太阳能辅助的双源耦合热泵系统制热特性研究

传统空气源热泵在较低环境温度下存在制热量不足和制热效率偏低问题,该文提出一种太阳能辅助的双源双压缩耦合热泵系统,通过集热器将太阳能转化为低温热水以构建太阳能水源热泵单元,利用2台压缩机和1台冷凝器实现太阳能水源热泵单元和空气源热泵单元并联耦合工作。太阳能水源热泵单元和空气源热泵单元既能各自独立运行又能同时运行以满足用户全天候热负荷需求。基于DeST软件评估一个供热期(120 d)郑州某建筑逐时热负荷特性。在建立热力学数学模型基础上编写程序进行新系统循环特性计算和能耗分析,结果表明:双源耦合热泵系统COP_h较传统空气源热泵明显升高;前者日节能率介于1.01%～14.75%之间,在整个供热期总能耗较后者减少8.72%。双源(空气源蒸发器和水源蒸发器)双压缩机并联流程耦合热泵比双源单压缩机串联流程耦合热泵更具有节能优势。     

相变蓄热蒸发型空气源热泵性能实验研究

针对北方低温环境下空气源热泵性能低劣的状况,开发设计一种相变蓄热蒸发型空气源热泵系统,相变蓄热器由蓄热材料、双盘管和保温层组成,该热泵系统可在供热-蓄热、供热-放热和除霜-放热模式下运行。通过人工模拟各种不同环境温度对该热泵系统的不同运行模式进行性能测试。测试结果显示:相变蓄热蒸发型空气源热泵系统在3种模式下都具有优良的性能,在超低环境温度-25℃和-30℃下运行时,制热性能系数COP分别为2.00和1.94,制热量仍能满足供热需求,同时压缩机排汽温度显著降低。实验研究结果表明,该相变蓄热蒸发型空气源热泵系统能够解决空气源热泵在供热过程中存在的能量供需矛盾,同时可提高空气源热泵在低温运行下的各种性能。     

供暖用CO2空气源热泵变频运行性能研究

采用压缩机变频、设置回热器与气液分离器辅助加热等技术途径,设计与构建一种供暖用CO2空气源热泵系统。在此基础上,建立响应面模型对供暖用CO2空气源热泵的压缩机运行频率进行优化,以提高供暖用CO2空气源热泵的低温性能。响应曲面法分析结果表明,低温环境下压缩机合理升频运行可有效提高供暖用CO2空气源热泵制热量,虽压缩比增大,但仍能保证压缩机稳定运行。为提高供暖用CO2空气源热泵的性能系数(COP),在低温环境下压缩机可分段变频运行。当环境温度依次为-5、-10及-15℃时,COP最大时对应的压缩机运行频率分别为55、58及60 Hz。     

R410A低温喷液式热泵机组高出水温度的制热运行试验研究

为了验证喷液冷却空气源热泵低温适应高出水温度制热的可靠性,探究热泵高出水温度制热的运行特性,以R410A为制冷剂,在2℃、-10℃、-20℃的环境温度下开展喷液冷却空气源热泵样机45℃、50℃、55℃、60℃变出水温度的试验测试。结果表明：压缩机排气温度和热泵功耗随出水温度的升高而升高,制热量和COP值随出水温度的升高而降低,环境温度降低热泵制热性能下降;环境温度为-20℃、出水温度为55℃工况（循环温差大于75℃）的压缩机排气温度为115.2℃,低于R410A的排温上限125℃,COP值为1.275,喷液冷却空气源热泵具有低温适应高出水制热的安全可靠性。     

多太阳能集热蒸发器并联热泵系统的实验研究

建立多太阳能集热蒸发器并联热泵系统的实验装置,分析在正常和恶劣工况下,太阳能热泵集热蒸发器的热性能。结果表明,在相同太阳辐照量的条件下,各太阳能集热蒸发器出口处过热度与压缩机进口处过热度基本一致,且均能正常工作;不论在正常工况还是恶劣工况下,蒸发器阵列的整体性能均可满足要求;通过比较多太阳能集热蒸发器并联热泵热水系统与空气源热泵热水系统COP可知,多太阳能集热蒸发器并联热泵热水系统COP基本维持在5.0～6.0之间,相比于空气源热泵热水系统COP在2.0～3.0之间有明显优势;证明多太阳能集热蒸发器并联形成一个大的太阳能热泵系统是可靠的。     

增加蓄热装置的空气源热泵-太阳能互补供暖系统优化研究

针对低温工况下多能互补供暖系统的工作性能和经济性较差等问题,文章设计了太阳能-蓄热空气源热泵互补供暖系统,该系统在传统太阳能-空气源热泵互补供暖系统的基础上增加了蓄热装置,提高了空气源热泵入口的空气温度。文章基于TRNSYS软件构建了太阳能-蓄热空气源热泵互补供暖系统的仿真模型,并分析了空气源热泵制热能效比的变化,对比了入口处有、无蓄热装置时太阳能-蓄热空气源热泵互补供暖系统的热性能和经济性。分析结果表明:在增设蓄热装置后,空气源热泵的平均制热能效比提高了34.87%;在供暖期内,系统的平均代价火用效率提高了3.24%,总能耗减少了2×10~7kJ,费用年值与太阳能保证率之比ACSF减少了3.3元;系统中各部件的火用效率均有所提高,空气源热泵工作性能的改善最为显著,火用效率提高了4.63%。     

基于相变储能的太阳能空气源热泵系统的研究

针对由天气变化导致太阳能利用不稳定和寒冷地区热泵性能低的问题,文章介绍了一种基于相变储能的太阳能空气源热泵系统,该系统能够根据气象情况灵活切换4种供暖模式,大大减少了系统耗电量。文章通过独特设计的储能冷凝器,不仅可以调节太阳能空气源热泵系统能量分配,改善太阳能空气源热泵系统制热量和建筑热负荷之间不平衡的供需关系、提高太阳能利用率,还可以提高空气源热泵低温性能,快速恢复供暖,从而实现提高太阳能空气源热泵系统整体性能的目的。文章以石家庄农村某户为研究对象进行研究,研究结果表明,太阳能空气源热泵系统供暖效果较好,太阳能空气源热泵系统COP最大值为5.19,节能环保效益十分明显。     

空气源热泵热水器的优化策略及性能分析

空气源热泵热水器具有运行工况广、冷凝温度时变的特点,机组在运行至较高水温时系统效率会有明显下降。针对这一问题通过实验比较不同外部工况下系统性能的变化规律,分析热泵热水器的实际运行特性和制热性能劣化的原因,并依此提出以控制电子膨胀阀开度和压缩机启停时机的优化策略来提升系统性能。实验结果表明,系统性能分别提升了24.8%和14.3%。同时分析了两种策略的优势与差异性,以期使空气源热泵热水器在实际应用中的制热效率得到最大程度地优化。     

工质为R415b的空气源热泵热水器性能实验研究

通过对工质为R415b的空气源热泵热水器的性能实验,给出了环境温度和相对湿度不同时,随着水箱内水温的升高,热泵系统内蒸发压力、冷凝压力、压比、吸气温度、液管温度、冷凝侧过热度和过冷度、蒸发侧过热度以及COP的变化规律,指出了空气源热泵热水器的COP不仅随水温动态变化,而且与气温及湿度有关。同时,还对水箱内水的升温规律以及与热泵循环参数的关联进行了研究。     

太阳能辅助空气源复合热泵冬季供热特性实验研究

设计了以非同态双热源复合换热器为核心技术部件的太阳能辅助空气源复合热泵,搭建试验台,按照国家标准规定的单一空气源热泵的3种冬季供热工况(7、2、-7℃)进行实验研究.研究结果表明,该复合热泵冬季低温供热性能明显优于单一空气源热泵,在标准规定的环境温度为-7℃的超低温工况下,复合热泵较单一空气源热泵,制热量提高24％,能效比提高25％以上.     

低温工况热源塔热泵系统应用试验分析

针对热源塔换热能力及热源塔联立热泵主机制热情况分别进行试验研究,并与风冷热泵的制热变化性能进行比较分析。结果表明,控制热源塔进口气液温差恒定的情况下,塔从空气中吸收的热量随环境温度的降低而增加,溶液中溶质的挥发对热源塔吸热量有重要影响;热源塔进口气液温差随环境自然变化的情况下,环境温度与蒸发温度的温差随环境温度的降低而减小,热源塔从空气中吸收的热量也随之减少。在低温工况下,虽然空气含湿量较少,但热源塔热泵系统相比于其他空气作为热源的热泵系统,在潜热换热方面有较大优势。     

Solar heat pump systems for domestic hot water

Vapour compression heat pumps can upgrade ambient heat sources to match the desired heating load temperature. They can offer considerable increase in operational energy efficiency compared to current water heating systems. Solar heat pumps collect energy not only from solar radiation but also from the ambient air. They can operate even at night or in totally overcast conditions. Since the evaporator/collector operates at temperatures lower than ambient air temperature it does not need glazing or a selective coating to prevent losses. Currently, however, they are not used much at all in domestic or commercial water heating systems. In this paper comparison is made of a conventional solar hot water system, a conventional air source heat pump hot water system and a solar heat pump water heating system based on various capital city locations in Australia. A summary is given of specific electricity consumption, initial and operating costs, and greenhouse gas generation of the three systems dealt with in this paper. The ultimate choice of unit for a particular location will depend heavily on the solar radiation, climate and the local price paid for electricity to drive or boost the unit chosen.     

分液热泵空调系统的制热性能研究

随着热泵空调的普及,热泵空调的能耗占比不断增大,其节能问题成为了关注焦点。换热器对系统性能有着重要的影响,如何通过改进换热器来提升系统性能则成为了研究的热点。其中分液冷凝器作为一种新型的换热设备,能对系统制冷性能产生积极影响。但热泵空调系统在制热工况下,分液冷凝器变成气液分离式蒸发器,其系统制热性能尚未可知。通过实验研究,调整毛细管长度和制冷剂充注量,发现在国家标准工况下分液热泵空调系统的最大制热量比原系统高4.50%,C OP比原系统高7.93%,所对应的毛细管长度为700 mm,制冷剂充注量为700 g。且制冷剂过充注的情况下,分液热泵空调系统的制热性能比较稳定。     

太阳能与空气源热泵复合式供暖系统在西安地区的应用特性分析及评价

以西安地区的某个房间为研究对象,采用TRNSYS软件针对该房间分别应用太阳能集热系统、空气源热泵系统及太阳能与空气源热泵复合式供暖系统进行供暖时的情况进行了分析。首先,建立了太阳能与空气源热泵复合式供暖系统的仿真模型,并对其正确性进行了实验验证;其次,对比分析了在3种运行模式下各个系统的运行特性;最后,以系统能耗及能效比(COP)等参数为指标,对太阳能与空气源热泵复合式供暖系统的性能进行了评价。结果表明:在整个供暖期内,太阳能与空气源热泵复合式供暖系统的总能耗为284.61kWh,其中,空气源热泵消耗的电能为264.10kWh;该复合式供暖系统的太阳能保证率为30.71%,平均COPc-sys为3.04,比单独采用空气源热泵系统进行供暖时的平均COPhp-sys提高了0.33,这表明太阳能与空气源热泵复合式供暖系统在西安地区具有较好的节能优势。这一研究结果为太阳能与空气源热泵复合式供暖系统在西安地区的应用及优化奠定了理论基础,对其推广应用具有重要意义。     

太阳能-空气复合热源热泵热水器的性能模拟与分析

介绍了一种新型太阳能—空气复合热源热泵热水装置(SAS-HPWH)。该装置通过使用独特设计的螺旋翅片蒸发管的平板型集热/蒸发器,可以在不同的天气情况下切换运行太阳能热源热泵模式、太阳能与空气双热源热泵模式和空气源热泵模式,制取生活热水。论文主要针对自行设计的一台150L的SAS-HPWH,建立系统的数学模型,并以太阳能输入比例为准则研究系统的运行模式与特性。模拟结果显示该热水器在不同天气特征情况下可高效率地制造55℃热水。论文还分析了太阳辐射、环境温度以及压缩机的容量对系统特性的影响,提出使用变频压缩机,根据不同的天气情况调节制冷剂流量,进一步提高系统的整体性能。     

广东地区太阳能-空气源热泵复合系统供暖供生活热水实验研究

构建了一种太阳能-空气源热泵复合供热系统,在广东地区冬季的晴天和全阴天进行供暖供生活热水实验测试。针对办公建筑供暖供生活热水需求,定时间段供生活热水同时进行供暖实验。实验结果表明:晴天热泵相较于全阴天工况节电1.16 kW·h,供热效果优于全阴天工况,太阳能-空气源热泵复合供热性能相较于单独的空气源热泵更有显著优势;太阳能-空气源热泵复合系统供暖供生活热水期间,复合系统COP_(sys)平均值为4.71、波动范围在4.20～5.38,空气源热泵系统COP_(hp)平均值为4.60、波动范围在4.08～5.10。     

Comparison of energy and exergy analysis of fossil plant,ground and air source heat pump building heating system

The energy and exergy flow for a space heating systems of a typical residential building of natural ventilation system with different heat generation plants have been modeled and compared. The aim of this comparison is to demonstrate which system leads to an efficient conversion and supply of energy/exergy within a building system.The analysis of a fossil plant heating system has been done with a typical building simulation software IDA–ICE. A zone model of a building with natural ventilation is considered and heat is being supplied by condensing boiler. The same zone model is applied for other cases of building heating systems where power generation plants are considered as ground and air source heat pumps at different operating conditions. Since there is no inbuilt simulation model for heat pumps in IDA–ICE, different COP curves of the earlier studies of heat pumps are taken into account for the evaluation of the heat pump input and output energy.The outcome of the energy and exergy flow analysis revealed that the ground source heat pump heating system is better than air source heat pump or conventional heating system. The realistic and efficient system in this study “ground source heat pump with condenser inlet temperature 30 °C and varying evaporator inlet temperature” has roughly 25% less demand of absolute primary energy and exergy whereas about 50% high overall primary coefficient of performance and overall primary exergy efficiency than base case (conventional system). The consequence of low absolute energy and exergy demands and high efficiencies lead to a sustainable building heating system.     

CO2跨临界循环地源热泵的研究

给出了CO2跨临界循环地源热泵的系统流程，并在考虑输气系数和绝热效率的基础上，与R22和R134a等进行了循环性能比较。结果表明，用于需要较高供水温度的空调系统或热水供应系统时，CO2可具有和常规工质相当的性能。同时对于一特定的CO2地源热泵，分析了在热水流量和热水温度变化时的运行特性，并讨论了CO2地源热泵容量调节的方法。     

光伏/光热-地源热泵联合供热系统运行性能研究

为解决太阳电池的发电效率随温度升高而下降以及地源热泵系统供热引起的土壤热失衡问题,以典型居住建筑的光伏/光热-地源热泵（PV/T-GSHP）联合供热系统为研究对象,基于TRNSYS软件,采用土壤温度、地源热泵机组季节能效比、光伏发电效率和太阳能保证率为评价指标,对该联合供热系统进行运行性能分析。研究结果表明：夏热冬冷地区（以长沙为例）太阳能保证率相对较高,PV/T组件面积为满屋顶最大化安装（900 m²）时,第20年末土壤温度相比初始地温仅升高0.8 ℃,热泵机组季节能效比约为5.1,太阳能保证率为97.0%~98.7%;不同气候地区的太阳能保证率与PV/T组件面积和建筑全年累计供热量有关,通过定义单位建筑全年累计供热量PV/T组件面积指标,得到中国不同气候地区的太阳能保证率与该指标的耦合关系,回归方程的决定系数R²为0.983,得出在已知建筑全年累计供热量和太阳保证率设计目标值的条件下所需PV/T组件面积的计算方法。PV/T-GSHP联合供热系统的全年运行能耗显著小于平板太阳能集热器-地源热泵联合系统（最小降幅为沈阳,49.7%）,远小于空气源热泵（最小降幅为石家庄,79.8%）和燃气壁挂炉（最小降幅为沈阳,65.1%）。