寒冷地区CO_2空气源热泵供暖运行性能分析

CO_2空气源热泵能够在寒冷地区低温环境下稳定运行,可望在建筑供暖领域推广应用。为客观、合理地评价CO_2空气源热泵供暖的运行性能,搭建了寒冷地区超临界CO_2空气源热泵供暖系统。根据室外环境温度和供暖热负荷将供暖期划分为5个不同的阶段,分阶段调整CO_2空气源热泵供暖运行参数。测试结果表明,CO_2空气源热泵能够满足寒冷地区供暖需求,且供暖系统在供暖季的平均性能系数可达2.236,同时供暖房间具有较好的舒适度。以燃煤锅炉、燃气锅炉为参照,采用等效电方法对比分析了三种热源供暖的能源利用效率及CO_2排放量。对比分析结果表明,在考虑能源品位之后,CO_2空气源热泵供暖的能源利用效率高于燃气锅炉供暖,略低于燃煤锅炉供暖。受燃料含碳量的影响,CO_2空气源热泵供暖的CO_2排放量虽然高于燃气锅炉供暖,但比燃煤锅炉供暖减少20.89%。     

玻璃生产常用燃料的应用与CO2排放

对比分析了几种常用燃料在燃烧应用过程各阶段产生的CO2排放量,并根据玻璃熔窑能耗指标,对各种燃料熔化单位质量玻璃液的CO2排放量进行了核算与比较。指出采用先进的节能降耗技术,减少燃料消耗、降低燃料应用过程的电耗,以及发展先进的煤气化技术、合理选择燃料种类,可以有效控制玻璃产业CO2排放。     

中国水泥业能源需求和CO2排放量情景分析

1 引言 多年来，中国的水泥工业一直在高位运行，2005年中国的水泥产量是世界水泥产量的45％。2006年产量继续增加，已经跨过12亿吨，毫无疑问中国是世界水泥生产大国和消费大国。另一方面，水泥生产中的能源、资源消耗居高不下，并排放大量的二氧化碳等大气污染物。研究中国水泥业的能量消耗和CO2减排很有意义。     

CO2排放量增加令人喜忧参半

今年7月发表的一项研究结果显示，并非所有由汽车尾气管和工厂排放的CO2都被释放到大气中。过去200年间，一半以上由燃料燃烧所释放的CO2都被海洋所吸收，这可能将危及海洋中的有机体。     

将CO2、R170和R41应用于跨临界空气源热泵热水器系统的性能对比研究

基于一套空气源热泵热水器系统,首先建立了相关的热力学参数计算模型,之后将CO₂、R170和 R41这3种制冷剂分别应用于该系统,并对跨临界循环的热力学性能及效率进行计算,最后对各性能参数进行详细对比。研究结果表明：在同样的工况下对比COP_heat和效率,R41系统分别比CO₂系统提升了31.77%和23.34%,而R170系统则提升了4.9%和3.6%;R41和R170在提升系统制热量方面也具有明显的优势;R41和R170的系统最优运行高压也比CO₂系统分别降低了35%和43%。因此,除了CO₂外,R41和R170也是另外2种很有潜力的应用于跨临界循环的制冷剂。     

德士古煤气化工艺CO2排放分析

煤化工是高耗能高CO₂排放的工业,利用热力学分析方法对其工艺过程中能量利用情况进行分析,可以有效地发现工艺的能量利用缺陷和节能潜力,为过程的节能优化改造提供依据.目前热力学分析方法主要包括能量衡算法和(火用)分析法,本文在对传统热力学方法进行分析和评价的基础上,指出了已有方法的不足,提出了新的熵(火用)分析相结合的分析方法,并以德士古煤气化工艺为例,分别使用传统的能量衡算法、(火用)分析法和本文提出的熵(火用)结合分析法对工艺过程的能量利用情况进行了分析,获得了工艺过程中内各模块的能量、熵增和(火用)损分布.在此基础上,将(火用)损与工艺过程中CO₂排放量建立联系,经过计算得到了工艺过程中各个设备对应的CO₂排放分布和(火用)损系数,得出气化炉是工艺过程中主要的节能位置.这种能量与CO₂排放的关联能为工艺过程的节能减排提供理论依据.     

空气源热泵冷热水机组结霜工况性能研究

空气源热泵冷热水机组冬季运行时,空气侧换热器表面容易结霜,结霜将影响机组的供热能力,而且目前除霜过程的可靠性较差。因此,本文结合了当前已有的研究成果,就空气源热泵在冬季运行时结霜的影响因素进行了举例、分析和总结,这对抑制空气源热泵冷热水机组的结霜,提高热泵机组的运行效果和增强系统的制热性能都起到了关键作用。     

超临界CO2清洗技术

介绍了超临界CO2清洗的工艺及其应用,分析了超临界CO2清洗在技术、经济及环保方面的特点。     

超临界CO2在有机合成中的应用

本文对超临界CO2的特性及其在有机合成中的应用进行了综述,特别强调了它在加氢反应、羰基化反应、异构化反应、氧化反应、环化反应等中的具体应用和重要价值。     

无霜空气源热泵系统冬季除湿性能初步实验

通过对比现有的空气源热泵空调系统的优缺点，提出了一种新型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统最大的新颖之处在于热交换塔实现了“一塔三用”，不仅冬季可以无霜高效运行与再生，夏季蒸发冷却后性能也有所提升。通过搭建该系统实验平台研究了溶液塔入口空气温湿度、空气流量、溶液入口温度、溶液流量、溶液质量分数对除湿性能及空气出口温度与溶液出口温度的影响，结果表明：出口空气与溶液温度随入口空气温湿度、流量、溶液温度、质量分数的升高,溶液流量的下降而升高；溶液塔的除湿效率主要受风量和溶液流量的影响，而入口空气温湿度、入口溶液温度、溶液质量分数影响很小，溶液塔的除湿量随着室外空气湿度的升高、入口溶液温度的降低、空气流量和溶液流量的升高而升高。     

CO2跨临界热泵系统采暖工况下能效和经济对比分析

为提高CO₂跨临界热泵采暖系统的性能,提出了双级压缩双气冷器中间补气回热系统。结合其他3种CO₂热泵系统和R134a单级压缩回热系统,通过建立热力学模型,分析各因素对系统能效的影响。此外,通过构建综合考虑初始投资成本和年运行成本的经济性评价模型,结合典型年气象参数,研究不同城市中各系统在运行周期内的总投资情况。结果表明,CO₂热泵系统中,双级压缩双气冷器中间补气回热系统最优COP_h最高且可以超过R134a单级压缩回热系统,在环境温度为0℃、出水/回水温度为65℃/40℃时,理论性能系数（COP_h）可达2.58,比R134a系统高9.1%,比CO₂单级压缩系统高22.5%,且排气温度不超过现有压缩机排气温度极限,是能效最优系统。在选定样本城市中,热泵系统运行周期内的总投资成本在上海最低,而在沈阳最高,可见总投资成本受气候区域影响较大。由于CO₂压缩机成本过高,CO₂热泵系统的总投资成本高于R134a系统。随着CO₂热泵技术的提高和生产规模的扩大,当压缩机成本降低80%,CO₂双级压缩双气冷器中间补气回热系统的总投资成本将低于R134a系统。     

带有蓄热型直接冷凝式加热板的空气源热泵系统性能研究

针对现有的空气源热泵冬季供热系统,提出了一种使用新型蓄热型直接冷凝式加热板(RHP)的空气源热泵供热系统,并测试了RHP的热性能和系统的运行特性,同时分析了系统的效率和经济性。实验结果表明,在39℃的冷凝温度下,RHP的热容量高达1044 W,RHP的蓄热量大于1000 kJ。在室外空气温度为8℃时,系统COP高达3.7。此外,对于20 m²的居住房间而言,该系统的供暖初始投资成本和总运行成本分别为3174.7 CNY和510.7 CNY,在居住建筑冬季供暖领域具有较大的竞争力。     

新型太阳能/空气能直膨式热泵与空气源热泵供热性能对比

针对传统空气源热泵制热时极易出现室外机结霜的现象,提出了可同时吸收太阳能和空气能的新型太阳能/空气能直膨式热泵机组,把太阳能集热器和热泵蒸发器合二为一,使室外机结霜得到有效缓解。为了验证新型太阳能/空气能直膨式热泵机组性能优劣,分别搭建新型太阳能/空气能直膨式热泵系统和空气源热泵系统,在2月26日—3月2日期间,对邯郸某一农村建筑的地板辐射采暖用户进行5天实际测试,对比分析了两种系统的制热性能、耗电量和COP变化情况。通过测试发现室外平均温度为10℃,太阳辐射达到峰值571.5 W·m^-2时太阳能/空气能直膨式热泵的制热量较空气源热泵提高大约70%,全天总制热量较空气源热泵提高大约12%。0～8℃的低温状态时,COP值仍可达到3.46,基本满足建筑采暖需求。并在此基础上对太阳能-空气能直膨式热泵提出进一步的优化措施,逐步推广其在寒冷地区的实际应用。     

单缸补气转子式压缩机在热泵系统中制热性能

利用中间补气技术将单缸滚动转子式压缩机应用于空气源热泵系统中,系统地研究以R410A为冷媒的热泵系统在变频、变补气压力工况下制热性能的变化规律。实验结果表明：中间补气系统的制热量及系统功率均随着压缩机频率f、中间补气压力p_inj的增加呈上升趋势,同频率下系统功率则以线性方式增长,而系统制热量随着补气压力及频率的增大,其相对增长率逐渐减小。因此COP_h在低频时存在最佳补气压力,而在高频时无极值点;与单级压缩系统相比,在800~1200 kPa、50~80 Hz范围内,中间补气系统的制热量、功率、COP_h最大提升分别为27.55%、30.75%、7.1%。随着频率及补气压力的增加,系统COP_h下降,因此中间补气技术应与合理的控制策略相结合,可使中间补气系统达到节能高效的目的。     

数据驱动的跨临界CO2热泵多目标优化设计

针对跨临界CO₂热泵成本过高与占用空间大等问题,提出了一种基于经济性与实用性的数据驱动跨临界CO₂热泵多目标优化设计方法。本文通过对跨临界CO₂热泵进行性能模拟获得大量的驱动数据,然后经由BP神经网络构建跨临界CO₂热泵的热力学预测模型,并且从投资、运营、环境以及空间占用等多角度建立跨临界CO₂热泵的多目标优化模型。最后以住宅用户最关心的总年度成本与水箱容积为设计优化目标,通过精英策略非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）与TOPSIS决策法进行最优设计方案求解。案例研究表明,占用空间小、总年度成本低的最优设计方案的水箱体积为0.235m³、总年度成本为958.1USD/a。且通过分析设计参数对优化目标的影响,发现水箱保温层厚度的影响主要集中在一个较优区域,水箱直径与高度的影响较大,而气冷器换热温差的影响较小。     

带引射器的跨临界CO2机械过冷热泵系统性能分析

热泵循环中引射器的使用能减少能量损失,改善循环性能。在已有机械过冷循环的基础上加入引射器,本文提出主循环带引射器［MSHPS（MWE）］和辅循环带引射器［MSHPS（AWE）］的跨临界CO₂机械过冷热泵系统。通过建立热力学模型,对系统使用散热片（TDR）、地盘管（FCR）和小温差风机盘管（STD-FCU）3类不同末端的性能进行分析。将该系统与CO₂基本系统（BASE）、CO₂机械过冷系统（MSHPS）进行了对比,并选取了我国4个典型气候城市,对其供暖期间的运行进行了季节供热性能系数（HSPF）分析。结果表明,在额定工况下,机械过冷系统均存在最优主、辅循环排气压力和最优过冷器出口温度,使系统性能系数（COP）最高;其中以STD-FCU为末端的系统具有最高COP。通过与已有系统的对比,表明在额定工况下,MSHPS（AWE）和MSHPS（MWE）较BASE系统的COP最高分别能提升约21.18%和26.66%,较MSHPS最高能分别提升约2.62%和9.53%,MSHPS（MWE）具有更好的性能提升效果。MSHPS（MWE）系统在严寒工况下仍能运行,带引射器的系统在不同温区均具有更高的HSPF。以哈尔滨为代表的严寒地区的HSPF改善效果最明显,以TDR为末端的系统更适用于高纬度的严寒地区,以STD-FCU为末端的系统更适用于低纬度的地区。此外,辅循环工质的种类会影响系统的整体性能,MSHPS（AWE）中使用CO₂的提升效果最好, MSHPS（MWE）中使用R717的提升效果最好。使用混合工质R32/R1234yf的系统具有更高的COP,但提升效果并非最优。     

二氧化碳家用热泵热水器试验研究

CO2因为环保及独特的热力学优势,一直是制冷空调领域的研究热点,然而由于其工作压力较高,用于家用热泵热水器的全封闭式CO2压缩机开发较困难。为了验证CO2在热泵热水器上应用的优势以及研究其系统的运行规律,以国产全封闭式CO2压缩机为基础,设计并搭建了空气源CO2热泵热水器测试系统,在进水温度15—50℃,出水温度65—90℃范围内,测试了不同进、出水温度、不同蒸发温度以及不同排气压力条件下,热泵系统的制热量、COP以及排气温度等关键特征,发现CO2能够稳定提供90℃以上热水,在高温制热上优势明显。同时,即使在蒸发温度为-20℃,系统仍然能够平稳运行,表现出较好的低温运行优势。     

高温CO2热泵的超临界喷气增焓性能

提出了一种基于高温超临界喷气增焓技术的新型CO₂热泵循环,以显著提升跨临界CO₂热泵在高温循环加热工况下的制热性能。通过建立超临界喷气增焓型高温CO₂热泵系统的数值模型,并采用EES（engineering equation solver）软件对该热泵系统的循环加热性能进行了仿真分析。研究了在较高气体冷却器出口温度下,蒸发温度、压缩机中间压力、气体冷却器压力等参数对单位容积制热量和性能系数（COP）的影响。结果表明：在最优排气压力下,气体冷却器出口温度高达60℃时,该热泵循环的COP也能达到3.0左右;相对于普通喷气增焓系统,COP明显提高;相对于无喷气增焓的常规系统,在气体冷却器出口温度为60℃时,相对补气量为0.3、0.4、0.5的超临界喷气增焓系统COP分别提高了14.8%、21.2%、29.2%;气体冷却器压力和中间压力对系统COP的影响变化趋势一致,但气体冷却器压力的影响更为显著;此外,存在最优的气体冷却器压力和中间压力使系统COP达到最大,在气体冷却器出口温度为60℃,相对补气量为0.4时,最优气体冷却器压力和中间压力分别为13.5MPa和8.5MPa。     

CO2跨临界热泵系统特性再分析

在原有研究的基础上,结合实际系统,本文对CO₂跨临界热泵系统的特性进行再分析,通过参数计算,分析回热温度、气体冷却器出口温度、运行压力三种因素如何影响系统性能,提出提高CO₂热泵运行效率的方法。分析结果表明：回热器并不总有效,而是与气体冷却器出口温度有关,当温度小于某临界值时回热会降低系统运行制热性能系数COP_h,当温度大于此临界值时回热则有助于提高COP_h;对应气体冷却器出口温度存在最优压力,但实际压缩机的可承受压力是有限的,导致系统在某些气体冷却器出口温度下不能在最优压力下运行,同时在不同的排气压力下,存在气体冷却器出口温度最高限定值,否则COP_h不合理也不可接受;热泵出水温度以及气体冷却器出口温度共同影响系统排气压力的选择。     

太阳能热泵供暖技术综述

回顾了国内外太阳能热泵的发展过程,介绍了太阳能热泵地板辐射采暖系统主要设备太阳能集热器、蓄热设备、地板采暖系统、控制系统、运行方式的组成和结构形式,论述了太阳能热泵的技术原理和特点以及在供暖方面的应用等。针对当前太阳能热泵供暖系统有待解决的问题进行了分析和探讨,结果表明把热泵技术与太阳能热利用技术结合可提高太阳能集热器效率和热泵系统性能,同时能解决全天候供热问题。