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。     

低温下提高CO_2空气源热泵进水温度对系统性能的影响

在低温工况下,因跨临界循环CO_2热泵系统气体冷却器的进水温度和CO_2出口温度降低,压缩机吸气压力和温度随之降低。当系统的吸气压力低于压缩机的吸气压力下限时,将导致系统无法稳定运行。为了改变这种现象,采用在气体冷却器冷水入口处混水的方法,将热水箱的热水旁通至气体冷却器冷水入口。采用三通调节阀调节混水比例,适当提高气体冷却器的进水温度,以期实现系统在低温工况下的稳定运行。实验测试结果表明,采用混水方法不仅可保证低温工况下跨临界循环CO_2空气源热泵热水系统的稳定运行,同时可降低结霜频率,延长系统运行时间,但系统的制热量和COP将小幅下降。兼顾系统的热力性能及运行稳定性,当环境温度为-20℃、制热温度为60℃时,较为适宜的混水温度为12~18℃。     

蓄热型热泵热水器单级与复叠循环性能比较

引言 热泵机组的复叠循环,可以降低在寒冷气候下压缩机的压缩比,提高其制热效率[1].Agyenim等[2]采用石蜡为相变蓄热材料(PCM),分析了空气源热泵热水器内部传热特性,由于石蜡的热导率较小导致蓄热放热效率较低,PCM和水之间换热效率只有52%,为此开发了一种新型套管式换热器用于加强PCM和水之间的换热.Long等[3]数值模拟和实验分析了相变蓄热水箱的蓄热放热过程,在室外于湿球温度24/20℃,进水温度24℃条件下,热泵系统平均COP为3.08.陈光明等[4-5]设计一种新型的复叠式空气源热泵装置,提出单级向复叠运行转换足由两者运行时的吸、放热量、耗功量和运行性能系数决定,同时还与压缩机的形式有关,输气系数、绝热效率随压缩比变化越小,复叠运行优势越小.吴青吴等[6]以常规工质对复叠式热泵热水器在不同运行工况下的循环特性进行了理论计算,提出冬季运行复叠式循环,夏季单独运行高温级循环,有利于系统的节能.     

基于准二级压缩空气源热泵热水器的热力性能实验研究

对带中间经济器的准二级压缩低温空气源热泵热水器(HPWT)在不同外界环境温度下的换热性能和制热效果进行实验研究。研究了不同外界环境温度对HPWT的排气温度、回气温度、制热量、消耗功率及制热性能系数(COP)等主要参数的影响。研究表明:随着外界环境温度的降低,HPWT的制热量、能效比依次逐渐降低,在20℃到-15℃的外界环境温度,其制热量下降了64%,COP值下降了54%;加热400 L的冷水到55℃,所需时间差高达3倍之多。在外界环境温度为-15℃时,HPWT的COP值为1.80,较之直接用电制备生活热水,节能效果显著。实验研究对热泵热水器的实际应用具有一定的参考价值。     

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。     

低温下提高CO2空气源热泵进水温度对系统性能的影响

在低温工况下,因跨临界循环CO₂热泵系统气体冷却器的进水温度和CO₂出口温度降低,压缩机吸气压力和温度随之降低。当系统的吸气压力低于压缩机的吸气压力下限时,将导致系统无法稳定运行。为了改变这种现象,采用在气体冷却器冷水入口处混水的方法,将热水箱的热水旁通至气体冷却器冷水入口。采用三通调节阀调节混水比例,适当提高气体冷却器的进水温度,以期实现系统在低温工况下的稳定运行。实验测试结果表明,采用混水方法不仅可保证低温工况下跨临界循环CO₂空气源热泵热水系统的稳定运行,同时可降低结霜频率,延长系统运行时间,但系统的制热量和COP将小幅下降。兼顾系统的热力性能及运行稳定性,当环境温度为-20℃、制热温度为60℃时,较为适宜的混水温度为12~18℃。     

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。     

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。     

补气压力损失系数与一级压比对补气增焓空气源热泵性能影响

空气源热泵系统低温适用性问题一直是其在北方拓广应用的制约性因素,带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统是解决空气源热泵低温适用性的有效手段之一。本文建立了带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统的热力学过程数学模型,通过数值模拟研究了一级压缩比和压力损失系数对补气增焓空气源热泵系统特性的影响。结果表明,随着一级压比的逐渐增大,冷凝压力降低趋势平缓,热泵的性能系数逐渐升高,而排气温度先降低后升高,因而存在最佳一级压比。综合压缩机的排气温度和热泵的性能系数,模拟工况补气增焓空气源热泵的最佳一级压比为1.6。补气压力损失系数越大意味着有用功的损失越小,随着补气压力损失系数增大热泵的制热量、耗功逐渐增大,性能系数逐渐升高而排气温度逐渐降低,因此设计时应补气压力损失系数越大越好。     

电动汽车用短型线涡旋压缩机补气特性

为探究电动汽车用短型线涡旋压缩机在不同工况下的补气特性及制热COP与补气系数k之间的联系，采用第二制冷剂量热器法进行实验研究。结果表明：补气主要对总质量流量的增量和压缩机功率的增量有影响，两者增长的强弱共同决定了该压缩机性能的变化趋势；蒸发温度越低则补气效果越明显，蒸发温度为-22℃时制热量可提高15.9%;排气温度随补气压力的增大先降低后逐渐升高，在补气压力较低时，压缩机效率可以得到一定的提升；蒸发温度在-22—-1℃的范围内，制热COP随补气系数k呈先增后降的趋势，并且制热COP在补气系数k为0.65—0.85的范围内最优。     

单机双级滚动活塞压缩机热泵系统的性能特性

将R410A为工质的单机双级滚动活塞压缩机闪发器系统用于房间空调器,能有效地降低排气温度、提升制冷/制热能力,具有显著的节能效果。通过对单机双级滚动活塞压缩机闪发器热泵系统的分析计算,得出压缩机适宜的高低压腔容积比为4/5。对研制出的样机进行了实验研究,结果表明,在蒸发温度为5℃,冷凝温度为35～45℃的工况下,制冷COP_r最高可达3.81,排气温度低于91℃;蒸发温度为-5～-10℃,冷凝温度为40℃时,制热COP_h最高可达3.38,排气温度低于111℃。     

采用自然工质水的高温热泵系统性能分析

面对严重的能源与环境问题,开发节能与环保的新技术一直都是国内外特别重视的研究热点。采用自然工质水的高温热泵系统结合了高温热泵与自然工质水的优势,不仅可以有效地回收低品位热能,而且绿色环保,是理想的下一代高温热泵技术。从理论计算以及实验验证两方面对采用自然工质水的高温热泵系统进行了性能分析研究。结果表明,负压条件下蒸发、正压条件下冷凝的水蒸气闭式热泵循环系统是可行的,同时实验结果表明当压缩机吸气温度为80℃,排气饱和温度从117℃提高到133℃,系统压比从3.47升高到5.94时,采用自然工质水的高温热泵系统COP从5.6下降到3.7。其中压缩机的排气饱和温度为120℃,压比为4.2时,热泵系统的COP接近于5,性能优越,在工业生产中具有较大的推广应用价值。     

太阳能-空气复合热源热泵热水系统

针对光伏发电效率较低和空气源热泵在寒冷地区应用中存在的问题,研发了一种新型复合蒸发器,将平板微热管阵列太阳能光伏光热（PV/T）集热器与空气源热泵相结合,组成新型太阳能-空气复合热源热泵热水系统。并对该热水系统在不同运行工况下的水箱水温、吸排气压力、压缩机功率和性能等进行了实验研究。实验结果表明,在环境温度分别为5、10和15℃的条件下,热泵加热73 L水,水温从15℃加热到50℃时,双热源运行工况的加热时间比单空气热源运行工况依次缩短了5.14%、10.29%和11.38%, COP依次提高了5.99%、9.28%和11.96%。     

水工质热泵多种循环的理论研究与性能对比

水工质安全、稳定、无毒、不易燃,是一种优秀的高温热泵用制冷工质。为了研究水蒸气热泵系统循环性能,设计了3种具有不同循环方式和辅助设备的水蒸气热泵系统,分别是单级压缩喷水系统、单级压缩带喷射器系统和两级压缩带中间换热器系统。并进行了理论建模与分析,理论分析与对比结果表明两级压缩系统在排气过热度、制热量、系统功耗和COP等方面均具有最优的性能。单级喷水系统比常规循环系统具有更好的性能,尤其是能有效降低排气过热度。在80℃蒸发、140℃冷凝时,常规系统的COP为3.01,而单级喷水系统和两级换热系统的COP分别为3.15和4.07,相比较于常规系统分别提升了4.7%和35.2%。而单级带喷射器系统在大温升工况下比常规循环系统有更优的COP。     

空气源热泵热水系统即刻加热模式和循环加热模式的对比

建立了空气源热泵在即刻加热（即热）模式和循环加热（循环）模式下制取热水的对比试验台,并对两种模式制取热水的运行性能作了对比研究。在环境温度为(19±0.5)℃条件下,分别将176 kg热水从初温20℃加热至55℃,即热模式平均COP比循环模式高出24%,同时冷凝加热功率也提高了约20%。结果表明,即热模式不仅具有更高的COP,还具有更高的冷凝加热功率,节约了电能消耗,缩短了加热时间。同时即热模式下冷凝压力、压缩比、压缩机最高出口温度等重要参数都要优于循环模式。显示出了空气源热泵热水系统在即热模式下具有更优越的热泵性能。     

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。     

无霜空气源热泵系统冬季运行性能实验

为了解决传统空气源热泵系统冬季运行室外换热器结霜温度,提出了一种溶液除湿型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统在冬季可以无霜高效运行的同时夏季性能也有所提高。通过搭建该系统实验平台,研究了室外空气干球温度、湿度、供热水温度、供热水流量、溶液流量、溶液质量分数、室外空气流量等对冬季工况系统供热性能的影响,还研究了溶液流量、溶液温度、室外空气流量等对冬季工况系统再生性能的影响,得出了室外空气湿度、溶液质量分数对系统的供热性能影响较小,随着室外空气干球温度、供热水流量、溶液流量、室外空气流量等参数的升高和供热水温度的减小,系统供热性能逐渐增大最高可达3.11,而随着溶液流量、空气流量等参数的升高和溶液温度的减小,系统再生性能逐渐增大最高可达4.03,系统供热综合COP在实验工况相较逆循环除霜系统有所提升,实验验证了该系统适用于低温高湿地区。     

无霜空气源热泵系统夏季运行性能初步实验

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。该热泵系统不仅冬季可以无霜高效运行,夏季性能也有所提升。搭建该系统实验平台,研究了室外空气干球温度、相对湿度、冷冻水、冷却水流量、室外空气流量对夏季工况系统性能的影响。该空气源热泵空调系统在湿度低、冷却水流速大、冷冻水流速大时系统性能有较大提升,COP最大可提升0.23,提高室外空气流量对系统性能影响不大可提升0.06,且在室外空气干球温度35℃相对湿度45%时,系统COP超过了该型压缩机额定COP,充分证明了该系统在夏季工况下能稳定高效运行。