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。     

空气源燃气热泵系统多制热运行模式下余热回收特性

燃气热泵(GHP)是一种高效的天然气分布式能源系统，可通过回收发动机余热而显著改善空气源热泵在冬季低温制热量大幅度衰减的不足。本文在自行设计并搭建的使用R410A制冷剂开启式涡旋式压缩机的GHP实验平台上，针对额定制热和超低温制热两种环境温度T_amb(7℃和-15℃)，研究了不同制热运行方式(mode-1～mode-4)对GHP系统制热性能参数的影响。结果表明，相比不进行余热回收的制热模式(mode-1)，进行余热回收的制热模式(mode-2～mode-4)可明显提升系统的制热性能，mode-4是一种更优的制热运行模式。在mode-4下，当环境温度为7℃与-15℃时，一次能源利用率分别为1.552和0.983，回收的余热量占总余热量的百分比(R_rec,res)分别为64.15%和50.63%，回收的余热量占总制热量的百分比(R_rec,h)分别为28.97%和36.58%，系统的余热回收效果优良。相比于额定制热下的R_rec,res与R_rec,h，超低温制热下回收的余热量占发动机总...     

出水温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷(热)水模块机组制热性能的影响

为了研究出水温度变化对采用电子膨胀阀和模块化能量调节系统的风冷热泵冷(热)水模块化机组制热性能的影响,对5台名义制冷量和制热量分别是60kW和64kW该类机组进行实验研究,实验工况是变工况,其出水温度是39～50℃、环境温度-10～13℃、相对湿度90%。实验得出制热工况时出水温度在39～50℃范围内,机组制热量是34.6～78.8kW,消耗功率是16.2～22.2kW,COPh值是1.77～4.20,以及得出出水温度对机组性能参数的影响规律,这些规律为风冷热泵冷(热)水模块机组的节能运行提供了依据。     

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%。     

新型空气-水双热源复合热泵系统性能和除霜实验

针对低温环境条件下热泵逆循环除霜存在的诸多问题,提出了一套具备预热除霜功能的新型空气-水双热源复合热泵系统（new air-water double source composite heat pump system,AWDSHPS-N）,通过阀门切换和低温水源侧水泵的启停控制可直接进入除霜模式,除霜过程中可保证制热的连续性,每次除霜时长不超过5 min。利用恒温恒湿环境仓模拟室外环境条件,可调控水温的低温水箱模拟太阳能等低温热源搭建AWDSHPS-N实验台,对不同测试工况下,单空气源制热模式（air source heating mode,ASHM）、单水源制热模式（water source heating mode,WSHM）、空气-水双热源制热模式（air-water source heating mode,AWSHM）3种制热模式将水从18℃加热至51℃的系统性能系数（coefficient of performance,COP）进行了实验,结果表明：AWSHM的COP比ASHM提高了6.1%~20.5%;当环境温度和低温水源温度均高于15℃时,系统COP高低顺序为AWSHM、ASHM和WSHM。     

环境温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷(热)水模块机组性能的影响

为了研究环境温度变化对采用电子膨胀阀和模块化能量调节系统的风冷热泵冷（热）水模块化机组制冷和制热性能的影响,对5台制冷量60 kW的机组在出水温度5～12℃、环境干球温度25～42℃、相对湿度40%工况条件下进行实验,得出一系列制冷量、制冷消耗功率、制冷COP、制热量、制热消耗功率和供热COP_h实验数据,并得出环境温度对机组这些性能参数的影响规律;同时,通过比较实验机组和以热力膨胀阀作节流元件的风冷热泵机组,总结出前者具有更良好的能量调节性能和节能性能,并且设备运行的实际工况偏离设计工况越远,如在环境温度40℃,相同的7相似文献   

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%。     

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。     

新型空气-水双热源复合热泵系统性能和除霜实验

针对低温环境条件下热泵逆循环除霜存在的诸多问题,提出了一套具备预热除霜功能的新型空气-水双热源复合热泵系统(new air-water double source composite heat pump system,AWDSHPS-N),通过阀门切换和低温水源侧水泵的启停控制可直接进入除霜模式,除霜过程中可保证制热的连续性,每次除霜时长不超过5 min。利用恒温恒湿环境仓模拟室外环境条件,可调控水温的低温水箱模拟太阳能等低温热源搭建AWDSHPS-N实验台,对不同测试工况下,单空气源制热模式(air source heating mode,ASHM)、单水源制热模式(water source heating mode,WSHM)、空气-水双热源制热模式(air-water source heating mode,AWSHM)3种制热模式将水从18℃加热至51℃的系统性能系数(coefficient of performance,COP)进行了实验,结果表明:AWSHM的COP比ASHM提高了6.1%~20.5%;当环境温度和低温水源温度均高于15℃时,系统COP高低顺序为AWSHM、ASHM和WSHM。     

基于热源塔的热泵系统构建与试验

为解决水冷冷水机组冬季闲置和空气源热泵冬季制热存在的结霜问题,构建了一种基于热源塔的热泵系统。详细分析了热源塔热泵系统的构成和工作过程,依据所建立的热源塔热泵试验装置进行了不同热源塔溶液进出口温差的制热试验。结果表明:热泵制热量和COP都随着热源塔溶液进出口温差的增大而减小,而压缩机的耗功变化较小,空气与蒸发温度间的温差随之增大而增加;当环境温度为-1.2℃,热源塔溶液进出口温差从1.5℃增大到3℃时,热泵制热COP由3.02降为2.72,空气与蒸发温度的温差由7.64℃增大至11.96℃。整个实验过程中系统运行稳定可靠,避免了空气源热泵的结霜问题,表明热源塔热泵是一种非常具有前景的冷热源方案。     

出水温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷（热）水模块机组制冷性能的影响

为了研究出水温度对采用电子膨胀阀和模块化能量调节系统的风冷热泵冷（热）水模块化机组制冷性能的影响,对5台制冷量60 kW该类机组在蒸发器冷冻水出水温度5～12℃、环境干球温度25～42℃、相对湿度40%变工况条件下进行实验。得出机组制冷量在54～71 kW之间,消耗功率在17.2～22.2 kW,制冷COP是2.55～3.84,以及冷冻水出水温度对机组制冷量、输入功率和COP值的一系列变化规律,这些规律为风冷热泵冷（热）水模块机组的节能运行和优化设计提供了依据。     

基于ADRC算法的供热机组智能安全控制系统研究

以300 MW供热机组安全控制系统分析及ADRC控制策略作为研究的切入点，本文首先分析了机组安全保护控制系统中燃气控制单元，然后在研究的过程中通过自寻优控制引入，使燃气锅炉运行系统达到最优化的状态。通过机组安全保护控制系统加入算法的实际运行结果能使燃气系统的调节更具灵活性。研究结果表明，机组安全控制策略，能使锅炉的控制系统研究变得更加具体化，借助于ADRC算法能够使机组安全控制更加智能化。     

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.     

燃气机热泵燃气机转速与蒸发器过热度联合控制试验

燃气机热泵是由燃气机、热泵系统和数据采集控制系统组成的复杂系统。系统运行过程中,燃气机转速与蒸发器过热度的有效控制是系统安全高效运行的前提。根据燃气机及热泵系统的特性,设计了燃气机转速与蒸发器过热度联合控制策略,其中燃气机转速采用PI控制,蒸发器过热度采用增益调度控制,并将该控制策略应用于燃气机热泵的控制,对燃气机转速与蒸发器过热度的联合控制进行了试验。当蒸发器过热度设定值改变时,过热度的超调量小于1℃,转速控制表现出较强的抗干扰性能;当燃气机转速设定值改变时,燃气机转速基本没有出现超调,过热度的波动范围小于0.5℃。试验结果表明,当燃气机转速设定值和蒸发器过热度设定值连续改变时,联合控制策略同样表现出良好的动态响应特性和抗干扰性能。本文结果可以为燃气热泵的自动控制系统设计提供技术支持。     

燃气机热泵燃气机转速与蒸发器过热度联合控制试验

燃气机热泵是由燃气机、热泵系统和数据采集控制系统组成的复杂系统。系统运行过程中,燃气机转速与蒸发器过热度的有效控制是系统安全高效运行的前提。根据燃气机及热泵系统的特性,设计了燃气机转速与蒸发器过热度联合控制策略,其中燃气机转速采用PI控制,蒸发器过热度采用增益调度控制,并将该控制策略应用于燃气机热泵的控制,对燃气机转速与蒸发器过热度的联合控制进行了试验。当蒸发器过热度设定值改变时,过热度的超调量小于1℃,转速控制表现出较强的抗干扰性能;当燃气机转速设定值改变时,燃气机转速基本没有出现超调,过热度的波动范围小于0.5℃。试验结果表明,当燃气机转速设定值和蒸发器过热度设定值连续改变时,联合控制策略同样表现出良好的动态响应特性和抗干扰性能。本文结果可以为燃气热泵的自动控制系统设计提供技术支持。     

闭式热源塔运行参数对热泵系统性能的影响

热源塔风机和防冻溶液循环泵是热源塔热泵系统中除压缩机外的主要耗电设备。通过改变热源塔风机和防冻溶液循环泵的工作频率,实验研究了冬季制热工况下闭式热源塔运行参数对热源塔吸热量和热泵系统性能的影响,研究结果表明,热源塔风机频率降低导致热源塔吸热量、系统制热量和热泵机组COP下降,但使系统能效比增大;热源塔吸热量随循环泵频率的增加先升高后降低并在25 Hz时达最大值,系统制热量同样随循环泵频率的增加先升高后降低,且随着风机频率的增大,制热量最大值对应的循环泵频率由35 Hz变为25 Hz;同时循环泵频率增加使热泵机组COP增加,但系统能效比减小;循环泵和风机频率均在15 Hz时,压缩机压缩比增大,压缩机效率低;系统制热量最高超过14.30 kW,热泵机组平均COP最高为3.31,系统平均能效比最高可达2.37。     

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。     

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。     

两种集热结构的太阳能光伏/光热一体化热泵性能分析

探讨了一种直接将热泵蒸发管设置在太阳能光伏集热板背面的新型光伏/光热一体化热泵（PV/T-HP）系统。设计了采用普通铜管和多孔铝扁管的两种集热/蒸发器结构,对二者进行性能模拟与对比分析。结果显示：采用多孔铝扁管集热蒸发器的热泵系统因其更好的传热性能而具备更高的电效率和制热性能系数。对PV/T-HP系统的全年运行性能模拟表明,该系统可同时高效地输出电能和制得50℃热水。此外还提出,根据季节和天气变化控制压缩机容量的控制策略优化系统运行以提高其全年综合性能。     

带毛细管的变频压缩机空气源热泵实验研究

针对家用“煤改电”空气源热泵,提出采用毛细管作为节流元件替代热力膨胀阀或电子膨胀阀,搭建了热泵系统实验装置。研究压缩机不同频率下,不同的毛细管长度对压缩机吸气压力、排气温度和机组制热量等制热性能的影响。实验结果表明,毛细管替代热力膨胀阀或电子膨胀阀后,系统能够长时间稳定运行;毛细管长度为500 mm、压缩机频率为35 Hz时系统制热性能最优,制热量、制热COP获得最大值,而其吸气压力和排气温度适中。