环形相变单元的蓄热装置设计及运行特性

通过对圆柱和圆环相变单元进行蓄放热性能实验,发现环形结构可有效降低蓄放热时间,提高相变材料蓄放热速率。采用环形相变蓄热单元,设计了一种新型相变蓄热装置,搭建了相变蓄热实验系统,对蓄热装置运行特性进行了分析。结果表明:蓄热工况下,增加换热流体流量,提高换热流体温度,可明显提高蓄热速率;放热工况下,增加换热流体流量可加快蓄热装置的热释放速率,但流量过大相变潜热无法及时释放,在冷水补水流量为4 L/min时,可多提供约44 L温度高于40℃的热水。根据实际生活用水,对间隔用水分别为5 min和10 min两种工况进行了放热实验,同样可以满足用水需求。     

空气源热泵机组冬季除霜热量补偿新方法

空气源热泵机组在冬季运行时,由于机组需要不断除霜,将导致机组供热能力不足、室内吹冷风、房间热舒适性下降等问题出现。为此,提出了一种利用相变蓄热技术解决空气源热泵机组冬季除霜问题的新途径。其基本原理是,将笔者研制的填充了DX40相变材料板的新型蓄热装置与空气源热泵机组相连接,当热泵机组在制热工况运行时,热泵机组向空调系统供热的同时也向相变蓄热装置蓄热;当热泵机组转换至除霜工况运行时,相变蓄热装置向空调房间放热,在提高房间热舒适性的同时,缩短热泵机组除霜时间,提高机组工作效率。试验结果表明,该相变蓄热装置应用于空气源热泵机组冬季除霜性能的优良性。     

相变材料太阳能蓄热水箱热特性实验研究

蓄热水箱是太阳能热利用系统中的关键部件之一。为提高太阳能热水系统效率,在蓄热水箱中添加Ba(OH)_2·8H_2O相变材料,在初始水温为80℃、进水温度为5℃的工况下,研究相变材料对蓄热水箱热特性的影响。结果表明:添加相变材料后,蓄热水箱的蓄热量从18.81 MJ提高至19.07 MJ,随着进口体积流量的增大,蓄热水箱混合数先减小后增大,而有效释热率先增大后减小且在3 L/min时达到峰值92.2%。相变材料的加入能够提高蓄热水箱的有效释热率,同时提高水箱的热分层特性,且位置越靠近进口改善效果越好。     

相变蓄热水箱分层特性的实验研究

本文基于三水合醋酸钠,搭建了一套相变蓄热水箱实验系统,在初始水温为80℃、进水温度为5℃的工况下,测试得到了水箱的热力学特性,并采用填充效率分析法以及火用效率分析法,在进水体积流量分别为1、3、5、7、9 L/min时,分析了相变蓄热水箱的热分层特性。结果表明,当水箱温度为80℃时,普通水箱、相变蓄热球PCM48水箱、相变蓄热球PCM58水箱的热能分别为18. 81、19. 34、19. 07 MJ。进口体积流量相同时,相变蓄热球越靠近水箱进口,水箱的热分层效果越好。随着进水体积流量的增大,分层效果下降。不同水箱的理查森数Ri在t^*=0. 5达到最大值,Ri随相变蓄热球位置的降低而减小,PCM48和PCM58在第4层时的Ri分别为7. 569和7. 781,而在第1层时的Ri分别减小为7. 03和7. 145,表明水箱热分层的程度随着相变蓄热球位置的升高而降低。     

空气源热泵除霜用相变蓄热器蓄放热特性影响因素的模拟研究

介绍了空气源热泵蓄能除霜新系统,建立除霜用相变蓄热器的数学模型,以Na2SO4·10H2O为相变材料（PCM）,从蓄热器内换热流体的入口温度、流速、制冷剂入口干度三个方面,模拟分析了影响其蓄放热特性的主要因素,并利用结果对蓄热器参数进行了优化设计。     

一种新型无霜空气源热泵热水器实验研究

针对空气源热泵在低温环境下容易结霜问题,本文提出一种新型无霜空气源热泵热水器,其利用固体干燥剂较强的除湿特性,使室外空气含湿量低于结霜条件来实现无霜运行;其次,利用相变蓄热装置对冷凝余热进行回收,使之作为再生模式下的低温热源,对干燥剂进行再生,以保证系统的持续运行。本文通过实验验证了新型系统的可行性,并与传统除霜系统相比,在环境工况为0℃/80%下,其COP比热气旁通除霜系统和电除霜系统分别高7.25%和46.3%。     

空气源热泵蒸发器并联轮换除霜理论研究

针对大中型空气源热泵系统除霜,提出一种空气源热泵蒸发器并联轮换除霜系统,该系统能够实现除霜时不停止制热。为分析系统的结霜/除霜特性,建立空气源热泵蒸发器并联轮换除霜系统理论模型。通过模拟研究蒸发器并联轮换除霜系统结霜/除霜过程中霜层和系统制热性能随运行时间的变化情况。结果表明,在环境温度-5℃,相对湿度80%时,系统运行60 min时,室外机霜层厚度已影响机组正常运行;在运行40 min时开始运行除霜,除霜周期为15.76 min,获得的最大制热量为7.94 kW,最大制热COP为2.77。     

河北省空气源热泵供暖项目调研与典型案例实测分析

对河北省17个采用空气源热泵供暖的项目进行现场调研,并对典型项目进行实测分析,得到空气源热泵系统运行能耗、运行费用和实际使用效果等情况。所调研公共建筑的耗电量为15.00～44.44 kW·h/(m~2·a),电费为10.00～28.57元/(米~2·年);所调研住宅建筑的耗电量为25.00～39.26 kW·h/(m~2·a),电费为10.00～19.00元/(米~2·年)。着重分析空气源热泵系统在设计阶段和使用过程中存在的问题,目的在于为今后空气源热泵系统的优化设计和规范化施工与运营管理提出建议。对典型项目的测试结果表明:测试期间机组日均COP为4.17,系统日均COP为2.46。     

一种新型太阳能蓄热风道及其在空气源热泵工程中的应用分析

空气源热泵机组在我国得到了越来越广泛的应用,但是其制热运行时随着室外温度的降低运行能效也逐渐降低.提出一种结合相变蓄热材料的新型太阳能蓄热风道,预热送入空气源热泵机组蒸发器侧的空气,仅利用太阳能,不需要消耗不可再生能源便可达到改善机组运行状况,提高空气源热泵机组制热能效的作用.介绍了其具体实施方式和工作原理,并对其在实际工程中的应用做了分析,认为该太阳能蓄热风道可广泛应用于使用空气源热泵制热的空调、生活热水及热风干燥项目中.     

严寒地区空气源热泵供暖运行性能研究

基于TRNSYS软件建立空气源热泵供暖系统仿真模型,模拟空气源热泵供暖运行性能,对比分析不同供水流量、不同月份以及3个典型供暖日下的系统COP。研究结果表明:室内温度及系统COP随室外温度的升高而升高,系统耗电量随室外温度的升高而降低;当室外温度恒定时,室内温度和系统耗电量随供水流量的增大而增大,但系统COP随供水流量的增大而降低;供暖期开始和结束时,空气源热泵运行性能稳定、满足供暖热舒适需求,供暖期室外温度最低时不宜单独使用空气源热泵。研究结果可为空气源热泵供暖系统在包头地区的应用提供指导。     

空气源热泵自然冷源过冷制热性能实验研究

冬季我国北方室外环境蕴含大量天然冷源,热力学分析表明热泵工质过冷释放的热量可以在蒸发器的等温吸热过程中获得补偿。为了研究大气自然冷源对热泵制热性能的影响,增设室外过冷器,搭建利用自然冷源过冷的空气源热泵实验装置。实验结果表明：当室外环境温度大于0 ℃,冷凝温度小于45 ℃的条件下,自然冷源过冷对热泵制热量与制热COP影响均较小,系统制热量维持在6.22 ~ 6.70 kW,制热COP维持在3.03,压缩机排气温度维持在103 ℃以下;当室外环境温度小于 -10 ℃,冷凝温度大于50 ℃时,随过冷度的增加,压缩机功率增加、排气温度显著增高,系统制热量呈先缓慢增加后减小趋势,制热COP降至2.3。基于上述研究提出一种空气源热泵过冷融霜新型除霜方式,融霜同时不停止制热。     

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。     

电动客车用余热回收型热泵的换热器优化及性能实验研究

本文针对热泵空调系统在冬季低温工况下制热能力衰减问题,通过换热器设计优化,研发出基于喷射补气的余热回收型热泵空调系统,并进行了性能实验研究.结果表明:研制的准二级压缩电动客车热泵空调系统在低温条件下具有较好的制热性能.在环境温度为-20℃,车内温度为20℃,余热量为1.8 kW的制热工况下,相比于无余热回收工况,系统制...     

DCCHP排烟余热耦合空气源热泵系统性能分析

内燃机冷热电联供系统作为一种高效的能源利用方式,排烟余热回收后的排放温度在100℃左右,仍有部分低温余热没有充分利用,提出一种分布式冷热电三联供（distributed combined cooling heating and power,DCCHP）动力排烟低温余热耦合空气源热泵系统,实现了排烟余热的深度回收。以10 kW内燃机冷热电联供为基础,研究了该系统可回收余热量、热泵循环性能系数（coefficient of performance,COP）以及对一次能源利用率的影响。结果表明：在设计工况下,DCCHP系统排烟余热1.22 kW,热泵系统回收余热量可达1.07 kW,排烟余热回收率达到87.7%;热泵COP高达4.66,提高39.5%;系统一次能源利用率提高3.9%;同时解决了寒冷地区冬季热泵机组蒸发器结霜、低温环境下运行性能差的问题。此研究为冷热电联供系统与热泵机组的联合高效应用提供了重要的参考。     

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)。     

新型电动汽车热泵系统除湿再热性能实验研究

本文设计了一种具备两种除湿再热模式的电动汽车热泵系统,在不同实验工况下研究了两种除湿再热模式的除湿性能与再热性能。结果表明:热泵系统的功耗低于2.0 kW,COP大于2.0;除湿再热模式A的除湿率为0.41～0.83 kg/h,制热量为1.7～3.0 kW;除湿再热模式B的除湿率为0.25～0.55 kg/h,制热量为2.0～3.4 kW。因此除湿再热模式A具备良好的除湿性能,除湿模式B具备良好的再热性能;根据两种除湿再热模式的特点,提出了一种既能满足乘员舱除湿供暖要求,又相对节能的运行策略。     

一种基于四换热器构型的整体式热泵热回收型新风除湿机

新风除湿系统通过置换室内空气和控制室内湿度营造健康舒适的建筑环境。但家用整体式新风除湿热泵受限于安装空间,存在除湿能效低、能力不足等问题。本文提出一种基于四换热器构型的热泵热回收型新风除湿系统,既能全面回收内外部冷能,提升除湿能力和能效;又能通过空气流路和制冷剂流路的转换产生多种运行模式,满足各种应用场景下的新风除湿需求。系统仿真和样机的实测结果表明,在名义制冷工况下的除湿能效SMER高达3.27 kg/(kW·h),相比三换热器系统提升35.2%,相比二换热器系统提升59.6%。     

分离式热管蓄冷空调释冷性能实验研究

本文设计了基于分离式热管换热的蓄冷空调系统,针对其释冷性能进行了因素实验和响应曲面实验研究。结果表明:分离式热管蓄冷空调释冷性能稳定,实验条件下最大制冷量可达5. 09 k W;制冷量随循环风量的增加而增加,而除湿量存在最佳除湿循环风量,最佳除湿循环风量约为620 m3/h,除湿量约为4. 32 kg/h;制冷量随环境温湿度的升高而增加;得到了不同工况下制冷量的回归方程,分析了不同影响因子对制冷量的影响规律,在循环风量较低的工况下,热管阀门对制冷量影响较弱,随着循环风量的增加,对制冷量影响增加。     

Experimental assessment of energy storage via variable speed compressor

In this study, usage of a variable speed refrigeration system in latent heat thermal energy storage (LHTES) system is investigated to increase energy storage efficiency. Four different compressor speed control cases are compared to obtain a constant heat transfer fluid (HTF) temperature at the inlet of the energy storage tank. These control cases are (i) control with evaporation temperature, (ii) control with ethylene glycol temperature at the outlet section of evaporator, (iii) control with suction pressure of the compressor and (iv) on/off control. By means of the experimental analysis the best control strategy is obtained as control with Case (ii), in terms of stability of inlet temperature of heat transfer fluid, variations of energy efficiency of LHTES and coefficient of performance (COP) of the system. While the Case (ii) provides the most stabile inlet temperature of HTF, Case (iv) represents the worst stability. Besides, the highest energy efficiency (99.0%), exergy efficiency (87.0%) and COP (2.05) values observed in Case (ii). Additionally, the time period to reach the set value is nearly 50 min in Case (i), Case (iii) and Case (iv) on the other hand this unstable initial time period becomes nearly 25 min for Case (ii). As a result, variable speed compressor should be controlled with Case (ii) to stabilize ethylene glycol-water solution temperatures as well as increase efficiency and COP of the system.     

CO_2热泵热电池储能性能实验研究

CO_2热泵热电池系统由跨临界二氧化碳水源热泵与蓄冷蓄热装置组成,其在储能过程中系统的效率会逐渐降低。本文实验研究了CO_2热泵热电池的储能性能,分析了储冷罐、储热罐循环水体积流量、压缩机频率和电子膨胀阀开度对储能效率的影响。结果表明:低循环水流量既可使储能罐获得良好的温度分层,又能获得较大的换热量;压缩机频率越高,系统效率越大;同时电子膨胀阀开度也影响系统的储能效率。当压缩机频率为50 Hz,电子膨胀阀开度为330脉冲,储冷罐、储热罐循环水体积流量分别为0.2 m~3/h、0.1 m~3/h时,总体COP最大,为5.49。同时数学拟合了系统COP与储冷罐、储热罐出水温度、控制参数的关联式,提出了一种基于遗传算法的优化控制策略,系统总COP可达6.29。