四种跨临界CO2压缩式热泵系统的热力性能研究

CO2是具有很大潜力的天然替代工质之一,CO2跨临界循环放热过程中具有较大温度滑移,与水侧温升过程相匹配,因此适合用于热泵热水器系统。国内外学者提出了许多提高跨临界CO2循环效率的方法,其中包括引入回热器、喷射器等设备,从不同角度对比分析在常规跨临界CO2热泵系统中引入回热器、喷射器后系统的性能变化。本文在前人工作的基础上,建立相关热力学计算模型,并进一步对四种不同形式的跨临界CO2热泵系统（常规跨临界CO2热泵系统（TCHS）、带回热器的跨临界CO2热泵系统（TCHSI）、带喷射器的跨临界CO2热泵系统（TCHSE）及带喷射器与回热器的跨临界CO2热泵系统（TCHSEI））的性能进行研究,对比分析排气压力一定的情况下四种循环的热力性能;从最优排气压力的角度出发,分析对比不同系统中气冷器出口温度变化对系统最优排气压力和制热系数的影响,以及喷射器等熵效率对系统性能的影响。以上研究为CO2压缩式热泵系统的实用化进展奠定良好的理论基础。     

采用非共沸工质机械过冷跨临界CO2热泵供暖性能分析

本文提出采用非共沸工质的机械过冷跨临界CO2热泵供暖系统,并建立系统热力学模型,与采用纯质的机械过冷跨临界CO2热泵系统进行对比。结果表明：在环境温度为-12 ℃、用户供回水温度为65/40 ℃条件下,采用大温度滑移非共沸工质R1234ze(E)/R601(60/40)时,系统COP高达2.45,相对采用纯质最高提升13.82%。采用非共沸工质可有效降低系统排气压力并获得较大过冷度,减小节流不可逆损失。使用R290/R601(70/30)时,最优排气压力可降低27.85%。非共沸工质的使用可有效改善过冷过程的温度匹配,使用R1234ze(E)/R601(60/40)时系统?效率相对纯质最高提升14.09%。较大的温度滑移及合理的温焓曲线凹凸性是机械过冷CO2热泵系统非共沸工质选取的两个重要原则,推荐选用R1234ze(E)/R601(60/40)。     

跨临界CO2热泵热水系统试验研究

对跨临界CO2水-水热泵多种工况的循环性能进行试验研究,获得一系列试验数据。试验结果表明,1）跨临界CO2热泵循环在高温热泵领域可得到高于常规热泵系统的制热系数;2）降低气体冷却器出口温度,提高蒸发温度,选择最佳的高压侧压力可有效提高系统的制热系数。最后根据试验结果为今后CO2热泵流程设计提出一些建议。     

一种CO_2热泵除霜方法的实现

空气源CO2热泵在冬季运行时,由于外部环境温度低、空气湿度大等原因,往往会在蒸发器表面形成霜层,从而降低热泵运行效率,甚至影响热泵机组的正常运行,根据CO2热泵的实际应用,设计一种CO2热泵智能除霜方法,用于解决空气源CO2热泵低温、高湿环境下的除霜问题。     

闭式跨临界CO2热泵烘干系统最优工况研究

目的 对跨临界CO2热泵驱动的闭式干燥系统展开理论研究,得到CO2闭式热泵中最优工况的计算方法和原理。方法 通过建立CO2循环与空气循环热力学耦合的数学模型,计算干燥循环中空气的温度、焓值、相对湿度、含湿量,以及跨临界CO2热泵系统中工质的温度、压力、焓值等参数。通过调整冷凝干燥后空气温度,以热泵烘干系统的COP为评价依据,探究空气循环与CO2热泵循环的耦合机理。结果 获得了CO2循环系统最优排气压力随闭式空气循环系统在不同工况下的变化规律,并基于所建立的计算程序,获得了典型工艺参数下的热泵系统的热力学参数,为关键设备(风机、换热器、压缩机等)选型及系统控制方法提供了理论依据。结论 研究表明,在CO2热泵冷却器出口状态为临界状态时,系统的COP达到最优。     

利用生活废水余热的CO_2热泵系统

为了充分利用生活废水的余热,提出利用生活废水余热作为低温热源的CO2热泵系统,并分析生活废水温度、蒸发温度、气体冷却器出口温度、气体冷却器出口压力、吸气过热度、制取热水温度等参数对CO2跨临界循环热泵系统性能的影响,得出提高蒸发温度、降低气体冷却器出口温度、适当增加过热度会使系统的COP增大,且在生活废水温度为20℃,制取热水温度为60℃,蒸发温度为15℃的工况下,存在最优的气体冷却器出口压力(9.8 MPa),获得最大性能系数(5.5)。CO2热泵的能耗比空气源热泵、电加热器、燃气锅炉、燃油锅炉分别节约38.2%,80.7%,84.8%和82.7%,CO2热泵的年运行费用较低,空气源热泵、电加热器、燃气锅炉和燃油锅炉分别是其1.6倍、5.1倍、2.9倍和5.5倍。     

浅谈地下水水源热泵供暖系统的安全使用和节能控制

地下水水源热泵供暖系统在全国广泛推广后,在运行维护上出现各种问题,如何避免问题的出现和使水源热泵供暧系统更加节能,本文论述了水源热泵系统在设计和施工中容易出现的问题和避免出现问题的解决方案。     

混合工质回热式大温跨供热热泵循环的理论分析

物料干燥、印刷、印染纺织、电镀等领域普遍需要65~100℃的热源供应,常规热泵技术难以实现。本文充分利用非共沸混合工质相变过程中的大温度滑移,实现与水侧更好的热当量匹配,提出一种混合工质回热式大温跨热泵循环,建立了热力学模型,分析了运行压力、混合工质组分、环境温度、出水温度等关键参数对系统性能的影响,基于遗传算法优化了系统吸排气压力和工质配比,结果表明:混合工质回热式热泵可在常规空调压缩机的正常工况内运行,在环境温度为25℃、入水温度为15℃、出水温度为90℃时,系统理论COP最高可达5. 5,与同工况下CO2跨临界热泵性能相当。     

空气源热泵地暖系统冬季应用

本文研发了3P变频单元式空气源热泵机组,进行了民宅地板辐射供暖系统设计和冬季93d的供暖应用实验。期间室外环境温度的变化范围﹣10~16 ℃,平均值3.72 ℃;热泵机组制热量变化范围3.82~10.06 kW,平均值6.71 kW;热泵压缩机的吸/排气压力的平均值为0.55 MPa/2.28 MPa,压缩比小;EER变化范围2.32~4.71,平均值3.46,能效较高。测试了室内0.1、1、1.5、2 m高度处的温度,平均值分别为20.48、19.26、18.75、18.01 ℃,呈现相对稳定的下暖上凉的温度场。进行了最暖、最冷2个典型气象日热泵系统运行性能的对比分析,两日室外的平均温差为17.21 ℃,最暖日制热量和EER分别是最冷日的41.9%和159%,室内温度相对稳定,表明热泵系统具有良好的环境适应性和舒适性。与城市集中供暖及燃气锅炉供暖相比,运行费用分别降低39.82%、56.17%,节能、安全、热舒适性更佳。     

内压作用下CO2跨临界制冷热泵系统的可靠性分析

根据可靠性理论和材料力学理论,指出了在较高的系统运行压力条件下,影响CO2跨临界制冷热泵系统可靠性的因素;得出了管路可靠度随其所受内压不同时的变化规律.根据这些影响因素及变化规律,指出了提高CO2跨临界制冷热泵系统可靠性的途径是:适当的增加管壁厚度,或者加大所选材料的许用应力,或两者同时增大.这些为进一步研究和开发CO2跨临界制冷热泵系统提供了必要的理论依据.     

CO2热泵热水系统试验研究

为了提高CO2热泵热水系统效率,针对CO2热泵系统跨临界循环特性,采用试验方法研究系统高压压力及回热循环对系统效率的影响。试验结果表明：系统排气压力对循环效率有显著影响,不同工况存在不同的最优压力;采用回热循环能够明显提高系统的制热能力和能效,系统能效最高可提高11%。同时,给出关于CO2热泵热水系统设计的一些参考建议。     

水源热泵系统热源侧变流量控制策略研究

分析水源热泵系统供热运行的技术经济性。建立适用于TRNSYS软件模拟的水源热泵系统模型,针对不同水源温度通过改变热源侧水流量方式优化运行。比较水源热泵系统、燃气和燃油3种供热方式的运行经济性,结果表明,不同水源温度下的最佳供热方式不同。     

空气源户式机组地板采暖系统应用研究

为了研究空气源热泵冷热水机组作为地板采暖的热源的运行特性,以一围护结构保温良好的房间为研究对象,分别测试了热泵机组采用低水温进行供暖运行时的能效、在高低温的运行环境下供暖房间内温度的变化。结果表明,在保温性能良好的建筑,采用热泵机组以35℃的低供水温配合高效地暖盘管进行地板供暖,既能保证室内的舒适性,又具有良好的节能效果。得出用于地板采暖的空气源热泵机组,其控制开停机的温差需要比传统的空气源热泵机组大,在低温环境下,机组性能衰减的特性对室内达到相同供暖效果所需的时间影响不大,为设备、工程设计提供参考。     

空气源热泵耦合太阳能及余热用于升压站供暖的研究

风电场、光伏发电站等工程的升压站,一般远离集中热源,冬季多采用“电暖气+热水器”的传统方案,能源利用效率低,增加了电能消耗,降低了项目收益。提出“空气源热泵耦合太阳能及余热”的供暖方案,为升压站提供了可靠的热源,并提高了能源利用效率,降低了运行费用。升压站内电气设备间有大量的40℃左右的排风,可以作为空气源热泵的低温热源,解决了空气源热泵低温时效率低的弊病;空气源热泵生产出热水,并设置太阳能热水器进一步提高水温满足供暖要求;设置单独的蓄热水箱适应供暖负荷变化并解决一部分生活热水需求。以北京某风电场工程为例,阐述了这一系统的优缺点以及推广的必要性和可行性。分析表明,在最冷时该系统仍可以高效、稳定的运行,投资回收期短,为寒冷地区空气源热泵的应用提供了参考依据。     

超临界CO2制冷循环的应用与研究

CO2是一种天然工质，无毒，不燃烧，对大气臭氧层没有破坏作用，温室效应影响小。介绍了超临界CO2制冷循环的工作原理及其在汽车空调、复叠式制冷循环和热泵型供热系统的应用。     

超临界CO2制冷循环的应用与研究前景

CO2是一种天然工质,无毒,不燃烧,对大气臭氧层没有破坏作用,温室效应影响小.本文介绍了超临界CO2制冷循环的工作原理及其在汽车空调、复叠式制冷循环和热泵型供热系统的应用,并对超临界CO2制冷技术的发展前景、下一步研究的重点提出自己的思考.     

Residential CO2 heat pump system for combined space heating and hot water heating

A theoretical and experimental study has been carried out for a residential brine-to-water CO₂ heat pump system for combined space heating and hot water heating. A 6.5 kW prototype heat pump unit was constructed and extensively tested in order to document the performance and to study component and system behaviour over a wide range of operating conditions. The CO₂ heat pump was equipped with a unique counter-flow tripartite gas cooler for preheating of domestic hot water (DHW), low-temperature space heating and reheating of DHW.

The CO₂ heat pump was tested in three different modes: space heating only, DHW heating only and simultaneous space heating and DHW heating. The heat pump unit gave off heat to a floor heating system at supply/return temperatures of 33/28, 35/30 or 40/35 °C, and the set-point temperature for the DHW was 60, 70 or 80 °C. Most tests were carried out at an evaporation temperature of −5 °C, and the average city water temperature was 6.5 °C. The experimental results proved that a brine-to-water CO₂ heat pump system may achieve the same or higher seasonal performance factor (SPF) than the most energy efficient state-of-the-art brine-to-water heat pump systems as long as: (1) the heating demand for hot water production constitutes at least 25% of the total annual heating demand of the residence, (2) the return temperature in the space heating system is about 30 °C or lower, (3) the city water temperature is about 10 °C or lower and (4) the exergy losses in the DHW tank are small.     

寒冷气候使用的CO2热泵热水器

由于CO2热泵热水器的出水温度高、COP高和对大气温室效应小的优点,在家用热水器领域已获得了巨大的发展.近年来,在寒冷气候地区同时提供生活热水和房间供暖热水的CO2热泵热水器的应用也获得了成功,不仅在日本,而且在欧洲和北美国家;不仅用于家庭住宅,而且用于商用建筑、医院、学校等.本文简要综述在寒冷气候地区使用的CO2热泵热水器的技术.