工业高温热泵发展现状与展望

当前中国能源结构仍以煤炭为主,替代难度大,非化石能源发展面临多重制约,产业的高耗能、高排放、低能效问题并存,绿色低碳技术亟需加强。工业过程供热占据能源消耗的50%,因此实现工业过程供热的低碳化是实现碳中和的重要部分。为达到工业过程供热所需的体量和温度,高温/蒸汽热泵需要深入研究和广泛推广。本文从国内外工业热泵技术现状,分析目前工业热泵通常采用的系统循环型式、制冷剂压缩技术、水蒸气压缩技术;结合第四代低全球变暖潜值制冷剂发展现状,给出环保工业热泵的适用制冷剂;提出工业热泵技术发展展望,最后结合双碳目标的实现和工业锅炉替代市场分析,展开了工业热泵应用场景的拓展分析。     

水-水热泵系统全年性能优化的研究

在热泵系统仿真模型的基础上,结合典型建筑物的全年负荷预测,提出了热泵系统全年季节性能优化的理念,定义了热泵全年性能系数APF,并以此为优化目标函数,换热器面积比为优化变量,研究在压缩机开停控制方式下系统的优化匹配,并与以HSPF、SEER和EER为优化目标的优化计算进行对比,结果表明,采用APF作为优化目标具有更加真实客观的节能效果。     

集中供热项目高温水源热泵应用研究

随着国家节能减排工作的不断深入,各地区集中供热改造工程的已经全面开展,促进了相关供热质量和管理水平的大幅度提高,但是集中供热每年会产生大量60℃以上的蒸汽凝结水。因此,如何高效地使用能源、回收余热从而节能降耗,本文提出了迫切需要解决的问题。     

双作用高温行波热声热泵的热力特性研究

提出了一种双作用热声热泵的流程,利用热声软件DeltaEc模拟计算了在进出口体积流率相位差为120°时各个结构尺寸的改变对系统性能的影响,并对影响其改变的原因做了分析讨论。设计优化了一种高性能高温行波热声热泵,在热端温度为100℃、环境温度为30℃时,其热端泵热量可达1037.7W,热泵系数COP为3.2,相对卡诺效率为59.7%。在此基础上进一步研究了在进出口体积流率相位差在不同值时热泵系统的性能,发现在相位差为129°时,相对卡诺效率可达最高,为60.1%     

两级冷凝热泵热水系统的实验研究

空气源热泵热水器运行在高温工作区时,压缩机功率及压缩机排气温度往往偏高,这不仅给机组的安全稳定性带来了隐患,同时系统的效率也会明显下降。针对这一问题,文中提出了一种两级冷凝热泵热水系统以及相应的控制方式,并进行了实验。实验结果表明,与传统的热泵热水器相比,这一系统不仅能提高供水温度,而且能让热泵热水机组在高温工作区的冷凝温度相对较低,从而在提高供水温度的同时,有效的降低了机组最高压缩机功率以及最高压缩机排气温度,系统运行安全、可靠、高效。     

高温吸收式热泵的最优化设计

本文采用可变容差多面体算法对高温吸收式热泵进行了优化设计,讨论了目标函数及约束条件的确定方法。与传统设计方法相比,该方法具有省时省力的优点,并能较好地改善设计质量。     

高温水源热泵在地热供暖中的应用

针对目前地热供暖应用的现状,比较了各种常规的供暖模式的经济及环保效益;介绍了一种全新的地热、高温水源热泵的供暖方案,为低温地热水、地热尾水及其它各种温度在30～60℃之间的中低品位余热水资源提供了一种高效、合理的利用途径.     

高温热泵在我国的应用及研究进展

综述了近年来高温热泵技术在我国的应用和研究进展.列举了高温热泵的应用实例和效果,并提供了多种公开发表的有关高温热泵技术的研究成果,如高温热泵循环工质、高温热泵循环系统的优化等.在此基础上,指出了现有研究内容的不足和高温热泵未来几年的研究方向.     

高温吸收式热泵的性能及研究

从热力学原理出发，研究分析了高温吸收式热泵的性能，提出了评价热泵性能的新参数ＣＯＰ·ΔＴ和Ｙｏｎｇ指标ＥＩ，探讨了不同操作条件对热泵性能的影响。     

热电热泵换热面积最优分配

考虑实际多热电堆热泵,在总传热面积一定的条件下,研究最优供热率、供热系数时传热面积的最优分配,并分析了各种参数对最优性能的影响,所得结果对实际热电热泵性能分析与优化有一定的指导作用.     

抑霜型空气源热泵机组应用实测研究

空气源热泵结霜过程会恶化机组的实际运行性能,重霜工况下尤为严重,发展抑霜型空气源热泵是保障其高效适用和良性发展的关键。本文依托四川省康定市的某住宅示范工程,开展抑霜型空气源热泵和常规型空气源热泵的现场实测研究,研究抑霜型空气源热泵实际应用中的抑霜、制热性能表现,并进行技术经济性分析。结果表明：抑霜型空气源热泵抑霜效果显著,制热性能得到显著改善,能效提升达到21%~37.3%,费用年值比常规空气源热泵降低了13%,1年左右即可回收追加的投资,具有更好的技术经济性,有助于空气源热泵技术在严重结霜气候区域的高效应用。     

热源温度对回热式室温磁Ericsson制冷循环性能的影响

结合分子场理论和磁系统热力学知识,分析了回热式室温磁Ericsson制冷循环中热量和磁熵的关系,重点研究了热源温度对铁磁质磁Ericsson制冷循环性能的影响.利用典型室温磁制冷材料Gd进行了数值计算,得到以下结论:居里点附近是循环中的重要转折点,TL低于居里点会出现△Q＜0的情况,一旦高于居里点则只有△Q＞0的情况;TL越高对应的高温热源最大值THmax越高;相同高、低温热源条件下,磁场越大COP变化率越小.     

中大型空气源热泵空气流场特性研究

针对中大型空气源热泵冷热水机组的风侧Ⅴ型翅片管式换热器,采用CFD方法研究了其空气流场特性,采用实验测量值验证数值模拟结果,验证结果表明数值模拟的合理性和可靠性.系统分析了Ⅴ型翅片管式换热器空气流场特性,详细研究了换热器夹角大小对空气流场分布的影响并阐明了各种流动现象的产生机理.研究结果表明:Ⅴ型翅片管式换热器迎面风速沿换热器高度方向分布较不均匀,沿换热器长度方向分布相对均匀;换热器夹角大小是决定Ⅴ型换热器迎面风速分布不均匀的主要因素,主要表现在迎面风速最大值随换热器夹角值的增大而向换热器下部移动,且当换热器夹角大小为90度时,迎面风速最大值位于换热器中部位置,且此时换热器迎面风速分布呈上下对称状态.     

R245fa高温蒸气热泵理论与实验研究

工业领域中高温蒸气的需求较大,由于小型锅炉的禁用、电锅炉的低能效及余热资源的浪费,因此高温热泵作为制取水蒸气的装置,有广阔的发展前景。本文设计了一种采用R245fa为工质的高温热泵系统与水蒸气制备装置,建立数学模型对系统及各部件进行模拟和性能预测,并搭建实验台研究其性能和运行参数随工况等的变化规律。结果表明:随着蒸发温度的上升,系统COP快速上升,相对值为0.55~1.3,上升速度逐渐减缓,制热量近似线性升高,排气过热度下降,换热温差显著上升;换热系数随着水流率的增加而增加,变化范围为1.7~2.8 k W/(m2·K)。     

冷凝器面积对空气源热泵制热性能的影响研究

目的 研究低温条件下空气源热泵的烘干性能。方法 论文主要采用焓差法研究在换热面积和室外温度(温度为7、−12、−20 ℃,相对湿度为65%)不同时,空气源热泵的制热量、输入功率、能效等性能。结果 在7 ℃环境中,增加室内侧换热器面积,热泵的制热量提高了19%,系统能效提升了14%,但输入功率增加了5%;在−12~−20 ℃环境中,增加室内侧换热器面积,热泵的制热量提升了5%,系统能效提升明显,最大可提升27%,输入功率最大降低为17%。结论 增加室内侧换热器面积,系统焓差降低,但是能提高系统在低温下的循环风量,制热性能更加优异。     

高温热泵用双螺杆压缩机内压力比调节方式

高温工业热泵运行时热源温度波动较大,压缩机外压比变化导致内外压比不相等,压缩机功耗上升,热泵能效下降。本文提出了采用经济器补气过程调节双螺杆压缩机内压力比的调节方式。通过向压缩腔中补充制冷剂气体,调节压缩机运行过程中的内压缩最终压力,使其与排气管道中压力相同,消除欠压缩过程,使压缩机实际压缩过程接近多变过程,降低运行附加功耗,增大热泵能效比。实验得到冷凝器90℃出水工况下不同补气压力时热泵的性能参数,结果表明:在最优补气压力下,压缩机绝热效率与热泵制热能效比同时达到最大,可实现通过调节补气压力调节压缩机内压力比的目的。     

氨蒸气压缩高温热泵系统研究现状

高温热泵是解决冷热双利用、实现节能减排的重要方法.由于工质使用的限制,自然工质成为研究的重点,氨作为自然工质,具有优良的热力性能.本文通过热力计算对氨和其它常用热泵工质进行了性能对比分析,并对氨蒸气压缩式高温热泵进行了综述,发现氨在80～95℃范围内综合性能最佳,适合用于60～110℃高温工况.同时本文基于单级压缩热泵...     

工业余热热泵及余热网络化利用的研究现状与发展趋势

当前工业能源消耗中所排放的低品位余热量大面广,若采用高效的余热利用技术将这部分余热回收,将具有显著的节能效果。工业余热热泵技术可以实现余热品位的提升或容量的扩大,一方面可以将回收的热量应用到工业流程中,另一方面可以在区域供热及供冷方面发挥作用。本文分析了压缩式热泵、吸收式热泵与化学热泵的特点与发展趋势。目前三种热泵技术都在工质、循环以及系统创新方面得到了较大的发展,但是在容量、能效比、温升与可靠性方面存在不可兼得的瓶颈问题。此外,工业余热根据种类以及温度品位的不同,适用场合与特点也各不相同。但目前在余热回收利用的设备与系统方面,缺乏针对不同余热特点的指导性设计准则。未来的研究需要集中在发展效率高、容量大、热适应性好、稳定可靠的热泵技术,形成各余热热泵互补利用的广谱化设计准则。同时需要通过对余热的热、电、冷、储、运的网络化利用进行余热系统高质化集成,实现工业余热的高效利用。