热泵干燥过程中低温热泵补热的应用分析

针对木材干燥中的不利工况,提高干燥系统的可靠性,根据两级压缩制冷循环原理,提出了低温热泵和干燥热泵的耦合应用方案。使用能量的?损失模型,分别对干燥系统进行热量、干燥介质的质扩散和除湿过程的?损失进行分析。在低温热泵20、22、24、26、28、30℃以及关闭低温热泵的供热情况下分别测试计算了干燥热泵压缩机的排气温度与能耗、热泵性能系数(COP)以及热力完善度,同时测得木材含水率下降1%,系统的干燥用时和能耗。结果表明:相比于关闭低温热泵,开启低温热泵后干燥热泵的排气温度最多减少了16℃,COP皆有所提高。由于主机室温度升高后,系统循环的不可逆程度增加,热力完善度随着供热温度增加逐渐降低。开启低温热泵后干燥热泵的供热量和用时比关闭低温热泵最大分别增加44%,减少46%。     

燃气热泵制冷性能试验及余热利用分析

为进一步提高能源利用率和提升低品位余热的品质，实现能量梯级利用，针对燃气机热泵系统开展了制冷性能实验及余热驱动的有机朗肯循环理论仿真研究。结果表明：燃气机热泵系统制冷量、发动机余热以及发动机一次能耗均随燃气发动机转速升高而增大；性能系数（COP）及一次能源利用率（PER）随蒸发器进水温度的升高而增大，但随发动机转速升高而降低。COP和PER分别高于6.0和1.1。在蒸发温度60~86℃范围内，以R245fa作为有机工质的有机朗肯循环热力学第一定律热力效率为7.39%~10.95%，热力学第二定律（火用）效率为42.65%~52.25%。     

基于喷射式热泵的热电联产供热系统

热电联产面临着两个严重问题：供热面积与质量的增加导致供热不足;电厂凝汽器循环冷却水存在大量低品质热量浪费。为同时解决这两个问题,提出了一种利用喷射式热泵强化集中供热的新型EDH-CHP系统。该系统从循环冷却水中回收余热,并将余热应用于集中供热;另外通过增大供热一次网的供回水温差提高原一次网的供热能力。与原系统相比,新型系统在热力首站和热力站分别增加一台喷射式热泵（HP1、HP2）。分别对两台喷射式热泵进行热力学分析及性能实验研究。分析结果表明：HP1和HP2均能有效提高系统性能。实验结果表明：HP1的COP可达1.4～1.9,HP2可降低一次网回水至35℃。经典案例分析表明：新型系统可增加50%供热能力或减少6%能源消耗。     

新型空气-水双热源复合热泵系统除霜特性及能耗

基于新型空气-水双热源复合热泵系统（AWDSHPS-N）,实验研究了AWDSHPS-N采用冷凝器出口制冷剂再冷却除霜（D-I）、低温热水除霜（D-Ⅱ）、低温热水+冷凝器出口制冷剂再冷却除霜（D-Ⅲ）3种除霜模式进行除霜时对系统整体性能系数（COP）的影响,除霜期间系统运行特性及除霜所消耗的能量,并与逆循环除霜模式进行了对比分析。测试工况下的实验结果表明,除霜模式D-I和D-Ⅲ仅使系统整体COP较结霜运行期间的COP分别降低了0.42%和3.93%;D-Ⅱ除霜期间系统的制热功率和COP分别较结霜运行期间提高了27.4%和17.8%。D-I、D-Ⅱ和D-Ⅲ完成一次除霜能耗仅分别为逆循环除霜能耗的3.11%、34.78%和28.26%;采用此3种除霜模式时系统整体COP较采用逆循环除霜时分别提高了26.06%、29.79%和17.02%。     

基于喷射式热泵的热电联产供热系统

热电联产面临着两个严重问题:供热面积与质量的增加导致供热不足;电厂凝汽器循环冷却水存在大量低品质热量浪费。为同时解决这两个问题,提出了一种利用喷射式热泵强化集中供热的新型EDH-CHP系统。该系统从循环冷却水中回收余热,并将余热应用于集中供热;另外通过增大供热一次网的供回水温差提高原一次网的供热能力。与原系统相比,新型系统在热力首站和热力站分别增加一台喷射式热泵(HP1、HP2)。分别对两台喷射式热泵进行热力学分析及性能实验研究。分析结果表明:HP1和HP2均能有效提高系统性能。实验结果表明:HP1的COP可达1.4～1.9,HP2可降低一次网回水至35℃。经典案例分析表明:新型系统可增加50%供热能力或减少6%能源消耗。     

自然复叠式热泵循环系统热力性能分析

受热源温度以及系统本身性能的限制,目前应用较为成熟的单级蒸气压缩式热泵系统的出水温度一般在50℃左右,这种热泵系统已经无法满足对热源侧和使用侧有较大温差要求的场合,新的自然复叠式热泵系统能够实现大温差热泵循环,可以作为冬季高温热泵使用。在设计自然复叠式热泵循环、选择适合该系统运行的非共沸混合工质的基础上,对该热泵循环系统进行了不同条件下的数据计算和热力性能分析。理论分析结果显示：R134a充注浓度的增加将引起吸气压力和排气压力升高,且浓度增加过程中COP存在一个最大值、压比存在一个最小值;最低冷凝温度和最低蒸发温度一定时,排气压力和循环充注浓度基本呈线性关系。     

污泥热泵干燥速率及能耗的实验研究

利用小型热泵干燥试验台，对污泥干燥过程含水率、空气参数（温度、相对湿度）及热泵参数（制冷工质参数、排水量、能耗等）的变化进行了试验测试，并着重对干燥速率、能量回收率及影响因素进行了分析。试验显示，依靠外热源预热后，污泥干燥过程仅依靠热泵回收的排气余热供热，干燥箱内平均温度可达63℃，最高迭71℃。干燥箱内温度的高低取决于受制冷工况影响的热泵供风温度。污泥干燥速率随空气温度升高和相对湿度的降低而增大，湿基含水率从42．6％到18．74％的平均干燥速率为0．123％／（m·min）。热泵干燥回收排气余热的节能效果显著，并随热泵排水量的增加而增大。平均能量回收率为39．1％，最大值为48．9％和最小值为23．6％，分别发生在热泵排水量最大和最小的阶段。     

热泵蒸汽系统准两级压缩联合过冷器循环的性能分析及优化

为了克服高压比的运行工况对能效系数(COP)、排气温度等热泵系统循环、安全性能的影响,将准两级压缩联合过冷器的循环方式引入经典的热泵蒸汽系统,在低温热源水输入温度固定为65℃、冷凝温度变化区间为115~135℃的工况下,以R245fa为工质,对经典系统及改进系统进行理论循环性能对比,并以取得更高COP为目标对改进系统的补气参数(补气率B)和过冷器参数(热源水过冷率A)进行优化。结果表明:在所考察的冷凝温度区间内,采用准两级压缩联合过冷器的循环方式下的改进系统取得了更好的循环与安全性能,当B和A的典型值分别取为0.4和0.2时,改进系统COP较经典系统平均提高了13.5%,排气温度与压缩比平均降低了1.72℃与19.2%,采用优化过的补气率和过冷率参数后,改进系统的COP可平均提高32.36%。     

太阳能与热泵联合干燥木材特性的实验研究

介绍了国内外利用太阳能干燥木材的概况、太阳能与热泵联合干燥系统的组成与工作原理、太阳能与热泵联合干燥木材的特性和干燥木材的工艺实验。实验结果显示。太阳能与热泵联合供热可以弥补太阳能或热泵单独供热的缺点。太阳能比联合干燥节能3．8％,而联合干燥比热泵干燥节能11．8％;联合干燥比太阳能干燥时间缩短了14．9％。从能耗及生产效率综合考虑。太阳能与热泵联合干燥是值得推荐的一种干燥方法。     

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。     

采用R410A单一工质的复叠式空气源热泵

针对空气源热泵在寒冷地区应用中存在的诸多问题，结合复叠式循环与压缩机直流调速技术，提出一种采用R410A单一工质的复叠式空气源热泵(SC-ASHP)系统，既可以按照传统单级压缩制热（SHC）模式运行,又可按复叠式制热（CHC）模式运行。不同工况下，对SC-ASHP系统在两种不同制热模式运行时的压缩比、排气温度、制热量与性能系数（COP）进行了模拟计算与实验研究，结果表明：低温环境下，CHC模式压缩比和排气温度远低于SHC模式；在冷凝温度46℃，蒸发温度-35℃工况下，CHC模式COP高于1.8，压缩机排气温度低于120℃，高低温压缩机压缩比均不超过5.0，系统可以稳定可靠运行；此外，CHC模式下提高低温压缩机转速可以持续提高系统制热量，满足低温环境下的供暖需求；新系统扩大了空气源热泵系统的应用范围。     

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。     

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%。     

以LFG为燃料的空气源沼气机热泵供热性能

为了利用垃圾填埋气（LFG）这种可再生能源,减少化石燃料的消耗,提出一种以LFG为燃料的空气源沼气机热泵供热系统,并研究其供热性能。确定了LFG收集系统以及适合沼气机热泵系统的LFG净化方法。所构建的实验平台可经阀门切换,分别研究沼气机排烟余热单独回收利用或缸套冷却水和排烟余热同时回收利用两种模式。进行了系统供热性能的实验测试,并对影响系统供热性能的沼气机转速、冷凝器水流量、冷凝器进水温度等因素进行了分析。实验结果表明：该热泵系统的总供热量随沼气机转速和冷凝器水流量增大而增大,随冷凝器进水温度升高而减小。系统制热系数（COP）和一次能源利用率（PER）均随冷凝器进水温度升高而减小,但其与冷凝器水流量的关系并非单调变化关系。当冷凝器水流量为1.45~1.65 kg·s^-1时,系统供热性能最好;当冷凝器进水温度为35~45℃时,系统的COP最高可达到4.3,PER最高可达到1.48。     

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。     

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。     

辅助冷凝器冷却水量对闭式热泵干燥系统性能的影响

针对目前工业生产中金属件清洗干燥工艺中常用干燥方式存在能耗高且环境不友好的现状,提出并建立了一种采用直接串联式辅助冷凝器的闭式热泵干燥系统。基于所搭建的性能测试台,实验研究了流经辅助冷凝器的冷却水量这一关键参数对系统运行工况参数、制热/制冷量、系统功耗、性能系数（COP）以及单位时间除湿量（MER）和单位能耗除湿量（SMER）等性能参数的影响。结果表明：冷却水量为30.6kg/h时,冷凝器出风温度达72.8℃;随着冷却水量的增大,系统制热/制冷量、功耗、冷凝器出风温度及MER均呈现下降趋势,COP维持在5.6左右;MER最高可达3.80kg/h,SMER最高可达1.44kg/(kW·h),MER和SMER的变化趋势相反,故生产实际中需要综合考虑冷却水量对两者的影响;另外,在实验研究工况下最大冷却水出水温度达65.2℃,可为工业生产提供可应用的热水,使能源得到充分地回收利用。研究结果可为闭式热泵干燥系统在金属件清洗干燥工艺中的应用及其节能降耗提供新的思路和参考。     

Energy,exergy and economic analyses on heat pump drying of lignite

Abstract

Evaporative drying of lignite is an energy intensive process. In this study, the heat pump is integrated with a lignite drying system to decrease the energy consumption rate of lignite drying. The performance of heat pump drying is energetically and exergetically evaluated with developed models. Results show that the power consumption rates to dehydrate 1?kg of water from raw lignite in the heat pump drying system without and with lignite preheater are 660.82 and 585.62?kJ (kg H₂O)^?1, respectively. Exergetic analysis indicates that most exergy is destructed in the condenser and the evaporator in the heat pump drying. The case of lignite-to-electricity process (i.e., a lignite-fired power plant integrated with heat pump drying) is studied to examine additional benefits of heat pump drying to the downstream industrial processes that consume dried lignite. Thermodynamic and economic models are developed. Net efficiency of the lignite-to-electricity process can be increased by 1.4 and 1.57 percentage points for heat pump drying without and with lignite preheater, respectively. Preliminary economic analysis shows that the integration of heat pump drying without and with lignite preheater can earn additional 1.42 and 1.73 million USD, respectively. The influences of drying system and heat pump parameters are also analyzed.     

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。