基于肋片式集热板的直膨式太阳能热泵

将一种新型肋片式集热器/蒸发器应用于直膨式太阳能热泵热水器,对其进行实验研究,并提出一系列优化方案。由于集热器表面温度通常低于环境温度,集热器除了从太阳辐射中吸收热能,还能从空气中吸收部分热能,集热效率较高。相同外形尺寸条件下,新型集热器较吹胀板集热器有更大的换热面积。实验结果表明,在天气晴朗的秋季,将150L水从20℃左右加热至50℃,热泵的平均供热性能系数（COP）能达到5.37,即使在环境温度为18.6℃的小雨天气,系统平均COP依旧能够达到3.43。对实验样机建立仿真模型,并针对新型集热器提出一系列优化方案,计算机模拟结果表明,经过优化,在晴朗天气将150L水从20℃加热至50℃,系统的平均COP可达到6。     

太阳能-空气双热源热泵系统性能实验

将平板微热管光伏光热组件改造为新型光伏光热蒸发器,研发新型太阳能-空气双热源热泵系统,对太阳能供热模式和双热源供热模式下系统的运行性能进行研究。研究表明：受太阳辐射和环境温度影响,双热源供热模式下环境空气的作用会在放热和吸热之间转换,环境温度与背板温度的温差在-3.1~3.5℃之间波动;双热源供热模式适合在低辐照条件下运行,其热效率、综合性能效率和COP分别达56.7%、81.7%和2.38,比太阳能供热模式提升20.3%、25.0%和6.7%;在高辐射条件下,双热源供热模式会造成系统散热加快,但是对系统发电性能有提升作用。根据上述特性,当背板温度小于环境温度时启动双热源供热模式,反之启动太阳能供热模式,可以进一步提升系统的运行效果。     

基于肋片式集热板的直膨式太阳能热泵

将一种新型肋片式集热器/蒸发器应用于直膨式太阳能热泵热水器,对其进行实验研究,并提出一系列优化方案。由于集热器表面温度通常低于环境温度,集热器除了从太阳辐射中吸收热能,还能从空气中吸收部分热能,集热效率较高。相同外形尺寸条件下,新型集热器较吹胀板集热器有更大的换热面积。实验结果表明,在天气晴朗的秋季,将150L水从20℃左右加热至50℃,热泵的平均供热性能系数(COP)能达到5.37,即使在环境温度为18.6℃的小雨天气,系统平均COP依旧能够达到3.43。对实验样机建立仿真模型,并针对新型集热器提出一系列优化方案,计算机模拟结果表明,经过优化,在晴朗天气将150L水从20℃加热至50℃,系统的平均COP可达到6。     

太阳能-空气源耦合热泵系统性能研究

为提高太阳能耦合热泵性能,对冷凝器和集热器进行优化,设计太阳能-空气源耦合热泵系统。通过仿真模拟和实验测试,对供热源的热量进行了定性分析,并对比分析耦合热泵与传统空气源热泵的系统性能。结果表明,在供暖期,耦合热泵系统能高效运行,水箱加热温度设定在45—50℃,缩短加热时间,提高了系统性能。与传统空气源热泵相比,耦合热泵性能系数COP提高了约13.8%,耗功降低了约8.7%。集热器侧供热量/空气源热泵侧的热量比例为0.65/0.35时,耦合热泵系统性能最优,其中模拟COP为4.53,实测COP为4.46。对比模拟和实测结果,模拟和测试COP的最大误差为9.8%,两者耗功最大误差为15.3%。     

新型空气-水双热源复合热泵系统性能和除霜实验

针对低温环境条件下热泵逆循环除霜存在的诸多问题,提出了一套具备预热除霜功能的新型空气-水双热源复合热泵系统（new air-water double source composite heat pump system,AWDSHPS-N）,通过阀门切换和低温水源侧水泵的启停控制可直接进入除霜模式,除霜过程中可保证制热的连续性,每次除霜时长不超过5 min。利用恒温恒湿环境仓模拟室外环境条件,可调控水温的低温水箱模拟太阳能等低温热源搭建AWDSHPS-N实验台,对不同测试工况下,单空气源制热模式（air source heating mode,ASHM）、单水源制热模式（water source heating mode,WSHM）、空气-水双热源制热模式（air-water source heating mode,AWSHM）3种制热模式将水从18℃加热至51℃的系统性能系数（coefficient of performance,COP）进行了实验,结果表明：AWSHM的COP比ASHM提高了6.1%~20.5%;当环境温度和低温水源温度均高于15℃时,系统COP高低顺序为AWSHM、ASHM和WSHM。     

太阳能-空气复合热源热泵热水系统

针对光伏发电效率较低和空气源热泵在寒冷地区应用中存在的问题,研发了一种新型复合蒸发器,将平板微热管阵列太阳能光伏光热（PV/T）集热器与空气源热泵相结合,组成新型太阳能-空气复合热源热泵热水系统。并对该热水系统在不同运行工况下的水箱水温、吸排气压力、压缩机功率和性能等进行了实验研究。实验结果表明,在环境温度分别为5、10和15℃的条件下,热泵加热73 L水,水温从15℃加热到50℃时,双热源运行工况的加热时间比单空气热源运行工况依次缩短了5.14%、10.29%和11.38%, COP依次提高了5.99%、9.28%和11.96%。     

复合热源热泵热水器变工况运行特性分析

为了对复合热源热泵热水器进行变工况运行特性分析,采用变频压缩机与电子膨胀阀,搭建了直膨式太阳能-空气复合热源热泵热水器实验装置,建立了系统数学模型,并在相同工况下进行模拟计算和实验验证,比较发现,模拟结果与实验结果吻合良好。利用验证过的数学模型进一步分析了环境温度、太阳辐射强度和压缩机频率对系统性能的影响,并制定了压缩机变频控制策略,给出了不同工况下的推荐频率和加热时长,可以为用户提供变工况运行控制指导。利用南京地区典型年气象参数,对系统在不同模式下的全年逐月运行特性进行了模拟计算并作对比分析。结果表明,相比定容量模式,系统在变容量模式下的性能系数(COP)全年平均增长49.27%,耗电量全年平均下降29.73%,节能效果显著。     

太阳能-空气复合热源热泵热水系统

针对光伏发电效率较低和空气源热泵在寒冷地区应用中存在的问题,研发了一种新型复合蒸发器,将平板微热管阵列太阳能光伏光热(PV/T)集热器与空气源热泵相结合,组成新型太阳能-空气复合热源热泵热水系统。并对该热水系统在不同运行工况下的水箱水温、吸排气压力、压缩机功率和性能等进行了实验研究。实验结果表明,在环境温度分别为5、10和15℃的条件下,热泵加热73 L水,水温从15℃加热到50℃时,双热源运行工况的加热时间比单空气热源运行工况依次缩短了5.14%、10.29%和11.38%,COP依次提高了5.99%、9.28%和11.96%。     

新型空气-水双热源复合热泵系统除霜特性及能耗

基于新型空气-水双热源复合热泵系统（AWDSHPS-N）,实验研究了AWDSHPS-N采用冷凝器出口制冷剂再冷却除霜（D-I）、低温热水除霜（D-Ⅱ）、低温热水+冷凝器出口制冷剂再冷却除霜（D-Ⅲ）3种除霜模式进行除霜时对系统整体性能系数（COP）的影响,除霜期间系统运行特性及除霜所消耗的能量,并与逆循环除霜模式进行了对比分析。测试工况下的实验结果表明,除霜模式D-I和D-Ⅲ仅使系统整体COP较结霜运行期间的COP分别降低了0.42%和3.93%;D-Ⅱ除霜期间系统的制热功率和COP分别较结霜运行期间提高了27.4%和17.8%。D-I、D-Ⅱ和D-Ⅲ完成一次除霜能耗仅分别为逆循环除霜能耗的3.11%、34.78%和28.26%;采用此3种除霜模式时系统整体COP较采用逆循环除霜时分别提高了26.06%、29.79%和17.02%。     

太阳能空气源复合热泵系统的理论与实验分析

构建了一种多功能直膨式太阳能与空气源复合的热泵空调热水系统,并对其性能进行了理论分析与实验对比,系统利用太阳能提高了集热板的蒸发温度,因此相对于普通的空气源热泵,系统的性能得到了提升。在冬季及春季,对系统样机的性能进行了测试。在春季,太阳辐射强度为856 W·m-2时,系统制生活热水平均COP为5.78;在冬季晴天测试系统供暖性能,COP变化趋势与太阳辐射强度相同,集热效率则与之相反,COP与集热效率均值分别为5.8和0.64。通过对比分析,探究了系统主要参数的相互关系。     

Performance experiment on solar energy and air dual-heat-source heat pump system

The flat micro heat pipe array photovoltaic-thermal module was retrofitted into a photovoltaic-thermal evaporator, and then a novel solar energy and air dual-heat-source heat pump system was developed. The operation performance of the system operating in the solar energy mode (S) as well as the solar energy and air dual-heat-source mode (SA) was studied in detail. Studies have shown that: affected by solar radiation and ambient temperature, the role of ambient air in the dual heat source heating mode will switch between heat release and heat absorption, and the temperature difference between ambient temperature and backplane temperature fluctuates between -3.1—3.5℃; the SA mode was suitable for low solar radiation condition, and its thermal efficiency, comprehensive performance efficiency and COP were 56.7%, 81.7% and 2.38 respectively, which were 20.3%, 25.0% and 6.7% higher than that of the S mode; under the high solar radiation condition, the SA mode would accelerate the heat dissipation of the system, but it could improve the electrical performance of the system. According to the above characteristics, it would get the better operation performance operating in SA mode when the backplane temperature was lower than the ambient temperature as well as operating in S mode when the backplane temperature was higher than the ambient temperature.     

太阳能空气源复合热泵系统的理论与实验分析

构建了一种多功能直膨式太阳能与空气源复合的热泵空调热水系统,并对其性能进行了理论分析与实验对比,系统利用太阳能提高了集热板的蒸发温度,因此相对于普通的空气源热泵,系统的性能得到了提升。在冬季及春季,对系统样机的性能进行了测试。在春季,太阳辐射强度为856 W·m^-2时,系统制生活热水平均COP为5.78;在冬季晴天测试系统供暖性能,COP变化趋势与太阳辐射强度相同,集热效率则与之相反,COP与集热效率均值分别为5.8和0.64。通过对比分析,探究了系统主要参数的相互关系。     

太阳能与空气复合源热泵热水系统多模式运行实验特性

提出并构建了一种直接膨胀式太阳能与空气复合源热泵热水系统。在南京夏季的晴天、阴天及冬季晴天工况下分别对实验样机的运行特性进行研究。实验结果表明:该系统在不同天气下以不同热源模式高效地将热水加热到55℃。在夏季晴天太阳辐射波动较大时,系统的集热/蒸发器可以同时吸收太阳辐射能和空气热量,以太阳能为主,空气源为辅,平均能效比为4.83;在夏季阴天,系统以空气源热泵模式稳定运行,平均能效比为3.97;在冬季晴天,系统以太阳能热泵模式运行,太阳能的输入提高了热泵蒸发温度,从而缓解了蒸发器结霜问题。     

新型太阳能/空气能直膨式热泵与空气源热泵供热性能对比

针对传统空气源热泵制热时极易出现室外机结霜的现象,提出了可同时吸收太阳能和空气能的新型太阳能/空气能直膨式热泵机组,把太阳能集热器和热泵蒸发器合二为一,使室外机结霜得到有效缓解。为了验证新型太阳能/空气能直膨式热泵机组性能优劣,分别搭建新型太阳能/空气能直膨式热泵系统和空气源热泵系统,在2月26日—3月2日期间,对邯郸某一农村建筑的地板辐射采暖用户进行5天实际测试,对比分析了两种系统的制热性能、耗电量和COP变化情况。通过测试发现室外平均温度为10℃,太阳辐射达到峰值571.5 W·m^-2时太阳能/空气能直膨式热泵的制热量较空气源热泵提高大约70%,全天总制热量较空气源热泵提高大约12%。0～8℃的低温状态时,COP值仍可达到3.46,基本满足建筑采暖需求。并在此基础上对太阳能-空气能直膨式热泵提出进一步的优化措施,逐步推广其在寒冷地区的实际应用。     

太阳能-热泵复合供能系统

为最大限度利用可再生能源,将太阳能PV/T集热器与热泵相结合组成太阳能-热泵复合供能系统,通过不同阀门之间的相互切换,可实现多种运行模式以满足人们对生活热水、采暖或制冷的需求。实验主要针对单空气源热泵制热、PV/T与水源热泵联合制热及PV/T与双热源热泵联合制热3种运行工况进行研究,分别从室内温度、制热量、热泵COP、集热效率、发电效率等方面对系统进行实验研究与理论分析,实验结果表明,3种运行工况下热泵COP分别为2.26、3.4和2.61,平均室内温度分别为15.3、18.8和16.5℃,基本能满足冬季采暖负荷要求。系统可充分利用太阳能与热泵各自的优势,实现能源节约,为太阳能和热泵在建筑中联合运行模式提供部分参考价值。     

相变蓄能-热泵多能互补供能系统冬季性能分析

研发了一种新型相变蓄能-热泵多能互补供能系统,该系统冬季可利用水结冰过程释放的潜热作为水源热泵的低温热源,再通过空气能融冰将热量储存于蓄能水箱中,可使系统保持较高的运行性能,同时解决了传统空气源热泵结霜问题。本实验对相变取能供暖、融冰蓄能及空气能直接供暖3种冬季运行模式进行实际测试及理论分析。结果表明,相变取能供暖模式下,平均机组性能系数（COP）达2.80,系统COP达2.10;融冰蓄能模式下,蓄能水箱循环载冷剂进出口温差维持在2℃左右,融冰时长为7h;空气能供暖模式下,平均机组COP达2.73,系统COP达1.93。系统性能在3种运行模式下较为稳定,性能较好。同时对系统节能量、CO₂减排量及经济性进行了分析。该综合供能系统节能减排效果较为显著,为寒冷地区的农村建筑采暖、"京津冀"煤改电政策的实际推广,提供了新的技术方案。