混合工质回热式节流技术在大温跨空气源热泵中的新应用

中高温热能(65～100℃)在居民生活及工业生产中有着广泛的需求。常规单级蒸气压缩式热泵从环境吸热进行中高温大温跨供热时,系统效率低,压缩机运行工况差。为实现单级蒸气压缩式热泵高效大温跨供热,本文将低温制冷领域中能够高效拓展温跨的混合工质回热式节流技术应用到大温跨供热领域,提出了混合工质回热式大温跨热泵。围绕混合工质回热式大温跨热泵所开展的系列理论及试验研究工作,揭示系统压力工况、工质组分配比以及回热方式对于大温跨热泵系统的影响机制。自主设计研制的空气源混合工质回热式大温跨热泵,供热温度达到90.38℃时,系统压比小于3,COP为2.75,效率为27.66%。     

机械过冷跨临界CO_2热泵供暖系统性能分析

采用辅助的蒸气压缩循环进行过冷,可改善传统跨临界CO_2热泵系统用于冬季供暖性能。本文通过构建机械过冷跨临界CO_2热泵系统的热力模型,分析了机械过冷跨临界CO_2热泵系统供暖工况下的运行特性,结果表明:机械过冷CO_2热泵系统存在最大COP,对应最优排气压力和过冷度,标准工况下比常规CO_2系统能效提高15.9%。该系统可有效解决常规CO_2热泵回水温度过高导致COP迅速衰减的问题,当回水温度由40℃升至50℃时,常规系统COP下降16.9%,而机械过冷热泵系统COP仅下降8.4%。通过改进可有效降低CO_2压缩机的排气压力和温度,且供水温度越低排气压力降低效果越显著。机械过冷循环工质的选取会影响系统整体性能,选取的11种过冷循环工质中能效最高的为R717,最低的为R1234yf。在低环境温度工况下性能的提升更加明显,通过配置小型常规工质蒸气压缩循环即可实现CO_2热泵系统性能显著改进,经济性优势明显。     

一种新型中高温热泵混合工质的循环性能

提出了一种新的中高温热泵非共沸混合工质M.新工质ODP为0,GWP较低,输运性能优良,在90℃～110℃的冷凝温度范围,压力水平适中,有5℃～8℃的相变温度滑移,理论循环COP(性能系数)和qv(单位容积制热量)均优于传统工质CFC114.在采用HCFC22空调硬件建立的循环性能实验装置上,实现了正常水流量下冷凝器出水温度达到98℃的实验工况;最高COP达到2.8.     

R417A热泵热水器性能及螺旋套管冷凝器换热研究

本文以R417A为工质,在冷凝器不同进水温度、不同进水体积流量时,测试了空气源热泵热水器的运行性能及螺旋套管冷凝器的换热特性,为制冷空调及热泵系统的工质替代提供参考。实验工况为:冷凝器入口水温20～55℃,冷凝器进水体积流量为0.6～1.0 m~3/h,环境温度分别为15、29℃。结果表明:冷凝器进水体积流量一定时,随入口水温的升高,冷凝器总换热量、总传热系数减小,压缩机排气压力、输入功率增大,热泵热水器制热量、制热性能系数COP下降。冷凝器入口水温一定时,随进水体积流量的增加,冷凝器总换热量、总传热系数增大,压缩机排气压力、输入功率减小,热泵热水器制热量、COP增大。实验工况范围内,与环境温度为15℃相比,环境温度为29℃时的冷凝器总换热量、总传热系数、排气压力、吸气压力、输入功率、制热量、COP均较高。     

R125/R290及R125/R600a热泵工质适用温区探究

循环温升保持45℃,热源进口温度范围为10—45℃的热泵工况下,建立了基于控制换热器窄点温差的热泵循环模型,对小温度滑移混合工质R125/R290(质量配比25/75)及大温度滑移工质R125/R600a(质量配比10/90)的热泵循环性能分别进行了分析研究。发现R125/R290制热循环性能系数COPh随名义蒸发温度的升高而提高,而对于R125/R600a,COPh却变化平缓。同时两种混合工质的排气温度和冷凝压力均在系统安全运行范围之内。结果表明:对于小温度滑移工质R125/R290更适合于低温热源工况,大温度滑移工质R125/R600a则更适用于高温热源工况。     

HFO-1234ze与HFC-32混合制冷剂用于热泵热水器的实验研究

本文选用了NIST发行的REFPRO9.0制冷剂计算程序及KW2模型参数对混合制冷剂HFO-1234ze与HFC-32在不同配比下的热物性进行了模拟计算,并依据热泵热水器测试的标准工况,计算了不同配比下混合制冷剂的理论循环特性,分析得出了HFO-1234ze/HFC-32较为合适的配比。通过一次加热(即热式)热泵热水器实验台,对多种环境工况及不同进水温度进行性能测试,分别对R410A和混合制冷剂(HFO-1234ze与HFC-32配比0.3/0.7)在实验系统中的压缩机功率、系统性能系数、压缩机吸、排气压力和温度、冷凝器出水温度等参数进行了对比分析。结果表明:混合制冷剂(HFO-1234ze与HFC-32配比0.3/0.7)的压缩机功率和排气压力都低于R410A系统,而COP高于R410A系统,在标准工况下,分别为4.03和3.56,且在高于标准工况的环境温度情况下,混合制冷剂系统COP下降速率低于R410A系统,有利于热水器机组的安全稳定运行,在替代R410A系统方面具有可行性。     

以R32为工质的准二级压缩热泵系统实验研究

为研究以R32为工质的准二级压缩热泵系统的循环性能,搭建了以R32为工质的热泵实验系统并进行相关研究.研究结果表明,在冷凝温度40℃,蒸发温度在-10～-5℃时,用R32的准二级压缩热泵系统与采用相同工质的单级系统相比,排气温度降低10～20℃,并能控制在130℃以内,保证了机组的安全运行;制热量提高了12％,制热COPh随中间补气压力的不同而高于或低于单级压缩系统,相对补气压力的适宜值范围为0.9～1.1.     

混合工质Linde-Hampson制冷系统的实验研究

搭建了混合工质Linde-Hampson制冷系统,将4种工质R245fa/R600a/R508b/R14按照不同比例混合后进行实验研究。通过优化制冷剂组分得到不同配比下的最低运行温度,分析了最优配比下环境温度对系统运行性能的影响。结果表明:将4种工质按照不同配比进行混合,系统的最低运行温度范围在-45℃~-85℃之间。在环境温度35℃时,混合工质按比例R245fa:R600a:R508b:R14=0.45:0.3:0.18:0.07充注时,系统运行温度可达到-85℃,在此条件下,将环境温度从35℃降低到5℃,系统运行温度则从-85.5℃降低到-89.3℃。     

低温环境下复叠式燃气机热泵的供热性能研究

为了提高燃气机热泵在低环境温度下的制热性能,本文将燃气机热泵技术与复叠式热泵技术相结合,提出了应用于低环境温度下的复叠式燃气机热泵（CGEHP）系统。使用MATLAB软件,建立了CGEHP数学模型。分析了燃气发动机转速、环境温度和系统进水温度对系统供热性能（总供热量、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：当环境温度分别为﹣20、﹣15和﹣10 ℃,以NH3-LiNO3作为吸收式热泵系统工质,发动机转速为1 500 r/min时,PER分别为1.0、1.02、1.04,比常规空气源电热泵系统分别提高了24%、15%、5%。     

碳氢工质R600a/R1150在低温冰箱中的应用研究

采用碳氢制冷工质R600a/R1150进行实验研究,以低温冰箱为研究对象,对比分析了R600a/R1150与R600a/R23/R14两种混合工质在两级自复叠制冷循环系统中的特性。在不同工况下,对混合工质的几种质量配比进行了对比实验,结果表明,混合工质R600a/R1150在62/38的配比下系统性能最优,此配比下,系统在25℃环境温度下,箱内温度可以达到-80℃,在32℃环境温度下,箱内温度可以达到-77℃。在相同工况下,混合工质R600a/R1150的系统性能优于R600a/R23/R14,前者的箱内温度较后者低约2℃,系统充注量比后者少了36.4%。     

过冷度对地热发电非共沸工质有机朗肯循环热力性能的影响

有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）是利用中低温地热能（< 150℃）发电的主要途径,在实际运行中,非共沸工质往往会冷凝至过冷状态。分析了冷凝过冷度对非共沸工质ORC热力性能的影响,建立了ORC、内回热（internal heat exchanger,IHE）ORC的热力学模型,以净输出功最大为目标函数优化了工质的蒸发压力,并开展了系统的㶲分析。结果表明：过冷度影响了工质与冷源换热流体间的温度匹配特性,受夹点温差的限制,随着过冷度的增加,工质的冷凝压力上升;过冷度亦改变了预热器和蒸发器的热量分摊,随着过冷度的增加,最佳蒸发压力亦上升。混合工质异丁烷/异戊烷的质量配比为0.4：0.6时,净输出功受过冷度的影响最大,当过冷度为2℃时,净输出功下降了4.36%。IHE回收膨胀机排汽的余热,提高了预热器入口温度,可提高过冷ORC系统净输出功0.55%。过冷度增大了冷凝器的㶲损失;采用内回热冷凝器的㶲损失降低了24.7%。     

Thermodynamic performance assessment of carbon dioxide blends with low-global warming potential (GWP) working fluids for a heat pump water heater

Blends of CO₂ with ten low-global warming potential (GWP) working fluids are evaluated for use in a heat pump water heater. The effects that the discharge pressure, component ratio, hot-water outlet temperature and chilled water inlet temperature have on the coefficient of performance (COP) of heat pump are analyzed when the pinch point of the heat exchange is considered. It is found that temperature glide of zeotropic mixture has a good thermal match with the temperature change of water as two pinch points appear in the gas cooler/condenser or evaporator. The good thermal match in the heat exchangers promotes the system COP. Addition of low-GWP working fluids to pure CO₂ can reduce the high-side pressure. The results show that CO₂/R41 and CO₂/R32 are suitable candidates for heat pump water heaters because of their high COP and low high-side pressure in comparison with those of a pure CO₂ cycle.     

Technical and economic working domains of industrial heat pumps: Part 2 – Ammonia-water hybrid absorption-compression heat pumps

The ammonia-water hybrid absorption-compression heat pump (HACHP) has been proposed as a relevant technology for industrial heat supply, especially for high sink temperatures and high temperature glides in the sink and source. This is due to the reduced vapour pressure and the non-isothermal phase change of the zeotropic mixture, ammonia-water. To evaluate to which extent these advantages can be translated into feasible heat pump solutions, the working domain of the HACHP is investigated based on technical and economic constraints. The HACHP working domain is compared to that of the best available vapour compression heat pump with natural working fluids. This shows that the HACHP increases the temperature lifts and heat supply temperatures that are feasible to produce with a heat pump. The HACHP is shown to be capable of delivering heat supply temperatures as high as 150 °C and temperature lifts up to 60 K, all with economical benefits for the investor.     

双效溴化锂吸收式热泵余热回收系统数值模拟研究

溴化锂吸收式热泵机组可以有效回收利用工业和建筑中的各种形式低温余热,提高余热资源回收率,但设备参数对热泵性能影响很大。因此本文基于温度对口和梯级利用的原则,对蒸汽型双效溴化锂吸收式热泵机组内传热部件进行热力及传热分析,通过质量和能量守恒建立热泵机组数学模型,分析热网供水温度、蒸发器进口低温余热水温度和驱动热源温度这三个外部因素的变化对系统性能的影响。研究结果表明:热网供水温度在49℃左右,热泵系统COP最佳为2.67;蒸发器进口低温余热水温度在47℃左右时,热泵系统COP最佳为2.67;随着驱动热源温度的上升,热泵系统的COP呈上升趋势。为吸收式热泵实际运行过程中,合理设置设备参数提高热泵性能提供指导。     

泵驱动两相循环回路中工质泵的冷损失特性分析

为了充分利用室外自然冷源,将泵驱动两相循环回路系统用于数据中心自然冷却。本文通过改变系统温差、泵频率、换热面积、高低温水源温度,对工质泵的冷损失性能进行实验研究。结果表明:高温水源温度不变时,冷损率在温差为16℃、频率为15 Hz及较大换热面时最小;低温水源温度不变时,不同温差下,当蒸发器和冷凝器个数均为5个时系统冷损率最小,且不超过3.20%;高温水源温度越高,冷损率越低,本实验高温水源温度为26℃时,冷损率最低,且不超过2.82%。     

电动汽车热泵系统低温工况的制热性能实验研究

为研究低温时电动汽车热泵空调系统的制热性能,本文通过搭建空气源热泵空调系统实验台,实验研究了电动汽车热泵空调系统在环境温度为-10~0℃的低温工况下的制热性能,分析了压缩机转速(2000~5000 r/min)、HVAC总成进风量(300~400 m^3/h)和环境温度对该热泵系统性能的影响,最后通过推导公式,估算电动汽车在使用空调系统后的续航里程。实验结果表明:随着压缩机转速的增加,压缩机排气温度、排气压力和系统制热量均增加,而COP下降;当保持压缩机转速和环境温度不变时,HVAC总成进风量从300 m^3/h增至400 m^3/h,制热量增加约13.3%~26.0%,COP增加约0.03~0.80;在其他条件不变时,当环境温度从-10℃升至0℃,热泵空调系统的制热量增加约60.9%~71.0%,COP增加约0.51~0.63;通过公式进行计算,当环境温度为-10~0℃时,在达到相同制热量条件下,热泵空调系统可在PTC加热器的基础上使续航里程提高13.5%~20.8%。     

空气源热泵冷热水机组的系统仿真与实验研究

建立空气源热泵冷热水机组的稳态仿真模型，进行变工况稳态工作性能预测，用FORTRAN90语言编制程序，软件编译环境为POWERSTATION，并在50kW空气源热泵冷热水机组人工环境模拟实验台上进行验证实验，实验结果和仿真计算结果吻合良好。同时，通过实验结果和仿真计算结果分析外界环境温度和供水温度变化时，空气源热泵冷热水机组的系统性能参数和状态参数的变化规律和原因，为系统的优化匹配提供理论依据。     

水源热泵系统末端装置的试验研究

对冷冻水的供／回水温度设定在11～16℃的水源热泵专用末端装置进行试验研究,发现热泵专用末端装置要比普通热泵末端装置的性能有所提高,在用户要求不变的情况下,可以提高热泵的效率,降低运行费用,达到经济节能的效果。     

带冷凝热回收热泵空调器的实验研究

提出了在家用空调器上安装冷凝热回收装置,该系统能够实现热泵热水器、热泵空调器和冷凝热回收功能。实验模拟不同室内外工况和不同运行模式,对整个系统供冷性能和热水供应能力进行了实验研究,并分析了不同空调与热水使用模式对整个系统的影响。最终得到了该系统制冷模式、热水器制热水模式和联合供冷与供热水模式下该系统的压缩机排气压力、压缩机吸气压力、水箱水温变化、制冷量及各个模式下系统性能系数。     

Control optimisation of CO2 cycles for medium temperature retail food refrigeration systems

This paper describes a detailed procedure into the investigation of optimised control strategies for CO₂ cycles in medium temperature retail food refrigeration systems. To achieve this objective, an integrated model was developed composing of a detailed condenser/gas cooler model, a simplified compressor model, an isenthalpic expansion process and constant evaporating temperature and superheating. The CO₂ system can operate subcritically or transcritically depending on the ambient temperature. For a transcritical operation, a prediction can be made for optimised refrigerant discharge pressures from thermodynamic cycle calculations. When the system operates in the subcritical cycle, a floating discharge pressure control strategy is employed and the effect of different transitional ambient temperatures separating subcritical and transcritical cycles on system performance is investigated. The control strategy assumes variable compressor speed and adjustable air flow for the gas cooler/condenser to be modulated to achieve the constant cooling load requirement at different ambient conditions.