太阳能-空气源热泵热水系统多水箱设计方案的优化与能效分析

该文针对高校宿舍热水系统，为提高其经济效益与减排效果提出加入夜间蓄热水箱和热泵机组缓冲水箱的两种多水箱太阳能-空气源热泵热水系统，分别设计优化运行策略。选取水箱体积、集热器面积、倾角以及热泵功率等参数为优化变量，并确定生命周期成本年值与全年运行碳排放量为目标函数，通过对单水箱、双水箱和三水箱热水系统在逐月电耗、电费、太阳能保证率以及平均系统COP等方面的研究与分析，发现三水箱热水系统比传统单水箱全年能节省电耗约3.86%，省电费22.35%，太阳能保证率提高33.32%，平均系统COP提高45.70%，生命周期成本年值降低5.07%，碳排放量减少3.72%，效率提升4.65%。     

太阳能与空气源热泵联合供暖系统容量匹配及运行优化

针对川西藏区民居使用太阳能与空气源热泵联合供暖问题进行系统容量匹配及运行优化研究。建立太阳能与空气源热泵并联供暖系统的容量匹配及运行优化模型,以系统生命周期成本最小为优化目标,以集热器面积、热泵容量、水箱容积、热泵启停温度、热泵启停温差为优化变量,采用遗传算法进行同步优化计算。以甘孜地区为计算案例进行优化计算,结果表明:单一运行优化节能效果显著,与设计方法相比,运行费可节省19.0%,系统COP提高24.3%,热泵平均COP提高10.7%;在系统20 a寿命周期内,同步优化方法下总投资最低,与设计方法、单一运行优化和单一容量匹配相比,其总投资分别降低19.1%、11.4%和15.6%。甘孜地区并联供暖系统应以热泵为主,推荐太阳能保证率为16%,给出了优化匹配容量及运行控制策略。     

上海地区某地源热泵项目全年性能的实测研究

对上海地区某高层住宅楼应用的地源热泵系统的实际性能进行研究,检测系统逐日、逐月及全年的空调和热水能耗。结果表明:在现有入住率较低的情况下,3栋楼每户年平均能耗分别为52.5、72.0和83.4 MWh;空调热泵和热水热泵机组待机率分别超过了58%和81%;供暖、制冷和过渡季热水能耗分别占总能耗的70%、55%和90%。热泵机组长期低负荷运行且频繁启停,及水泵全年工频不间断运行是导致全年能耗偏高的主要原因。如何降低热水系统能耗是系统节能的关键之一。可采取所有热泵机组形成环网、水泵顺序启停和变频运行,并根据热水器内温度设定热水热泵主机启停等针对性措施,实现系统节能降耗。     

分区蓄热水箱应用于太阳能热泵中的蓄放热分析

针对冬季太阳能辐射弱且不稳定的特点,提出一种应用于太阳能热泵的分区蓄热水箱,以水泵驱动蓄热水箱循环区与蓄热区的热量传递,并运用热力学原理对水箱循环区与蓄热区的运行状况进行模拟,分析了水箱两区在不同水泵体积流量下的逐时温度变化并与整体式水箱进行对比。结果表明,分区蓄热水箱克服了整体式水箱的热惰性,启动灵活,能在较短时间内达到热泵运行的理想温度,显著提高了系统的性能。     

间接膨胀式太阳能高温热泵系统运行性能实验研究

为研究间接膨胀式太阳能高温热泵系统实际应用的可行性和有效性,搭建实验平台,在天津地区气象条件下对高温热泵全天动态运行特性开展实验研究,分析太阳辐射强度、水箱储热性能、冷凝温度及膨胀阀开度对系统运行性能影响。结果表明:平均太阳辐射强度由396 W/m2增加到563 W/m2,高温热泵性能系数COP由3.62增至3.93;因水箱储热功能,间接膨胀式系统在太阳辐射强度剧烈波动时能够保持高温热泵相对稳定的蒸发温度;当蒸发温度固定时高温热泵COP随冷凝温度升高而降低,冷凝温度由70 ℃增至80 ℃,COP由4.32降至2.76;膨胀阀开度由150步增至250步,高温热泵全天平均COP由3.14升至5.12,排气压力降低46%。     

基于Transys的太阳能-空气源热泵复合供暖系统优化分析

以西安市周边地区农村住宅为研究对象，基于瞬时系统模拟仿真程序(Trnsys)软件对太阳能-空气源热泵复合供暖系统进行模拟仿真，研究不同集热器倾角和不同蓄热水箱体积对热泵供热量、集热水箱供热量、热泵能耗、系统能耗和性能系数(COP)的影响。结果显示：在最优倾角55°和最优蓄热体积25 m³的条件下，太阳能与空气源热泵复合系统在11月15日至3月15日之间的系统能耗最低，为75 394 kWh。其中，空气源能耗为74 573 kWh，热泵COP为3.467，系统COP为3.98。研究结果为太阳能-空气源热泵复合供暖系统的设计及优化提供参考。     

太阳能-第二类吸收式热泵联合供热系统性能的数值研究

可再生能源和新型节能技术的综合应用,可以解决我国北方地区冬季采暖产生的能耗和污染问题。基于上述理论,文章构建了太阳能-第二类吸收式热泵联合供热系统,并提出了4种运行模式以达到冬季稳定供暖的目的。文章建立了第二类吸收式热泵机组的数学模型,并利用MATLAB软件编写了机组模块。同时,借助TRNSYS软件建立了太阳能-第二类吸收式热泵联合供热系统的仿真模型,并基于冬季典型日的模拟结果分析了该系统的性能。模拟结果表明:太阳能-第二类吸收式热泵联合供热系统是可行的,该系统在运行期间可为用户提供60℃以上的采暖热水,系统的太阳能保证率可达到0.615;与燃气锅炉供热相比,节省了45.7%的燃料费用。     

严寒地区太阳能-空气源热泵系统供暖实验研究

针对严寒地区所构建的太阳能-空气源热泵系统供暖实验装置,进行热泵独立运行及蓄热水箱-热泵双热源联合运行的供暖特性研究。结果表明:使用空气源热泵单独供暖时,当室外温度低于-12℃时系统COPs达到最低,无法满足室内采暖需求;当室外温度在-12～-7℃之间时,室内采暖需求虽可得到满足,但系统COPs仅为1.10～1.44,节能效果不明显;当室外温度大于-7℃时,室内平均温度可达到20℃以上,系统节能性较好;蓄热水箱的加入会影响运行初期机组的稳定性,但可使室温得到快速提升并提高系统的制热性能,在相同运行条件下,蓄热水箱-热泵混合供暖期间室内平均温度为24.61℃,系统COPs为2.01,较蓄热水箱与空气源热泵交替供暖及单一空气源热泵供暖模式分别提高6.90%、21.08%,供暖效果最佳。     

蓄热水箱对太阳能-水源热泵系统性能特性的影响分析及实验研究

为了分析蓄热水箱对太阳能-水源热泵系统性能特性的影响,提高系统的运行效率,提出太阳能-水源热泵复合地板辐射采暖系统(SWHP-RFH)的实时动态数学模型及系统控制策略并在北京科技大学搭建SWHP-RFH实验台。对北京市2009年12月15日测试数据与仿真实验进行对比分析。结果表明:利用水箱分层原理对系统进行运行控制时,系统的COP从3.315升高到3.558。水箱分层研究可为太阳能-水源热泵复合地板辐射采暖系统的优化设计提供重要的指导作用。     

太阳能-海水源热泵联合供暖系统的模拟研究

将太阳能与水源热泵结合,构建了太阳能-海水源热泵联合供暖系统,确定其联合供暖模式。以大连地区为例,采用TRNSYS软件对系统进行模拟计算,以此分析太阳能-海水源热泵复合系统的运行情况,并对其节能效益进行评价。结果表明:冬季采用太阳能-海水源热泵系统,可提高热泵机组的制热性能系数,系统节能率为25.8%。     

蓄热水箱水温和水箱体积对太阳能集热系统的性能影响分析

采用实验和模拟计算方法对太阳能集热系统蓄热水箱的水温和水箱体积影响因素开展探究，分析日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度等参数随水箱初始温度和水箱体积的变化规律。研究结果表明：水箱初始温度从10.34℃增加到29.88℃时，日有用得热量减少了19.52%；换算成日太阳辐照量为17MJ/m2时的储热水箱中水的温升值下降了17.66%，储热水箱结束水温下降了10.73%；单位面积日有用得热量减少了17.64%。通过TRNSYS模拟软件，分析出太阳能集热系统全年运行工况时的水箱变量参数对系统性能的影响，获得了日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度的变化规律。通过选取不同月份的若干个时段进行对比分析，得出水箱体积对太阳能供热系统的影响较水箱初始温度大；当下调水箱初始温度和缩小水箱体积时，日有用得热量提升，但集热器功率降低；当上调水箱初始温度和缩小水箱体积时，水箱内平均温度升高；且随着太阳能集热系统运行时间的累加，水箱初始温度和水箱体积对上述各性能参数的影响减弱。日有用得热量、集热器功率和水箱内平均水温随着季节变化明显，秋季和冬季气候下的日有效得热量，集热器功率和水箱内平均水温均低于春季和夏季。     

基于插栓流模型的太阳能供热系统的研究

采用蓄热水箱的多节点模型,对典型太阳能供热系统进行全年逐时模拟计算.计算数据表明,相比于完全混合的蓄热水箱,水箱温度分层可较大幅度提高太阳能集热器的平均效率和太阳能保证率.同时还分析了不同集热器类型、供水温度、供回水温差等条件下.蓄热水箱温度分层对太阳供热系统性能提高程度的影响.     

相变储能太阳能热泵系统的试验研究

文章建立了相变储能太阳能热泵系统试验平台,介绍了系统的运行方式以及各个部分的运行原理,选取典型日进行试验,并对试验数据进行分析。分析结果表明:相变储能太阳能热泵系统能够满足北方农村的供暖需求,可以保证白天室内的温度达到22℃,COP的最大值为6.3;太阳能热泵系统停止工作后,相变储能箱可以保证室内温度达到供暖的需求温度7 h,起到了"削峰填谷"的作用,运行费用显著降低;相变储能太阳能热泵系统解决了单纯电加热供暖方式费用高、能耗高的问题,具有显著的节能性。     

基于模糊推理的碟式太阳能跟踪系统改进研究

在碟式太阳能系统的长期实验数据中发现,太阳辐照度较低时系统集热效率非常低。为使碟式太阳能系统始终运行在高集热效率状态,提出模糊推理方法改进跟踪系统的启停判定条件,并根据集热器出口气流温度的影响因素建立模糊推理系统。仿真结果表明模糊系统在已知太阳辐照度、辐照变化度和空气流量的前提下,可智能控制系统在集热效率高时运行,集热效率低时待机,证明了该方法的可行性和有效性。     

多连接式双水箱太阳能热水系统的应用探讨

为解决双水箱太阳能热水系统存在的辅助能耗大、集热面积与水箱不匹配等问题,从传统的双水箱系统出发,分析了双水箱系统连接方式存在的阻力问题;提出了双水箱太阳能热水系统多连接方式的设计思路;用试验测试方法分析了系统设计效果。研究内容为太阳能双水箱系统的工程应用提供了参考。     

间接膨胀式太阳能多功能热泵系统换热性能的实验研究

间接膨胀式太阳能多功能热泵系统(indirect expansion solar assisted multifunction domestic heat pump,IESA-MDHP)的运行性能受到多种因素影响,利用带有太阳模拟发射器的焓差实验室可定量检测热泵系统的运行性能,并对不同条件下的运行性能进行比较。该文在稳定的外界条件下,对IESA-MDHP系统在太阳能制热水模式和太阳能制热模式下运行的换热性能进行实验研究。结果表明,在太阳能制热水模式中,随着水箱初温升高,蒸发侧和冷凝侧换热功率均会提高,在制热水的同时,向系统输入太阳辐照,与无辐照时相比,辐照强度从0 W/m~2上升到500 W/m~2时,系统在蒸发侧和冷凝侧的平均换热功率可分别提高30.11%和37.46%,平均COP可提高32.27%;在太阳能制热模式中,水箱作为系统的蒸发热源,水箱初始温度越高,蒸发侧换热功率越大,对应的冷凝侧换热功率随之增大。     

寒区路基地源热泵型供热装置运行特性及能效优化北大核心CSCD

文章针对寒区路基工程广泛面临的冻害问题,基于地源热泵技术,构建一种主动温控式路基。通过模型试验,对比了热泵在不同运行模式下的换热特性,结果表明:在连续运行模式下,热泵供热温度最高达95.9℃,吸热温度低至-8.5℃,可以有效防治冻胀。热泵定时运行模式的换热效率优于定温模式,定温模式的启停循环次数多、压缩机能耗大;在定时模式下,随着启停比的增大,供热温度逐渐升高,而吸热温度先降低、后升高,启停比为2∶1时,换热效果最优;面向单线铁路路基冻胀抢险时,建议热泵间距取1.5~3.0 m,热泵功率宜取1.0~2.0 kW,根据冻胀程度动态地控制启停比例。     

以空气为携热介质的开式太阳能蓄能热泵循环研究与分析

以空气为携热介质的开式太阳能吸收式热泵系统为研究对象，在原有制冷循环基础上，根据冬季蓄能热泵循环运行特点对系统进行改进；并以西安地区为例对循环进行计算和分析，探讨其蓄能情况和影响系统工作性能的因素。     

太阳能热泵系统的试验研究与分析

为研究以太阳能为低温热源的供热运行特点,建立了太阳能热泵系统试验台及试验台测量系统,使用数据分析软件处理不同工况下的试验数据,分析了蒸发和冷凝温度对吸热量、制热量、压缩机状态、系统COP的影响。结果表明,太阳能热泵系统在运行期间节能效果明显,蒸发温度的增大有利于提高太阳能热泵系统的工作性能。     

太阳能辅助R744热泵系统在中原地区的性能分析

针对中原地区典型气象年(辐射极大)的冬季气象条件,通过所建立的跨临界循环热泵系统性能模拟平台,计算并对比分析了太阳能辅助R744跨临界循环及单一R744热泵系统在中原地区的运行特性;讨论了热水出水温度、传热窄点温差改变时系统制热性能系数和最优放热侧压力的变化规律。研究结果表明,在设定工况下,联合应用太阳能集热系统,R744热泵系统性能在冬季可得到大幅度提高,平均提高34.4%;热水出水温度低于70℃时,系统性能提高幅度超过36.0%;但传热窄点温差增大,系统性能有一定程度下降。