无霜空气源热泵系统冬季运行性能实验

为了解决传统空气源热泵系统冬季运行室外换热器结霜温度,提出了一种溶液除湿型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统在冬季可以无霜高效运行的同时夏季性能也有所提高。通过搭建该系统实验平台,研究了室外空气干球温度、湿度、供热水温度、供热水流量、溶液流量、溶液质量分数、室外空气流量等对冬季工况系统供热性能的影响,还研究了溶液流量、溶液温度、室外空气流量等对冬季工况系统再生性能的影响,得出了室外空气湿度、溶液质量分数对系统的供热性能影响较小,随着室外空气干球温度、供热水流量、溶液流量、室外空气流量等参数的升高和供热水温度的减小,系统供热性能逐渐增大最高可达3.11,而随着溶液流量、空气流量等参数的升高和溶液温度的减小,系统再生性能逐渐增大最高可达4.03,系统供热综合COP在实验工况相较逆循环除霜系统有所提升,实验验证了该系统适用于低温高湿地区。     

无霜空气源热泵系统夏季运行性能初步实验

通过对比现有的空气源热泵空调系统的优缺点,提出了一种新型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统不仅冬季可以无霜高效运行,夏季性能也有所提升。搭建该系统实验平台,研究了室外空气干球温度、相对湿度、冷冻水、冷却水流量、室外空气流量对夏季工况系统性能的影响。该空气源热泵空调系统在湿度低、冷却水流速大、冷冻水流速大时系统性能有较大提升,COP最大可提升0.23,提高室外空气流量对系统性能影响不大可提升0.06,且在室外空气干球温度35℃相对湿度45%时,系统COP超过了该型压缩机额定COP,充分证明了该系统在夏季工况下能稳定高效运行。     

无霜空气源热泵系统夏季运行性能初步实验

通过对比现有的空气源热泵空调系统的优缺点,提出了一种新型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统不仅冬季可以无霜高效运行,夏季性能也有所提升。搭建该系统实验平台,研究了室外空气干球温度、相对湿度、冷冻水、冷却水流量、室外空气流量对夏季工况系统性能的影响。该空气源热泵空调系统在湿度低、冷却水流速大、冷冻水流速大时系统性能有较大提升,COP最大可提升0.23,提高室外空气流量对系统性能影响不大可提升0.06,且在室外空气干球温度35℃相对湿度45%时,系统COP超过了该型压缩机额定COP,充分证明了该系统在夏季工况下能稳定高效运行。     

无霜空气源热泵系统冬季除湿性能初步实验

通过对比现有的空气源热泵空调系统的优缺点,提出了一种新型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统最大的新颖之处在于热交换塔实现了"一塔三用",不仅冬季可以无霜高效运行与再生,夏季蒸发冷却后性能也有所提升。通过搭建该系统实验平台研究了溶液塔入口空气温湿度、空气流量、溶液入口温度、溶液流量、溶液质量分数对除湿性能及空气出口温度与溶液出口温度的影响,结果表明:出口空气与溶液温度随入口空气温湿度、流量、溶液温度、质量分数的升高,溶液流量的下降而升高;溶液塔的除湿效率主要受风量和溶液流量的影响,而入口空气温湿度、入口溶液温度、溶液质量分数影响很小,溶液塔的除湿量随着室外空气湿度的升高、入口溶液温度的降低、空气流量和溶液流量的升高而升高。     

无霜空气源热泵系统冬季除湿性能初步实验

通过对比现有的空气源热泵空调系统的优缺点，提出了一种新型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统最大的新颖之处在于热交换塔实现了“一塔三用”，不仅冬季可以无霜高效运行与再生，夏季蒸发冷却后性能也有所提升。通过搭建该系统实验平台研究了溶液塔入口空气温湿度、空气流量、溶液入口温度、溶液流量、溶液质量分数对除湿性能及空气出口温度与溶液出口温度的影响，结果表明：出口空气与溶液温度随入口空气温湿度、流量、溶液温度、质量分数的升高,溶液流量的下降而升高；溶液塔的除湿效率主要受风量和溶液流量的影响，而入口空气温湿度、入口溶液温度、溶液质量分数影响很小，溶液塔的除湿量随着室外空气湿度的升高、入口溶液温度的降低、空气流量和溶液流量的升高而升高。     

带有蓄热型直接冷凝式加热板的空气源热泵系统性能研究

针对现有的空气源热泵冬季供热系统,提出了一种使用新型蓄热型直接冷凝式加热板（RHP）的空气源热泵供热系统,并测试了RHP的热性能和系统的运行特性,同时分析了系统的效率和经济性。实验结果表明,在39℃的冷凝温度下,RHP的热容量高达1044 W,RHP的蓄热量大于1000 kJ。在室外空气温度为8℃时,系统COP高达3.7。此外,对于20 m²的居住房间而言,该系统的供暖初始投资成本和总运行成本分别为3174.7 CNY和510.7 CNY,在居住建筑冬季供暖领域具有较大的竞争力。     

太阳能叉流液体除湿空调再生热质传递稳态实验

再生器是太阳能液体除湿系统的核心设备,其效率直接影响整个系统的性能。分析了再生器出口参数由进口参数和效率直接获得的可行性,并建立叉流液体再生系统,采用氯化锂为再生溶液,Celdek填料为热质交换介质,实验测试溶液和空气进出口参数对再生器全热效率和湿度效率的影响规律,并进行线性回归,结果表明：全热效率主要受溶液流量、温度以及空气流量、温度和含湿量的影响;湿度效率和溶液流量、温度、浓度以及空气流量关联性强,与其他变量关系很小;线性回归方程计算结果和实验结果误差基本在20%以内,可通过进口参数预测出口状态。     

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.     

新型规整填料换热器传热的理论与实验研究

提出了一种用于制冷供暖的新型规整填料室外换热器。基于Poppe传热传质数学模型,构建了新型换热器的三维数学模型,并对其进行了实验验证。用水作为热泵系统模拟工质,考察了该换热器在干填料状态下的传热性能,并通过喷淋水辅助的方法提升换热器的换热效果。在华北夏季的真实工况下,考察了包括工作介质温度、空气流量、喷淋水量、空气温度及湿度等一系列因素对实验系统传热性能的影响。实验确定了该新型换热器能在较宽的工质温度范围内保持较稳定的总传热系数,传热速率随喷淋水量及空气流量的增大而增大。综合考虑确定了0.588 L/(m2·s)的最优喷淋密度。不同空气条件下的传热实验结果表明,较低的空气湿度更有利于夏季喷淋水辅助的传热过程。     

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。     

室外换热器迎面风速对空气源热泵结霜特性的影响

对不同迎面风速条件下空气源热泵系统室外换热器表面霜层生长特性进行了实验研究,测量了翅片表面动态霜层厚度、换热器结霜量,显微观察了霜晶生长过程。实验结果表明,迎面风速的降低使得空气源热泵机组室外换热器表面霜层厚度加速增长,结霜周期随迎面风速的下降呈近乎线性地减小,而且相对湿度越低,结霜周期下降的速度越快;因此,减小室外换热器迎面风速将恶化空气源热泵机组结霜/除霜周期中的平均性能。对霜晶形态的显微观察发现,低迎面风速工况下霜层厚度增长速度加快的原因是由于空气源热泵蒸发器壁面温度降低造成的霜晶形态的改变,翅片表面柱状冰晶始终在高度方向快速生长,这种现象与低环境温度工况下翅片表面霜晶生长形态类似。换热器总结霜量随迎面风速的减小而下降,造成霜层平均密度降低。     

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。     

基于全年综合能效评定方法的空气源热泵热水系统性能测试研究

为研究空气源热泵热水系统的实际运行能耗情况,基于空气源热泵热水系统全年综合能效评定方法,对上海地区某酒店客房采用空气源热泵作为热源的生活热水系统的制热量、用电量、能效比(COP)等重要参数进行全年实测和分析。测试结果表明:空气源热泵的全年综合能效比(SEER)为3.92,与名义工况下能效比(COP)4.4相差较大,差值约为10.9%。整个热水系统的SEER除了受到空气源热泵自身性能的影响,还受到系统的选型、控制策略等因素影响。基于全年综合运行工况,对空气源热泵以及整个热水系统的实际能效比进行分析和评价,具有一定的参考和实际应用价值。     

多能互补协同蓄能系统热力学分析与运行优化

提出了一种多能互补协同蓄能建筑供能系统,该系统将空气源热泵、水源热泵、太阳能热电联产组件以及蓄能技术（蓄冷、蓄热）有效结合,实现了可再生能源的高效利用与建筑的经济供能,利用热力学分析方法对该供能系统进行性能分析与运行优化研究。首先,通过能源监控平台收集该供能系统的实际运行数据建立了系统分析模型,并对冬季典型日工况进行了系统性能分析,结果表明系统运行稳定,其夜间蓄能平均COP和效率分别为2和32.24%,均高于常规系统。接着,通过分析系统冬季实际运行数据,总结出了各蓄能工况的运行规律,并制定了系统优化运行策略。最后,对该多能互补系统进行了热经济学评价,本系统单位面积供热费用仅为12.5 CNY/m²,年单位成本为2.16 CNY/kWh,且相较于常规空气源热泵直供系统和燃气热水锅炉供暖系统,本系统的动态回收期分别为3.66年和2.47年,经济效益优势明显,是值得推广的供能系统形式。     

内热型超声雾化溶液再生系统最优内热量的研究

基于质量守恒、能量守恒定律,建立了内热型超声雾化溶液再生系统（IH-UARS）的再生性能预测模型并进行了充分的实验验证,通过研究不同内热量下IH-UARS的再生性能及其变化规律,寻求系统所需的最佳内热量并明确其可能的影响因素。结果表明：IH-UARS系统存在最优的内热量范围,使其再生系统性能最佳;所需最优内热量随着再生溶液流量增大呈显著的对数增长,但受空气流量的影响较弱;在该研究中的标准工况下,IH-UARS所需最优内热量约为275~350 W。此外研究发现：内热量的增长有益于促进初始浓度较高的溶液进一步浓缩再生,如当IH-UARS中内热量增至800 W时,其初始浓度为36%的溶液比24%的溶液浓度增量指标改善幅度高37%。研究所得结果可对提高溶液再生性能及经济性提供积极参考。     

不同工况下除湿溶液再生的模拟与实验

建立了LiCl溶液再生过程的数学模型,通过模拟分析,得到了溶液再生量、溶液温度和溶液浓度随时间的变化规律。以平均再生量为评价指标,对LiCl溶液的再生性能进行了实验研究。分析了热源温度、溶液浓度、溶液初始温度、再生压力和冷水温度5个因素分别对溶液再生性能的影响规律。实验结果表明:溶液浓度和再生压力对溶液再生性能影响显著,冷水温度对溶液再生性能的影响最小。在设定的标准工况下,再生压力为4kPa、溶液中LiCl质量分数从28%增大到34%时,平均再生量由20.45g/(m²·s)减小至7.44g/(m²·s);再生压力从4kPa升高至10kPa时,平均再生量由15.33g/(m²·s)降低至1.92g/(m²·s)。最后,以溶液温度和溶液浓度作为对比目标参数将模拟结果和实验结果进行了对比分析,结果表明,实验值与模拟值符合较好。     

新型光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵性能

以平板热管（微热管阵列）为核心部件,设计了一种新型太阳能光伏/空气集热蒸发器并建立了光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵系统,实现全年供热水、冬季供热、夏季供冷以及全年光伏发电的功能。对北京地区3月至5月天气条件下的热泵系统性能进行不同运行模式（S、SA以及A模式）的实验研究。实验结果表明,在典型工况下S、SA与A模式的多能互补系统COP_s分别为4.8、4.2与3.8,综合效率分别为109.7%、125.9%、32.4%,即在有太阳辐照的条件下,S与SA模式下多能互补系统性能优于A模式。该新型光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵系统性能优良,研究结果为该系统应用提供了基础数据支撑。     

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%。     

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%。     

无填料热源塔吸热效率实验

建立无填料热源塔热泵系统实验平台,研究不同进风位置、喷嘴位置、室外空气干球温度、相对湿度、风量、溶液入口温度下无填料热源塔吸热效率的变化规律。结果表明:进风位置和喷嘴位置对热源塔的吸热效率会产生影响,下喷式无填料热源塔吸热效率高于上喷式无填料热源塔;干球温度与吸热效率无明显相关性,但干球温度升高,热源塔从空气中吸收的总热量增加;相对湿度和风量升高,吸热效率提高;溶液入口温度升高,热源塔的吸热效率明显提高。与其他参数相比,溶液入口温度对热源塔的吸热效率影响最大。