CO_2车用热泵空调系统技术研发及性能提升

本文研发了一套CO_2跨临界车用热泵空调系统,该系统采用CO_2车用电动压缩机、微通道换热器、电子膨胀阀等关键部件,克服了CO_2车用热泵空调系统高压和高排气温度的技术挑战。实验研究了系统充注量对CO_2车用热泵空调系统性能、循环特征及膨胀阀开度的影响。提出在热泵模式下将室内换热器串联来提高高压侧的换热能力,并实验验证了该方法对车用热泵空调系统性能的提升作用。结果表明:相比于单一气冷器,采用串联气冷器的车用热泵空调系统的制热量和COP_h分别提升了17%～31%和20%～33%;该系统在-20℃全新风环境下,出风温度可达40.4℃,COP_h为1.8。因此该系统能够满足电动汽车在低温环境下的乘客舒适性和整车负荷需求,且在制热能效方面优势显著。     

电动汽车热泵空调系统低温制热性能及优化

热泵空调系统在满足电动汽车冬季供暖需求方面发挥了重要作用。本文采用新型低GWP值的R1234yf为制冷剂,对电动汽车热泵空调系统在-20～7℃环境下的低温制热性能进行了测试,对电动汽车冬季热负荷进行标定,并且与制冷剂R134a进行了对比,研究了系统制冷剂充注量、制热量、COP和排气温度的变化,同时对系统各部件?损失进行了分析计算并根据结果确定系统优化方向。结果表明:该系统最佳制冷剂充注量为1 406 g,制热量与COP在大部分工况下达到2 k W与1.8以上,能够满足低温制热需求; R1234yf直接替代R134a时,系统制热量与COP比R134a系统低7.1%与6.6%,系统的排气温度比R134a平均低5.3℃,系统工作更稳定可靠;热泵空调系统内冷凝器与压缩机的?损失占系统总?损的80%以上,是重点优化方向;增大内部冷凝器换热面积、增大风量、提高压缩机转速可显著提升R1234yf系统制热性能,使之与R134a系统的制热性能相比大约相等或者更高。     

二甲醚作为中高温热泵工质的性能分析

对二甲醚（DME）作为中高温热泵工质的热工性能进行计算与分析,与传统热泵工质R22,R134a及自然工质R600a进行对比,并对变工况（冷凝温度75～95℃,固定循环温升45℃）进行理论计算。计算结果表明,DME制热性能参数与R134a接近,但COP值高于R134a,单位容积制热量在高温工况下具有更出色的性能。而且DME的GWP与ODP值均接近零,可作为绿色环保替代工质直接充注至R134a热泵系统,并可应用于中高温环境。     

基于中间补气压缩机的地暖系统制热性能实验研究

本文将中间补气涡旋式压缩机应用于地暖制热系统,以解决地暖制热系统在低温环境下制热性能不佳、机组运行不稳定等问题,并建立补气地暖样机实验系统,研究了在不同运行工况下中间补气地暖系统的压缩机排气温度、制热量、功耗及制热COP等参数,分析了中间补气地暖系统制热性能与常规热泵制热性能之间的关系。实验结果表明:当环境温度处于-20~7℃之间时,带中间补气系统的地暖机组的制热量相比于普通热泵平均提升约26.2%,制热COP平均提升约为8.7%,功耗仅平均增加约16%;当室外环境温度为-20℃时,压缩机排气温度降低了12℃。可见采用中间补气技术的地暖系统在低能耗的条件下更能满足低环境温度的需求。     

兼容电池热管理的热泵系统研究与探索

本文通过台架试验和整车试验,验证不同制冷剂在汽车空调上的性能表现,给汽车空调制冷剂选择提供建议。通过对比分别充注R134a和R410A制冷剂的汽车热泵热管理系统在不同环境下的整车试验、焓差试验的性能和低温制热量等可知R410A性能更佳,环境适用性更广,更能应对复杂的整车环境;考虑环保因素也同步研究了物性同R410A相似但GWP值更低的制冷剂R32和XL41等以适应未来市场需求;考虑更好的低温适应性和低温性能的提升,研究了低温增焓热泵系统,其环境温度越低性能提升越大,试验数据表明汽车空调能效在-20℃,低温增焓方式可提升38%。考虑电动汽车热泵运行环境和经济性要求,本文给出最佳设计方案。     

R515B在中高温热泵系统中的性能研究

对低GWP制冷剂R515B在双螺杆单级蒸汽压缩式热泵系统中的性能进行了研究。通过实验对比研究R515B直接替换R134a时系统的性能变化,结果表明：R515B的制热量比R134a降低27%左右,消耗功率比R134a降低约28%,制热COP比R134a平均提高1%,排气温度降比R134a低约15℃。同时建立热泵系统仿真模型,预测R515B在较高冷凝器出水温度下热泵系统的性能,结果表明：R515B具有优良的热力学性能和循环性能,在采用单级蒸汽压缩循环的中高温热泵系统中可实现88℃以下的高冷凝器出水温度。     

带余热回收的CO2车用热泵系统实验研究

本文研制了一套具有串联式余热回收功能的CO₂热泵系统,并在标准焓差台中实验研究了不同工况参数对系统低温制热性能的影响。结果表明：双热源余热回收系统(空气热源和电机热源)的性能优于单空气热源系统,双热源模式可以优化系统参数,提高系统制热量与COP,扩大热泵系统低温工作范围。在环境温度为-20℃时系统切换至双热源模式后的制热量及COP分别提高18.9%和5.9%。低温环境下使用双热源模式优势显著,随着室外温度由-5℃降至-20℃,开启双热源模式后制热量的增加率由4.3%增至18.9%,COP的增加率由4.3%增至5.9%。提出低于-5℃的环境温度是使用余热模式的最佳温度范围,为CO₂车用热泵系统的实际应用提供指导。     

电动汽车热泵系统低温工况的制热性能 实验研究

为研究低温时电动汽车热泵空调系统的制热性能,本文通过搭建空气源热泵空调系统实验台,实验研究了电动汽车热泵空调系统在环境温度为-10~0℃的低温工况下的制热性能,分析了压缩机转速(2000~5000 r/min)、HVAC总成进风量(300~400 m^3/h)和环境温度对该热泵系统性能的影响,最后通过推导公式,估算电动汽车在使用空调系统后的续航里程。实验结果表明:随着压缩机转速的增加,压缩机排气温度、排气压力和系统制热量均增加,而COP下降;当保持压缩机转速和环境温度不变时,HVAC总成进风量从300 m^3/h增至400 m^3/h,制热量增加约13.3%~26.0%,COP增加约0.03~0.80;在其他条件不变时,当环境温度从-10℃升至0℃,热泵空调系统的制热量增加约60.9%~71.0%,COP增加约0.51~0.63;通过公式进行计算,当环境温度为-10~0℃时,在达到相同制热量条件下,热泵空调系统可在PTC加热器的基础上使续航里程提高13.5%~20.8%。     

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...     

纯电动汽车两种热泵空调系统的实验研究

为解决纯电动汽车采暖时采用电加热方式导致能源利用率低,降低纯电动车的续航里程这一问题,本文设计了分别采用四通阀和阀组的热泵空调系统并搭建了实验台,通过实验测试了系统的制冷量、制热量及耐振动性能。结果表明:采用四通阀的热泵空调系统与采用阀组的热泵空调系统在名义工况下制冷量和制热量约为2 kW,两套系统制冷模式时的出风温度皆为15.3℃,制热模式时的出风温度分别为41.3℃和38.2℃;两种热泵空调系统在低温工况下制热量均降至800 W左右;采用四通阀的热泵空调系统在振动状态下易出现窜气导致系统工作不稳定,损坏压缩机;采用阀组的热泵空调系统在振动状态下运行稳定。     

纯电动汽车超低温热泵型空调系统性能试验研究

为解决超低温工况下,纯电动汽车普通热泵空调系统压缩机排气温度过高、制热性能衰减严重,导致系统无法正常供热的突出问题,本文结合现有的低温热泵循环技术和汽车空调系统特点,提出了一种混气型纯电动汽车热泵空调系统,并设计搭建了混气型纯电动汽车热泵空调系统试验台,通过实验对其系统性能进行深入研究。试验结果表明:车外环境温度为10℃时的工况下,该系统制热量较电动汽车普通热泵空调系统制热量提升20%左右;车外环境温度为-20℃时的超低温工况下,压缩机排气温度可控制在60℃以下,系统EER在1.5左右。     

带闪蒸器补气的R134a准二级压缩制冷/热泵系统实验研究

为增加空气源热泵运行的稳定性及提高其性能系数,本文提出了以R134a为工质的涡旋压缩机闪蒸器补气制冷/热泵系统。搭建了实验台对压缩机排气温度、功耗、制冷量、制热量及制冷、制热性能系数进行研究。结果表明:当冷凝温度为45℃,蒸发温度为-20~0℃时,与采用相同工质的单级系统相比,补气系统的排气温度降低了6.2℃,功耗增加1.4%~2.8%,制冷量和制冷COPc分别提高19.8%和17.6%,制热量和制热COPh分别提高15.3%和13.2%。     

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。     

电动汽车热泵空调系统设计优化及试验研究

为高效节能的满足电动汽车冬季采暖需求,本文结合电动汽车结构研制了一套蒸汽压缩式冷暖双模式热泵空调系统,将其搭载在电动汽车上进行性能试验,研究了环境温度对热泵空调系统制热性能的影响,结果表明该系统能较好的满足电动汽车冬季采暖需求。热泵空调系统性能受环境温度影响大,环境温度越低,系统制热量越少、制热效率越低。针对低温环境下热泵空调系统效率低下的情况,利用电动汽车驱动电机余热优化系统,实验对比分析两种情况下的制热性能,结果表明利用驱动电机余热对提高热泵空调系统性能有很大的帮助。     

R32风冷冷（热）水机组低温制热性能探讨

普通热泵空调系统在超低温环境下制热衰量减大,难以满足中国北方冬季取暖需求,在一套普通R410A风冷冷（热）水机组上分别对喷液技术和EVI技术进行超低温环境测试对比。结果表明,喷液系统和EVI系统在低温和超低温下具有较好的制热量及制热能效的提升,并且可以解决普通热泵在超低温环境下的应用问题,同时R32的热物理性质与R410A基本相同,提出在低温风冷冷（热）水机组上使用R32替代R410A的设想。     

两种自然冷源过冷对热泵制热性能影响的对比

利用自然冷源过冷能够改善热泵的低温制热性能。本文提出主路过冷和辅助回路过冷两种利用自然冷源过冷的循环原理,对其进行理论分析,并搭建了实验台。针对R32为工质的蒸气压缩式热泵进行实验,研究热泵在主路过冷、辅助回路过冷及单级运行模式下,排气温度、制热量、制热COP等参数的变化规律。结果表明:在冷凝温度为40℃,蒸发温度为-20～5℃,吸气过热度为5℃的条件下,当过冷体积流量增加0.02 m~3/h时,主路过冷系统与辅助回路过冷系统的排气温度分别降低6.8℃和8.2℃;制热量分别降低6.4%和10%;制热COP分别降低2.5%和5%。     

冷凝器面积对空气源热泵制热性能的影响研究

目的 研究低温条件下空气源热泵的烘干性能。方法 论文主要采用焓差法研究在换热面积和室外温度(温度为7、−12、−20 ℃,相对湿度为65%)不同时,空气源热泵的制热量、输入功率、能效等性能。结果 在7 ℃环境中,增加室内侧换热器面积,热泵的制热量提高了19%,系统能效提升了14%,但输入功率增加了5%;在−12~−20 ℃环境中,增加室内侧换热器面积,热泵的制热量提升了5%,系统能效提升明显,最大可提升27%,输入功率最大降低为17%。结论 增加室内侧换热器面积,系统焓差降低,但是能提高系统在低温下的循环风量,制热性能更加优异。     

热气旁通技术在纯电动客车热泵低温制热中的应用

通过将热气旁通装置加装在纯电动客车热泵上,并在低温工况(室外-15℃/室内-5℃)下进行了制热性能试验研究,得出:制热量、功率、排气温度及出风温度等系统参数均随热气旁通装置阀开度的增大而下降,该装置在一定范围内可避免低压过低引起的压机频繁启停或者低压保护停机,可使纯电动客车热泵在较低温环境中依然可以稳定运行制热,扩大热泵系统的工作范围。此外,还提出了热气旁通装置的初步控制方法。     

基于变频压缩机的跨临界CO_2热泵热水器名义工况的试验研究

搭建基于变频压缩机的跨临界CO_2热泵热水器试验台。在系统制冷剂充注量为950 g,测试工况为名义工况的前提下,分析电子膨胀阀开度和压缩机运行频率对系统参数,包括压缩机吸气温度和压力,排气温度和压力,系统制热量和制热性能系数COP_h的影响。试验结果表明:随着电子膨胀阀开度的增大,压缩机吸气温度降低,吸气压力升高,而排气温度和排气压力趋势性走低,中间偶有起伏;制热量随着电子膨胀阀开度的增大逐渐降低,制热性能系数COP_h在电子膨胀阀一定开度范围内存在一个最优值;压缩机吸气温度受频率的影响较小,吸气压力则随着频率的增加而降低,排气温度和排气压力均随频率的增加而升高;制热量随着频率的升高而增大,制热系数COP_h最大值出现在低频率范围。     

某小型工业厂房供暖系统节能改造

为缓解传统燃煤锅炉供暖对环境的影响,对石家庄市某既有厂房供暖系统实施清洁能源改造,即采用空气源热泵代替传统燃煤锅炉供暖。利用Trnbuild能耗模拟软件计算该建筑热负荷,匹配相应的空气源热泵系统。采用Trnsys软件模拟分析空气源热泵系统的制热量、耗电量和制热性能系数。分析结果表明:室外环境温度越低,空气源热泵系统制热量越小,耗电量越小,供暖季平均制热性能系数(COP)为3.15。以供暖季综合制热性能系数(COP_h)作为供暖系统的评价标准,分析得出热泵匹配的最优蓄热水箱体积为5 m~3,系统COP_h基本维持在3.5左右。对空气源热泵的经济性及节能减排量进行分析,结果表明空气源热泵机组相比燃煤锅炉供暖具有节约能耗、减少污染物排放和供热灵活等优势。