基于太阳能光伏光热组件的双热源热泵机组的实验研究

本文基于太阳能光伏光热一体化系统,设计出应用太阳能光伏光热及空气源的双热源热泵机组。使热泵与太阳能光伏光热组件结合组成太阳能热泵系统,利用太阳能光伏光热组件(PV/T)内循环水及空气源的能量制取生活热水,同时降低太阳能光伏光热组件内循环水的温度,从而降低太阳能光伏板的温度。通过实验测得机组在水冷蒸发侧进水温度20℃,热水出水温度50℃的额定工况下,制冷量为2.855 k W,制热量为3.594 k W,COP为3.6。机组在水-水工况及水-风工况下运行的节能性研究结果表明,相对于单一空气源热泵,双热源热泵机组在满足家庭用生活热水需求的前提下,利用热泵技术回收太阳能光伏光热的热量制取生活热水节能性显著。     

基于热电制冷效应的光伏热水装置设计

晶体硅太阳能电池工作温度通常在50℃以上,散热不良时甚至达到80℃,这会严重影响太阳能电池的工作效率,高温下光伏板甚至会自燃,安全性能下降。为了解决该问题,本文提出基于热电制冷效应的光伏热水装置的构思,结合太阳能光伏与热电制冷模块,功能上能实现光伏光热一体化。该装置利用太阳能光伏板产生的部分电能驱动热电制冷模块将光伏板的热量带走,降低光伏板的温度,提高光电转化效率。同时,热电制冷模块中的热端口设置流道进行冷水换热,可提供生活用水。用CFD软件定量模拟热电制冷模块对光伏板的温度影响,结果表明:添加热电制冷模块后,光伏板温度明显下降,运行更加稳定。光伏板温度降低到环境温度,单位面积制冷量大约为155 W。该构思为热电制冷技术用于太阳能热水装置的后续研究提供必要的依据。     

一种变频空调电控箱体降温模块的研究

本文根据变频热泵机组系统特点和制冷循环热传导原理设计了一种变频空调电控箱体的降温模块,该降温模块的U型散热装置与制冷剂配管接触弧度为3/4圆弧结构,接触点切线成45°斜角,放置在空调系统中出储液器到进入电子膨胀阀之间的管路部分,使制冷剂经过该散热装置的温度处于40℃～50℃之间最佳温度范围。在环境温度43℃、出水温度15℃的制冷工况下,通过实验分析和验证了增加该散热装置和自然冷却两种状态下系统的性能。结果表明:加装制冷剂散热装置机组运行时变频器功率器件产生的热量可以通过制冷剂散热装置带走,降温效果较为明显。同时,通过理论计算和实验测试对比了变频器功率发热部件温度与制冷剂进口温度之间温度差变化情况,验证了加装制冷剂散热装置的效果。     

光伏并网式家用空调系统性能的实验研究

针对目前的家用空调系统,本文设计了一种以太阳能光伏发电技术为基础,与国家电网并网,共同驱动空调工作的系统,称为光伏并网式家用空调系统。利用光伏发电技术,通过逆变器将太阳能提供的电力转变为220 V、50 Hz家用电源,实现与市电电网的并网,来共同驱动空调运行。利用焓差实验室,对光伏并网式家用空调系统在连接100 W、135 W和185 W不同功率太阳能电池板进行空调系统的性能实验。实验结果表明:光伏并网式空调系统能稳定驱动运行。在标准工况下,与常规家用空调系统相比,制冷模式下,光伏并网式空调系统的制冷功率分别减少52 W、78 W和104 W,能效比分别提高4.2%、5.5%和10.2%。制热模式下,光伏并网式空调系统的制热功率分别减少68 W、84 W和116 W,性能系数分别提高6.4%、8%和11%。这表明光伏并网式家用空调系统是可行的,还可以有效节能。     

磁力泵驱动两相冷却复合制冷系统特性分析和实验研究

为降低数据中心制冷系统的能耗,搭建了一种磁力泵驱动的两相冷却复合制冷装置,并对其进行了实验研究。结果表明,室外温度15℃时,泵循环模式的EER随冷凝器迎面风速先增大后减小,当风速为1 m/s时EER获得最大值。在热负荷为7.3 k W条件下,实验获得了两种运行模式的最佳转换温度;最后以哈尔滨和石家庄地区为例,模拟计算出泵驱动模式的全年最佳运行时间比。     

具有预凝功能的新型热源塔运行性能的实验研究

为解决现有开式热源塔冬季运行时塔内溶液吸湿量大而影响系统运行安全的缺陷,本文设计了一种具有预凝功能的新型热源塔结构,分析了新型塔的运行过程,并对比研究了新型塔和普通塔在不同进口溶液温度、空气流量和溶液流量下的运行性能。实验结果表明,新型塔具有更强的换热性能和更低的溶液吸湿性。进口溶液温度由1℃上升到3℃时,新型塔的换热量相比于普通塔增加了0.62~0.24 k W,溶液吸湿量平均减少了0.13 g/s;空气流量由1.41 kg/s升高到2.17 kg/s,新型塔的换热量相比于普通塔增加了0.79~0.84 k W,溶液再生量平均增加了0.1 g/s;溶液流量由0.36 kg/s升高到0.68 kg/s,新型塔的换热量相比于普通塔增加了0.57~0.63 k W,溶液吸湿量平均减少了0.11 g/s。     

高功率储能相变冷却系统实验研究

本文针对间歇工作的高功率电子设备对冷却系统的特殊需求,研制了一种以蒸气压缩制冷循环为基础的复叠式储能相变冷却系统,理论分析了系统的工作原理和工质选择原则,模拟计算了储能器的运行特性,通过实验测量了系统启动和稳定运行时的冷却能力和运行性能。结果表明:机械泵启动时,系统压力先降低后升高,幅值为30 kPa,热源启动时,系统压力先升高后降低并维持稳定,系统的主要压降发生在冷却器中;储液器在热源启动时,能有效储存系统多余的工质,并间接控制冷却器内的相变温度和压力;储能器在系统运行过程中,满足系统换热需求并维持机械泵入口5℃的过冷度,设计合理;系统的冷却能力随运行时间逐渐降低,当平均热负荷超过10 kW时,系统能稳定运行5 min,满足课题的设计要求。     

太阳能-空气复合热源热泵系统仿真分析

为保证复合热源热泵系统在复杂工况下的稳定运行和进一步优化系统各组件之间合理、高效的能量匹配,本文设计并搭建了基于微热管阵列的太阳能-空气复合热源热泵系统,采用集中参数法建立系统数学模型,分别从系统的发电效率、集热效率、制热功率和性能系数(COP)4个方面基于实验数据进行模型验证与分析,利用控制变量法研究了太阳辐照度和环境温度等参数对热泵系统在光伏/光热-水&空气源热泵运行模式下系统性能的影响,并对其运行特性进行综合评价。结果表明：所建数学模型具有较好的准确性,模拟值与实验值的相对误差均在±15%之间。光伏/光热-水&空气源热泵系统运行模式下发电效率和集热效率均值分别为13.91%和41.14%,COP均值为2.29。此外,当辐照度和环境温度分别以500 W/m²和15℃为单一变量时,系统COP分别提升21.0%和29.8%。     

蒸发冷却空调对光伏板降温的实验研究

光伏发电量受室外太阳辐射强度、温度、灰尘等多种因素影响。通过蒸发式冷气机产生的冷风对光伏板表面进行降温实验研究。通过实验得出,在时间段12:00-14:50,有蒸发式冷气机降温时,光伏板温度维持在28.4℃,此时500W光伏发电量提高约0.1k Wh;该日总发电量为1.9k Wh。若该降温装置应用于大型光伏电站的光伏板降温则前景广阔,最后结合实验并提出了一些建议性措施。     

面向可热插拔式通讯机柜的两相自然循环系统的能力研究

对为解决高集成、高功率的通讯机柜的散热要求,设计了一种利用R22为工质,基于相变和自然循环散热技术,面向可热插拔通讯机柜的散热方案,并按照实际通讯机柜尺寸搭建了一套实验系统。通过模拟实际通讯模块的运行环境,进行了实验,结果表明:系统在没有额外驱动、冷却水温度在低于28℃的情况下,具备了3000W以上的散热能力,并能满足模拟电子设备的模块侧温度不超过65℃的要求。此外,非平衡热载荷的测试结果表明,非平衡载荷的启动、变化等情况不影响系统的稳定运行,说明该系统可以满足通讯模块载荷发生变化和热插拔等实际应用的需求。     

复合型光伏光热一体化（PVT）热泵系统热电性能研究

因地制宜推广太阳能、空气热能等可再生能源分布式多能互补应用的新型供热模式,对建筑节能减排具有重要意义。提出一种复合型太阳能光伏光热（PVT）热泵系统,将PVT蒸发器与风冷式蒸发器有机结合,利用热泵对非连续的太阳能进行补偿,同时利用太阳能提高热泵蒸发温度,改善系统热力性能。对该PVT热泵冬季热电性能进行实验测试,并利用EES热力学软件分析不同参数对系统性能的影响。结果表明,在制冷剂流量为0.015kg/s,太阳辐射照度、室外空气温度和冷凝温度分别在100～500W/m2、-5～15℃和55～65℃之间变化时,该热泵相比于风冷式热泵可提高蒸发温度-2.7～7.1℃,同时光伏板发电量26.5～183.6W,可节约系统耗电量-26.7～288.6W,热泵系统性能系数（COP）提高-0.6%～38.8%,太阳辐射较强时热电联产效果显著。     

6kA高温超导电流引线研制

6 k A电流引线的运行电流为6 k A,最大电流为8 k A,其换热器段采用液氮冷却设计,运行温区为77 K—室温,高温超导段为传导冷却,运行温区为5—77 K。介绍6 k A电流引线的结构设计、性能分析,以及相关低温实验。实验结果表明,6 k A电流引线的零电流下液氮需求低于0.46 g/s,5 K冷端漏热小于2.5 W,过流能力8 k A。     

压电泵在CPU芯片液体冷却系统中的应用研究

计算机CPU芯片集成度和运算速度不断提高,芯片冷却问题成为该领域的重要研究课题.针对目前的技术水平,液体循环冷却作为成熟的、具有竞争力的实用技术之一,利用具有自吸性能的微小型多腔体串联压电泵构造CPU芯片液体冷却系统可减小系统体积、提高散热性能,符合计算机的发展方向;所用压电泵输出流量可达到1260mL/min,输出压力大于15kPa,自吸十牛能为5KPa,系统冷却测试结果表明:在环境温度25℃、发热功率120W时,该系统冷却平衡温度比风冷散热器低10℃,比热管冷却系统低6℃.     

变频器在中央空调控制系统中的应用

中央空调变频控制系统是通过安装在冷却水系统回水主管上的温度传感器来检测冷却水的回水温度,并可直接通过设定变频器参数使系统温度调控在需要的范围内。变频器控制系统可增加首次起动全速运行功能,通过设定变频器参数可使冷却水系统充分交换一段时间,然后再根据冷却回水温度对频率进行无级调速,并且变频器输出频率是通过检测回水温度信号及温度设定值经PID运算而得出的。     

单级压缩PVT热泵系统夏季制冷特性实验研究

PVT热泵系统是太阳能热泵与光伏光热(PVT)综合利用技术的结合,具有在同一套系统上分时输出热能、电能和冷量的热电冷三联供的特点,可以满足建筑多样化、分布式的能源需求。本文以单级压缩PVT热泵系统的夏季制冷性能为研究重点,对以PVT组件直接作为热泵系统冷凝器与外界环境进行辐射冷却换热和对流换热的制冷运行模式进行实验研究,论述了系统组成及工作原理、系统数学模型、性能评价方法,并分析了实验系统在不同气象条件下的制冷性能,对系统数学模型理论解进行实验验证。研究结果表明：单级压缩PVT热泵系统在夏季多种气象条件下均可实现制冷模式运行,且制冷性能良好、系统配置简单、长期稳定运行。在夏季夜间晴朗气象条件下,系统平均制冷COP_c为2.8(制冷冻水)和2.3(制冰);在夏季日间阴天工况,系统平均制冷COP_c为2.37(制冷冻水),系统在夜间的制冷性能比日间约高20%。     

聚变堆偏滤器拓扑优化设计与稳态热分析

为了提高聚变堆偏滤器的冷却能力，以满足其高温服役性能需求，基于一体化增材制造技术，以换热量最大为设计目标，采用变密度法对偏滤器中的W/Cu模块进行拓扑优化设计和模型重构，并采用大型商用仿真软件对拓扑优化后的W/Cu模块进行有限元数值模拟及温度场、应力场计算。结果表明，在10 MW/m2稳态热流密度条件下，拓扑优化后W/Cu模块的最高温度降低了108.5℃，仅为512.3℃；W/Cu模块界面处的最大热应力下降了264.2 MPa，仅为486.5 MPa，说明应力分布得到明显改善；W/Cu模块的总变形和弹性应变均大幅减小。该拓扑优化结构的应用可大大提升聚变堆偏滤器实现低成本、高效率、高可靠性的一体化增材制造的可行性。     

直膨式太阳能PVT热泵系统性能仿真及全年运行性能分析

本文对基于直膨式PVT(光伏光热)组件的太阳能热泵系统进行了数学模型的构建及性能仿真,分析了系统在上海地区的全年运行性能。通过直膨式集热/蒸发器将热泵系统与光伏组件相耦合,吸收光伏组件在工作时产生的废热,在降低光伏组件工作温度、提升组件发电效率的同时,提升了热泵循环的蒸发温度,从而改善了热泵系统的运行性能。基于能量平衡与集热/蒸发器换热特性建立了仿真模型,并与实验结果进行对比,最大误差为6.2%。在上海地区的气温、辐照条件下对系统运行进行了逐日的模拟。模拟结果表明：当冷凝温度为55℃时,系统COP在2.67～9.06之间波动,全年平均COP可达5.47;系统全年平均蒸发温度为18.34℃,平均得热效率为100.06%;PVT组件的全年平均工作温度比光伏组件下降20.21℃,可带来11.80%的全年发电增益。     

蒸发冷却式热管与蒸气压缩复合数据中心空调系统性能实验研究

为解决传统数据中心空调系统能耗高和冷却效率低等问题,本文提出了带有蒸发式冷凝器的制冷剂泵驱动热管与蒸气压缩复合数据中心空调系统,实验分析了不同室外温度与冷凝器风速下系统的运行性能.结果表明:在热管模式下,当室外温度低于0℃时,降低冷凝器风速能够提升系统COP;当室外温度高于0℃时,增大室外机风速能够提高系统节能性.降低...     

集成相变储热材料的光伏/热复合系统性能分析

将相变材料(phase change material,PCM)与光伏/热(photovoltaic/thermal,PV/T)模块集成,可通过提高冷却能力改善光伏面板的发电效率,同时利用PCM存储热能并合理利用。在2种集成相变储热材料的PV/T模块设计基础上,采用数值模拟方法进行性能分析,并与传统PV/T装置进行比较。从能量和(火用)2方面对集成系统的整体性能进行分析,并研究冷却工质流量的影响。结果表明,将相变储热材料与PV/T模块集成可显著提高系统的整体性能。其中集成2种相变储热材料的PV/T系统的日总能量效率和总(火用)效率最高,分别为67.65%和12.86%,每日可提供的能量最高可达3 603.2 W·h/m²。随着冷却工质体积流量的增加,总能量效率略有提高,但总(火用)效率显著下降。     

分体式双床连续型吸附制冷系统的设计开发

本文设计开发了一种吸附式制冷系统,采用分体式双床结构,以85~100℃的低品位热水作为驱动热源,通过两个吸附床对制冷剂-水的交替吸附和解吸,实现连续制冷。吸附床采用翅片管式换热器,翅片表面涂覆了新型研制的13X分子筛-氯化钙复合吸附剂,涂覆厚度仅0.15 mm,加速了吸附/解吸速率以及传热速率。蒸发器采用盘管和水盘结构,且从上而下呈阶梯状间隔分布,保证蒸发时换热管表面均进行高效的沸腾换热。冷凝器的设计上增加了不凝气体排放装置,可在系统运行的过程中随时抽取不凝性气体,维持了冷凝器的高换热效率。还从强度、密封性以及装配结构紧凑性等方面对各个换热器箱体结构进行了优化设计。此外,所述吸附制冷系统循环中引入了回质和回热过程。基于此循环模式,对系统性能进行了测试可知:以85℃的热水作为解吸热源时,系统制冷功率为7.7 k W,性能系数COP为0.467,SCP为380 W/kg,平均耗电量1.23 k W。