热量损失系数的预测模型。结果表明:建立的预测模型相关系数r 0. 9,期望偏差百分数(EEP)小于6. 5%,模型学习训练效果及通用能力表现良好,该模型可用于预测空气源热泵机组结除霜过程的制热性能,预测结果可作为探寻不同结霜工况下最佳除霜控制点的重要依据。     

污水源热泵系统运行性能实测与节能潜力分析

笔者对大连某原生污水源热泵供热供冷系统进行了实测,获得了该系统供暖季和供冷季的运行数据,供暖季污水温度平均值为10.45℃,机组和系统平均COP分别为5.02和3.93;供冷季污水温度平均值为18.43℃,供冷季机组和系统平均COP分别为6.26和4.54。为了进一步减少污水源热泵系统的运行能耗,提高系统COP,一方面对污水换热器换热系数进行测试研究,与运行初期相比污水换热器换热系数下降了50.08%,更换换热器后,机组和系统COP分别提高了16.08%和11.36%,说明污水源热泵系统定期清洁和更换换热器的重要性;另一方面对污水源热泵机组变工况运行时蒸发器侧和冷凝器侧进水温度和流量对机组性能影响进行分析,基于Data Fit软件建立了机组性能随蒸发器和冷凝器进水温度和流量变化的数学模型,并基于TRNSYS平台对系统负荷侧水泵定频和变频工况分别进行模拟,变频运行机组和系统COP均增加,系统累计能耗减少约18.52%。     

闭式热源塔热泵系统集中供暖性能实测与分析

为了研究闭式热源塔热泵系统的集中供暖性能,在天津地区开展闭式热源塔热泵系统供暖季运行情况的监测研究。根据供暖季不间断的监测结果,计算得到闭式热源塔热泵系统在供暖季的平均性能系数(COP)为2.94。与传统空气源热泵系统相比,在相同工况下,闭式热源塔热泵系统供暖运行时节能高出25%以上,经济效益较好。     

适用于-20℃环境的CO_2汽车热泵系统的开发及性能测试

开发CO_2跨临界汽车热泵,是解决R134a汽车热泵在低温环境下制热量不足、无法正常工作问题的有效措施。本文理论分析了影响CO_2汽车热泵性能的关键因素,在最低为-20℃的环境温度下实验研究了CO_2汽车热泵的性能。结果表明:开发的CO_2汽车热泵系统在低温环境下稳定运行,具有较好的制热性能;在相同压缩机转速条件下,室内进风温度对制热COP(COP_h)影响更大,室外环境温度对制热量影响更大;在-20℃环境冷启动工况下COP_h可达到3.15、制热量为3.6 k W;进风(Tg,a,in)和出风(Tg,a,out)温度分别为20℃和40℃时,COP_h最低为1.72。因此,与R134a相比,CO_2车用热泵系统的低温制热性能有显著的优势,该系统在电动汽车上具有较好的应用潜力。     

上海地区空气源热泵结合小温差换热风机盘管末端的供暖空调系统性能的实验研究

为解决夏热冬冷地区冬季供暖问题,本文设计了空气源热泵结合小温差换热风机盘管末端的分布式空调系统。实验研究表明:在冬季典型工况下采用35℃左右的热水供暖,系统制热性能系数(COP)可达3.0;在夏季典型工况下采用10℃左右的冷水制冷,系统制冷COP也在3.0以上。结果表明通过使用小温差换热末端降低了机组设定出水温度,改善了机组的运行工况,提升系统的能效比。系统解决了目前空气源热泵在冬季低温工况下供暖能效低、舒适性差等问题,为解决我国南方冬季供暖问题提供了可行方案。     

低温太阳能热水辅助空气源热泵系统的节能研究

为了解决北方寒冷地区冬季空气源热泵由于室外温度低而造成的制热效率低的问题,将太阳能热水系统与空气源热泵系统相结合,把原有的空气源热泵系统改为低温太阳能热水辅助空气源热泵系统,通过提高蒸发温度,改善其制热效果。本文介绍改造后的系统原理,对改造后的系统与原系统进行测试对比分析,发现低温太阳能热水辅助空气源热泵系统相对于空气源热泵系统,制热量约为后者的2.1倍,制热效率高,节能效果好。