燃气机热泵过渡季节供生活热水性能分析

搭建了燃气机热泵机组并进行了测试,就过渡季节发动机转速、冷凝器进水温度与空气湿球温度对燃气热泵制热量影响规律进行了研究,为燃气机热泵运行提供了参考。     

燃气机热泵性能系数随压缩机转速变化的研究

分析了压缩机转速变化对燃气机热泵制冷量、制热量及压缩机输入功率的影响。研究了燃气机热泵性能系数随压缩机转速变化的规律,调节压缩机转速可实现燃气机热泵的变负荷运行,尽管性能系数略有下降,但下降幅度较为平缓,且在较大范围内变化很小。     

燃气机热泵一次能源利用率的分析

分析了燃气机热泵系统的工作原理，给出了其一次能源利用率的计算式，指出了影响一次能源利用率的因素。通过实验，得出了发动机转速与热泵性能系数、发动机热效率的关系曲线，并进行了分析。     

燃气机热泵余热的回收利用

燃气机热泵是一种高效节能的制热、制冷系统,回收燃气发动机的余热对于提高燃气机热泵的一次能源利用率有着十分重要的意义。对燃气机余热的组成,余热利用的限制条件,燃气机热泵在制热工况下的余热直接回收方式及在制冷工况下的采用压缩式与吸收式制冷循环相结合的余热联合回收方式进行了分析。     

燃气机热泵Dymola软件仿真模型的准确性验证

使用Dymola软件建立制冷工况、制热工况下燃气机热泵的仿真模型,在设计工况下,分别对燃气机热泵进行仿真模拟,将仿真结果与产品样本数据(以下简称样本数据)进行比较,验证仿真模型的准确性。仿真参数选取制冷量、制热量、天然气耗热功率、制冷剂质量流量、燃气发动机输出功率、蒸发压力、冷凝压力等。对于制冷工况,仿真结果与样本数据的相对误差均在±4%以内。对于制热工况,除蒸发压力外,其他参数的仿真结果与样本数据的相对误差均小于±5%。证明仿真模型能够较准确地描述燃气机热泵的制冷工况、制热工况。     

燃气热泵式冷热水机组运行特性分析

从理论上分析了燃气热泵工冷热水机冷热源温度对其制热性能系数COPs和一次能源利用系数PER的影响。     

燃气机驱动空气-水热泵机组的供热性能研究

以某发动机和压缩机的实测数据为依据，对—燃气机驱动空气—水热泵机组建立了模型。计算了不同转速和室外温度运行条件下燃气发动机、热泵系统和整个机组的供热性能。结果显示，由于回收了发动机的余热，热泵机组的供热能力大大增强，余热可占总供热量的30％。降低转速对机组的性能可以提高机组的一次能利用率。环境温度为7℃时，低速运行时，机组的一次能利用率高达1、6以上。而室外温度对热泵系统的供热能力影响较大，对发动机的余热影响较小。     

风力机直接驱动复叠式热泵系统的最佳转速

介绍风力机直接驱动复叠式热泵机组的工艺流程(采用两台风力机通过增速器分别驱动低温级压缩机、高温级压缩机),建立风力机、压缩机数学模型。以张家口张北地区用于居住建筑供暖的风力机直接驱动复叠式热泵项目为研究对象,对风力机与压缩机的最佳转速进行计算分析。不同风速下的风力机输出功率均随风力机输出转速的增大先增大后减小,且存在最佳转速使风力机输出功率最大。在相同风力机输出转速下,风力机输出功率随风速的增大而增大。不同风速下风力机输出转矩随风力机输出转速的变化与风力机输出功率的变化趋势基本一致,同样存在最佳转速使风力机输出转矩最大。张家口张北地区典型年供暖期室外平均风速为8. 52 m/s,给定参数的风力机最佳输出转速为270 min~(-1),风力机输出功率为3 178. 94 W,风力机的输出转矩为112. 44 N·m。在压缩比一定的条件下,压缩机容积效率随压缩机转速的增大先缓慢增大然后以较快速度下降,由典型日蒸发温度、冷凝温度确定的典型日低温级压缩机、高温级压缩机的日平均压缩比分别为5. 612、3. 882,压缩机最佳转速为1 450 min~(-1)。经校核计算,风力机最佳转速为270 min~(-1),压缩机最佳转速为1 450 min~(-1)时,风力机输出转矩可基本满足压缩机所需转矩。     

燃气发动机驱动热泵一次能源利用系数的计算和分析

提出描述缸内工质复杂工作过程的零维物理模型和数学模型，用P－K法求得燃气机的性能参数。利用导出的燃气发动机驱动热泵装置一次能源利用系数PER的计算公式，分析并指出了供热系数、废热利用率和有效效率对PER的影响以及增大PER的有效途径。     

以育苗废水作热源的海水热泵制热性能研究

以新鲜海水和育苗废水作热源,研究了海水热泵的制热性能和对育苗水体的升温效果。结果表明:增加海水热源温度和流量,有利于提高海水热泵的蒸发温度和制热量,当海水热源温度和流量保持在16℃和300 L/h以上时,海水热泵具有良好的制热性能,热泵的制热系数COP值超过3.5;提高海水热源温度,冷凝器出水升温幅度随之增加,但是随着海水热源流量增大,冷凝器出水升温幅度明显下降,当海水热源温度高于16℃、流量小于300 L/h时,冷凝器出水升温幅度保持在5.8℃以上;利用净化后的育苗废水(温度为21～23℃,流量为300 L/h)作热源时,海水热泵具有良好的运转性能,热泵的COP值达到4.2,冷凝器出水升温幅度达7.6℃,海水热泵的水体升温费用与燃煤锅炉相当,仅为燃气锅炉、电加热和燃油锅炉加热费用的14.5%、23.7%和28.5%。     

太阳能热泵系统制热季节性能系数的分析

介绍了太阳能热泵（空气源＋水源热泵）供热系统的流程。选取单纯空气源热泵运行模式（运行模式1）、太阳能热泵运行模式（运行模式2）,在室外温度-10～7℃范围内,对两种运行模式制热量、设备功耗的计算式进行了拟合。计算比较了两种运行模式下的制热季节性能系数,运行模式1、2的制热季节性能系数约为2．56、3．48。     

湖水源热泵机组性能系数简化计算模型研究

对于湖水源地源热泵,供冷期冷凝器进水温度为水源温度,蒸发器出水温度为负荷侧(用户)供水温度;供暖期蒸发器进水温度为水源温度,冷凝器出水温度为负荷侧(用户)供水温度。基于将冷凝器、蒸发器进出水温度作为变量的热泵机组性能系数的计算模型(在计算制冷性能系数时,将冷凝器进水温度、蒸发器出水温度作为变量;在计算制热性能系数时,将蒸发器进水温度、冷凝器出水温度作为变量),结合某湖水源热泵系统的实测结果,建立水源温度与空气干球温度的函数关系,将负荷侧供水温度简化为历年负荷侧供水温度算术平均值,对计算模型进行适当简化。对简化后的计算模型计算精度进行检验,计算精度可以接受。     

低环境温度空气源热泵在寒冷地区的供暖效果

结合实际工程,对低环境温度空气源热泵在寒冷地区的供暖效果进行实测分析。供暖初期典型日,室外温度范围为-5～0℃,热泵机组出水温度平稳,平均出水温度为41.2℃。供暖中期典型日,室外温度比较低(变化范围为-11.4～-3.9℃),热泵机组出水温度仅随室外温度的降低出现了小幅下降,平均出水温度为37.1℃,总体保持平稳。符合GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第5.4.1条的规定(热水地面辐射供暖系统供水温度宜采用35～45℃,不应大于60℃)。供暖中期的热泵机组制热性能系数低于供暖初期。在供暖初期,热泵机组平均制热性能系数超过3.0。在供暖中期,热泵机组平均制热性能系数接近3.0。室外空气温度是低环境温度空气源热泵性能的主要影响因素之一,低环境温度空气源热泵性能满足寒冷地区供暖要求。     

燃气热泵仿真研究

以天然气发动机驱动的压缩式水-水热泵系统为例,建立其各部件数学模型,包括天然气发动机、压缩机、板式蒸发器、板式冷凝器、热力膨胀阀、发动机水套换热器和排烟换热器等的数学模型。利用该模型,研究了不同转速下的热泵系统特性和整体性能特性,与试验结果进行对比,二者吻合良好,证明了燃气热泵系统具有较好的部分负荷特性及较好的节能环保效果。     

冬夏季工况MCCHP系统性能对比及变工况分析

以微型冷热电联供(MCCHP)系统性能特性为对象,搭建基于燃气内燃机、双效溴化锂吸收式热泵的系统,建立系统模型,通过数学仿真,分析夏季工况冷水回水温度、冬季工况热水回水温度、内燃机转速、内燃机负载率变化时系统性能。结果表明:夏季工况下性能高于冬季工况,夏季工况系统性能系数为冬季工况的2. 2倍;用户侧冷热负荷的降低、燃气内燃机转速降低均导致系统性能系数降低,且系统性能系数的降低幅度大于一次能源利用率;燃气内燃机低负载率运行导致系统性能系数的降低,一次能源利用率也略降低。     

微型冷热电联供系统制冷工况性能实验研究

建立燃气内燃机发电机组+烟气型溴化锂吸收式热泵机组(以下简称溴化锂机组)的微型冷热电联供系统,针对制冷工况,采用实验方法对不同负载下的系统性能指标进行实测计算,分析系统高效运行的负载区间及制约高效运行的因素。天然气耗量随负载的增大而增大,耗气率随负载的增大而减小。燃气内燃机排烟温度随负载的增大先增大,而后基本保持不变(当负载达到30 kW后,燃气内燃机排烟温度保持在540℃左右)。溴化锂机组进口烟气温度比燃气内燃机排烟温度低100℃左右,影响溴化锂机组的高效运行。发电效率随负载的增大而增大,当负载为50 kW时,发电效率达到最大(0.31)。一次能源利用率、烟气余热回收率均随负载的增大先增大,然后基本保持不变。当负载达到35 kW及以上时,一次能源利用率基本保持在58%左右,烟气余热回收率基本保持在20%左右。热电比随负载的增大先快速增长,增至最大后缓慢降低。当负载为30 kW时,热电比最高(1.05)。综合考虑机组性能和评价指标,该微型冷热电联供系统宜工作在负载高于30 k W的工况下。改善烟道保温性能,提高溴化锂机组进口烟气温度,有助于溴化锂机组的高效运行。     

空气-水双热源复合热泵系统性能试验

利用恒温恒湿环境仓模拟室外环境条件,对空气–水双热源复合热泵系统的单水源制热、单空气源制热和空气–水双热源制热3种运行模式在不同环境温度和湿度、低温水箱水温、水流量等参数条件下的系统性能系数COP进行分析研究,试验结果表明:单水源制热模式系统随低温水箱水温的升高呈上升趋势;单空气源制热时空气温度变化对系统COP影响较大;蒸发器进风温度和进水温度的有效温差是空气–水双热源制热时影响从空气侧和水侧同时获取热量的关键因素。     

基于瞬时优化的混合动力燃气热泵控制策略

将无级变速器(CVT)运用到混合动力燃气热泵系统中以实现系统传动比的连续调节来提高系统的性能。本文对驱动系统和热泵系统进行建模,把蓄电池储存/消耗的电能等效成发动机燃气热能,提出基于等效能量消耗最小的瞬时优化控制策略,并在MATLAB/SIMULINK仿真平台上对该种策略进行仿真试验。仿真结果当压缩机转速分别小于1390 rpm、在1390 rpm到1810 rpm之间、大于1810 rpm时,驱动系统分别运行在模式A、模式B、模式C;并获得发动机和电机的扭矩分配以及热泵性能系数COP、制热量、CVT速比和蓄电池SOC变化。发动机工作点基本分布在经济区内,发动机扭矩、燃气消耗率be和燃气流量m都保持在较小值,分别维持在29.5 N·m、283 g/(kW·h)和2.66 kg/h,从而证明了所提出的瞬时优化控制策略的有效性。     

热泵热回收新风机在寒冷地区的实验研究

为解决寒冷地区冬季空气源热泵运行效率、新风机冻损等运行问题,保证冬季室内良好的空气品质,设计了在冬季将排风引入热泵蒸发器,通过热交换回收排风的能量,并利用热泵冷凝器加热引入室内新风的热泵热回收新风机。采用空气焓差法对该机组在利用排风及排风混室外空气2种运行工况下的制热量、输入功率、热泵能效比(COP)、热回收效率的对比实验。用热泵热回收新风机引进新风后基本没有改变机组输入功率,相同环境条件下的制热量增加,COP值增大,焓差热回收效率最高可达到51.4%。新风机和热泵相结合,利用排风余热提高热泵蒸发器工作温度,改善了热泵和新风机在北方寒冷地区冬季的运行性能。     

基于Dymola的燃气热泵系统制冷工况仿真研究

采用面向对象的、多领域的物理系统建模语言Modelica和Dymola编译器编制了燃气热泵各部件的仿真程序,包括天然气发动机、压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等。利用该模型对样本燃气热泵机组制冷工况进行了调试,并将机组调试模型与样本数据进行了对比,验证了模型的可靠性;在额定测试条件下,机组模型50%~100%负荷工况的运行性能很好地还原了样本数据;同时还考察了室外环境温度变化对机组性能的影响。