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。     

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%。     

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%。     

基于热源塔的热泵系统构建与试验

为解决水冷冷水机组冬季闲置和空气源热泵冬季制热存在的结霜问题,构建了一种基于热源塔的热泵系统。详细分析了热源塔热泵系统的构成和工作过程,依据所建立的热源塔热泵试验装置进行了不同热源塔溶液进出口温差的制热试验。结果表明:热泵制热量和COP都随着热源塔溶液进出口温差的增大而减小,而压缩机的耗功变化较小,空气与蒸发温度间的温差随之增大而增加;当环境温度为-1.2℃,热源塔溶液进出口温差从1.5℃增大到3℃时,热泵制热COP由3.02降为2.72,空气与蒸发温度的温差由7.64℃增大至11.96℃。整个实验过程中系统运行稳定可靠,避免了空气源热泵的结霜问题,表明热源塔热泵是一种非常具有前景的冷热源方案。     

采用R410A单一工质的复叠式空气源热泵

针对空气源热泵在寒冷地区应用中存在的诸多问题,结合复叠式循环与压缩机直流调速技术,提出一种采用R410A单一工质的复叠式空气源热泵(SC-ASHP)系统,既可以按照传统单级压缩制热（SHC）模式运行,又可按复叠式制热（CHC）模式运行。不同工况下,对SC-ASHP系统在两种不同制热模式运行时的压缩比、排气温度、制热量与性能系数（COP）进行了模拟计算与实验研究,结果表明：低温环境下,CHC模式压缩比和排气温度远低于SHC模式;在冷凝温度46℃,蒸发温度-35℃工况下,CHC模式COP高于1.8,压缩机排气温度低于120℃,高低温压缩机压缩比均不超过5.0,系统可以稳定可靠运行;此外,CHC模式下提高低温压缩机转速可以持续提高系统制热量,满足低温环境下的供暖需求;新系统扩大了空气源热泵系统的应用范围。     

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。     

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。     

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。     

基于余热回收的电动客车喷射补气热泵的制热性能

根据电动汽车热泵在低温下的制热需求并延长车辆行驶里程,开发了车外换热器支路和余热换热器支路并联的余热回收系统并进行了制热性能试验研究。试验结果显示,对于并联余热回收支路的喷射补气式热泵系统,补气支路压力和补气流量均随着余热量的增加而有明显的提升,而吸气主路流量受余热换热器出口过热度的影响。车外换热器支路和余热换热器支路的流量比也呈线性关系,流量比斜率与余热换热器出口相态有关。并联余热回收喷射补气热泵系统的制热性能随余热量的变化受压缩机吸气量和补气量这两个因素的共同影响。在7℃相对较高的环境工况下,余热量的增加有利于制热量的提升但COP没有优势;在-20℃较低的环境工况下,余热量的增加使得补气流量增长较大,但吸气流量衰减严重,对系统的制热性能提升不明显;在-10～0℃的环境工况下,制热量和COP都随余热量的增加而提升较大,-10℃时,1.8 kW余热量条件下的制热量比0.9 kW余热量条件下的制热量增加了11.6%,COP提升9.18%。     

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%。     

一种过冷器耦合的准二级压缩热泵系统特性分析及优化

提出了一种过冷器耦合的准二级压缩空气源热泵系统,该系统由两个三套管换热器将两个带过冷器的准二级压缩热泵系统耦合成一个系统,其除霜方式为基于热气旁通除霜的系统耦合除霜,解决了热气旁通除霜时室外换热器产生液态制冷剂的蒸发问题,提高了空气源热泵在低温高湿环境下运行的性能;对新系统正常制热工况进行仿真优化,找出低温工况的最佳中间温度及相应补气系数;对最佳中间温度进行关于冷凝温度和蒸发温度二元线性拟合并得到经验拟合公式。     

基于准二级压缩空气源热泵热水器的热力性能实验研究

对带中间经济器的准二级压缩低温空气源热泵热水器(HPWT)在不同外界环境温度下的换热性能和制热效果进行实验研究。研究了不同外界环境温度对HPWT的排气温度、回气温度、制热量、消耗功率及制热性能系数(COP)等主要参数的影响。研究表明:随着外界环境温度的降低,HPWT的制热量、能效比依次逐渐降低,在20℃到-15℃的外界环境温度,其制热量下降了64%,COP值下降了54%;加热400 L的冷水到55℃,所需时间差高达3倍之多。在外界环境温度为-15℃时,HPWT的COP值为1.80,较之直接用电制备生活热水,节能效果显著。实验研究对热泵热水器的实际应用具有一定的参考价值。     

复合热源太阳能热泵热水系统性能模拟

提出了一种复合热源太阳能热泵热水系统,通过阀门切换,可以根据不同的天气状况改变运行模式,以空气和太阳辐射作为热源制取生活用水。针对设计的150 L热水系统建立了数学模型,对不同运行模式下的性能进行了计算机模拟分析,分析了太阳辐射强度及环境温度对系统性能的影响,并计算了系统的全年运行状况。从模拟结果可以看出,热泵串联集热器模式（HP+SC）比集热器串联热泵模式（SC+HP）耗时稍长,但COP更高,各月总热效率前者略高于后者。COP及总热效率均随太阳辐射强度及环境温度的升高而升高。在4～10月的晴朗天气下,应尽量优先采用集热器模式（SC）,仅在完全没有太阳辐射时才使用热泵模式（HP）。     

新型直升机热泵空调系统驾驶舱热控性能

直升机飞行过程往往需要面临低温环境,为了保障人员和设备的正常工作,需要对驾驶舱进行加热,但发动机引气产生代偿损失。因此,提出了一种新型直升机热泵空调加热系统,该系统以经过滑油-冲压空气换热器加热的冲压空气为热源,采用热泵循环的方式对座舱进行供热,对滑油废热进行了回收利用。在所提出的热泵空调系统方案的基础上,建立了该系统仿真模型,对地面低温环境条件直升机全飞行任务阶段的驾驶舱温度瞬态响应以及热泵系统工作性能进行了动态仿真研究。结果表明,该新型热泵空调系统能够满足直升机低温环境下的供热需求,且在工作温度范围内其制热能力和制热效率均明显更高,系统低温工作性能得到提高,直升机的低温环境适应能力得到显著提升。     

喷气增焓空气源热泵热性能评价及预测

喷气增焓空气源热泵系统可显著提高系统低温性能,应用在寒冷地区时冬季环境温度普遍在-5℃以下,而且全年温度波动范围非常大,仅以名义工况(干球温度为7℃)评价系统性能,难以准确有效反映系统真实节能效果.为此在兰州地区建立了喷气增焓空气源热泵实验系统,实测不同环境温湿度条件下系统性能,结果表明系统COP在喷气电磁阀关闭时基本呈线性变化关系,瞬时COP可达6.5,在喷气电磁阀开启时COP衰减更为缓慢,瞬时COP在2.0左右;据此分段拟合出热泵COP的经验关联式,确定其适用范围,并进行实验验证,与本实验系统相比其平均相对误差在3%以内.     

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%。     

热泵蒸汽系统准两级压缩联合过冷器循环的性能分析及优化

为了克服高压比的运行工况对能效系数(COP)、排气温度等热泵系统循环、安全性能的影响,将准两级压缩联合过冷器的循环方式引入经典的热泵蒸汽系统,在低温热源水输入温度固定为65℃、冷凝温度变化区间为115~135℃的工况下,以R245fa为工质,对经典系统及改进系统进行理论循环性能对比,并以取得更高COP为目标对改进系统的补气参数(补气率B)和过冷器参数(热源水过冷率A)进行优化。结果表明:在所考察的冷凝温度区间内,采用准两级压缩联合过冷器的循环方式下的改进系统取得了更好的循环与安全性能,当B和A的典型值分别取为0.4和0.2时,改进系统COP较经典系统平均提高了13.5%,排气温度与压缩比平均降低了1.72℃与19.2%,采用优化过的补气率和过冷率参数后,改进系统的COP可平均提高32.36%。     

空气源燃气热泵系统多制热运行模式下余热回收特性

燃气热泵(GHP)是一种高效的天然气分布式能源系统，可通过回收发动机余热而显著改善空气源热泵在冬季低温制热量大幅度衰减的不足。本文在自行设计并搭建的使用R410A制冷剂开启式涡旋式压缩机的GHP实验平台上，针对额定制热和超低温制热两种环境温度T_amb(7℃和-15℃)，研究了不同制热运行方式(mode-1～mode-4)对GHP系统制热性能参数的影响。结果表明，相比不进行余热回收的制热模式(mode-1)，进行余热回收的制热模式(mode-2～mode-4)可明显提升系统的制热性能，mode-4是一种更优的制热运行模式。在mode-4下，当环境温度为7℃与-15℃时，一次能源利用率分别为1.552和0.983，回收的余热量占总余热量的百分比(R_rec,res)分别为64.15%和50.63%，回收的余热量占总制热量的百分比(R_rec,h)分别为28.97%和36.58%，系统的余热回收效果优良。相比于额定制热下的R_rec,res与R_rec,h，超低温制热下回收的余热量占发动机总...     

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%。