跨临界CO2热泵热水器系统的试验研究

介绍带回热器的跨临界CO2热泵热水试验系统。通过改变气冷器水流量对跨临界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:跨临界CO2热泵循环可获得比常规工质要高的出水温度;增加气冷器水流量可有效提高系统的制热系数。     

基于燃机废热的超临界二氧化碳布雷顿循环的热力学分析

目的:研究超临界二氧化碳(SCO_2)布雷顿循环布局对回收燃机废热性能的影响。方法:利用Aspen plus软件建立SCO_2布雷顿循环模型,将某F级天然气燃气轮机排气废热作为热源,采用序列二次规划(SQP)优化方法来获得最优系统参数优化。结果:以简单回热循环为基准,间冷循环利用SCO_2的流体特点降低压缩功和初始吸热温度,提升了13.76%净输出功;再压缩循环不能带来净输出功的增加,退化为简单回热循环;双级回热循环利用其分流和多回热器的特点,具有最高的净输出功,较简单循环提升37.21%。结论:通过优化SCO_2布雷顿循环的布局,能够有效提升废热利用率、循环效率和净输出功率。     

CO2跨临界双级压缩带膨胀机制冷循环研究

摘要针对CO2制冷能效低的特点,本文建立了双级压缩带膨胀机CO2跨临界制冷循环热力学模型,在考虑实际循环中不可逆损失因素影响在基础上,对循环进行了性能系数、热力学完善度和单位制冷量炯损失等指标进行了分析计算,并与双级压缩节流膨胀CO2跨临界制冷回热循环和R22简单制冷循环进行了比较。     

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。     

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。     

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。     

水箱水温对CO2热泵热水器性能影响的实验研究

通过实验对比研究了循环加热和一次加热热水时,水箱水温对CO2热泵热水器性能的影响。循环加热工况时,随着水温的升高,压缩机的进、排气压力逐渐升高,功耗增加;气体冷却器的CO2进、出口温度升高,内侧CO2和外侧水的温差逐渐减小,换热量减小;CO2热泵系统的COP下降。一次加热工况时,进水温度一定,系统的各项运行参数稳定,COP基本保持不变。以水温度17℃为例,系统COP在3.5左右,远远高于循环加热的COP。实验结果表明水箱水温对系统的性能有一定影响。根据实验结果提出了水箱结构改进方案,使气冷器入口水温稳定在较低水平,可有效提高系统的性能。     

关于家用CO2热泵热水器设计思路的探讨

CO2放热过程中的温度滑移与热水形成很好的温度匹配,使得家用CO2热泵热水器在生产高温热水方面的优势明显,借鉴日本的标准,可达到65℃。但我国大部分地域水质较硬,较高的出水温度会加剧气冷器管道中的结垢现象;并且由于幼儿和老人对高温热水不敏感,容易造成热水烫伤。通过理论分析和试验验证发现降低出水温度后,CO2系统仍然具有明显的性能优势。综合考虑家用CO2热泵热水器在我国实际使用过程中系统性能、水质情况、防高温烫伤三方面的限制和影响,推荐其设计出水温度以不高于45℃为宜。     

太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵热水与空调系统初探

提出一种结构与控制均非常简单的太阳能辅助空气源跨临界CO2热泵空调热水系统，包括太阳能集热系统、CO2热泵系统以及室内室外换热系统；针对不同气候条件，可采用制热、制冷、热水、制热十热水、制冷十热水五种运行模式，实现热水和空调两大功能，具有节能环保的优点。     

两级节流中间完全冷却CO2跨临界双级压缩制冷循环特性研究

CO2是零ODP、低GWP的天然制冷剂,在冷库制冷系统中应用前景广阔。本文针对用于低温冷库的两级节流中间完全冷却CO2跨临界双级压缩制冷循环（DTCC循环）建立数学模型,通过计算不同工况,分析蒸发温度、压缩机等熵效率、气冷器出口温度、排气压力以及回热循环方式对DTCC循环制冷系数的影响规律;给出DTCC循环的最优排气压力和最佳中间压力的计算式。研究表明：在蒸发温度-30~10 ℃、气冷器出口温度30~45 ℃范围内,DTCC循环的最优排气压力约比相同工况下的单级跨临界制冷循环的最优排气压力低0.3 MPa;低压级排气采用预冷气冷器、在高压级气冷器出口设置回热器均可有效改善DTCC循环的制冷系数。     

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。     

双级一次加热式热泵热水机的研究

通过对市场上存在的循环加热式和一次加热式2种传统形式的热泵热水机进行对比分析,发现前者工程系统复杂,且由于系统水泵功耗会造成系统能效下降,而后者虽然工程得到简化,但由于长期高压比工作,能效低下。为此,作者设计出一种高效节能的新型热泵热水器形式——双级一次加热式热泵热水机,既取消了循环泵,保持了一次加热式的工程优势,同时也降低了系统的压缩比,实现了高能效。本文重点阐述双级一次加热式热泵热水机的设计方案、主要性能优势和相关关键技术,通过理论分析和实验验证,得出如下结论：双级一次加热式热泵热水系统与传统单级一次加热式相比,输入功率大幅下降,COP明显提高;双级一次加热式热泵热水系统与循环加热式相比,省却循环水泵的功耗,COP也具有优势。     

水流量对空气源热泵热水器性能的影响

通过对空气源热泵热水器的性能进行实验研究,测试了水流量对热泵热水器性能的影响。实验结果表明：水流量对加热时间、能效比等性能有一定的影响,这种影响随着流量偏离正常值而加剧;设计适当的水流量,不但可以适当提高热泵热水器的能效比（COP）,而且降低了冷凝器进出口水的温差值和排气压力。     

地埋管换热器变热流工况下换热模型及其试验验证

在制冷空调产品及热泵热水机国家标准规定的名义工况下,比较CO2跨临界循环与R22,R410A和R404A单级蒸气压缩循环的理论循环效率。结果表明：在空调制冷名义工况下,R22理论循环效率最高,CO2的理论循环效率只有R22的50％～60％;在热泵热水机名义工况下,CO2的理论循环效率最高,可以达到R22的145％;CO2跨临界循环受冷却器压力及出口温度2个方面的影响,适当降低CO2冷却器出口温度可改善循环效率,应用CO2制冷剂需要通过改善循环和优化控制提高系统的能效。     

Stepped pressure cycle – A new approach to Lorenz cycle

Refrigerant vapor-compression cycle usually works with variable temperature heat sources in reality, which causes remarkable irreversible losses in heat exchange process. This paper proposed the stepped pressure cycle to modify the vapor-compression cycle using refrigerant, particularly pure refrigerant. Refrigerant is designed to flow through a series of heat transfer units with stepped pressures so that the irreversible losses can be reduced. Theoretical proof confirmed the stepped pressure cycle with pure refrigerant can approach the Lorenz cycle, the most efficient cycle under variable temperature heat sources. Numerical analysis on cycle performance demonstrated that a dual-step suction and discharge pressure cycle using R32 can achieve 11.5% cooling COP improvement for residential air conditioner, while a dual-step discharge pressure cycle using R134a can bring 9.8% heating COP increase for heat pump water heater. A pilot system was made and preliminarily tested. Compared to the single cycle system, 12.3% and 18.7% COP increase were achieved in the pilot system by applying dual and triple subcycles, respectively.     

R290空气源热泵热水器的试验研究与对比

为了研究R290和R22在空气源热泵热水器上的性能,试验样机采用一套同轴式套管换热器（与某空调室外机组相匹配连接）和1个电子膨胀阀（安装在2个换热器之间）,根据国标GB/T23137—2008测试R290和R22在该样机上一次性加热热水的各种性能。试验结果表明,R290的充注量仅为R22的42%~46%;在各种试验条件下,R290的能效比不低于R22的,压缩比低且排气温度更低;R290压缩机排量需要比R22系统提高15.4%。     

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.     

以毛细管为节流装置的CO_2小型热泵热水器实验研究

介绍以毛细管为节流装置跨临界CO2热泵热水试验系统。实验研究了不同气冷器进水温度下系统的COP及其变化、气冷器沿管长水温温升梯度变化。分析了不同环境温度下制冷剂充注量对系统高压侧压力的影响。可以得出:以毛细管做节流装置也可以得到较高的COP;气冷器水温在高温CO2进口段温升幅度最大;系统对环境温度的变化很敏感,环境温度较低时要想得到合适的高压侧压力,制冷剂的充注量要比环境温度高时多。