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。     

N_2O跨临界双级压缩带膨胀机制冷循环

将天然工质N_2O用于跨临界循环,建立了相应的理论模型,比较了CO_2和N_2O用于跨临界两级压缩膨胀制冷循环的性能.结果表明:N_2O用于跨临界两级蒸气压缩膨胀制冷循环中的综合性能要优于CO_2.在所选定的工况范围内,N_2O系统的C_(cop)值(性能系数)比CO_2最多提高9.6%,当气冷器出口温度越低、蒸发温度越高时,N_2O系统的C_(cop)值增加越明显;N_2O系统的最优高压压力远低于CO_2,在气体冷却器出口温度为40 ℃时,最优高压侧排气压力最多降低了16.2%;N_2O系统在排气温度、单位质量制冷量方面也较CO_2具有优势.最后提出通过降低气体冷却器出口温度来提高跨临界带膨胀机制冷循环性能和降低最优高压侧排气压力的观点.     

CO_2汽车空调系统排气压力优化研究

CO_2是一种环保制冷剂,也是未来汽车空调制冷剂的可行方案之一。经过研究发现,带回热器的跨临界CO_2汽车空调系统在制冷运行时,系统存在最优的排气压力,在此排气压力下,系统具有相同工况条件下的最优能效比COP。本文通过分析和计算,进一步确定了系统的最优压力和气冷器出口的温度线性相关。而气冷器的出口温度受制于环境温度,所以系统的最优排气压力取决于环境温度。CO_2热泵空调系统可以依据此建立系统的最优COP控制策略,保证系统的高能效运行,从而减少空调系统能耗。     

跨临界CO_2热泵系统最优排气压力的极值搜索控制

ESC控制策略可以自动搜索性能指标最佳时系统所对应未知的或缓慢变化的系统输入,实际为一种基于梯度信号调制解调的动态搜索方法。本文针对空气源跨临界CO_2热泵热水器系统,选取压缩机排气压力设定值作为ESC控制器的输入,采用COP作为系统性能的输出指标,即极值搜索控制的反馈信号。通过搭建空气源跨临界CO_2热泵热水器的动态模型仿真平台,针对恒定工况,变环境温度条件和实时温度条件分别进行了模拟仿真。仿真结果表明,ESC可以搜索恒定或者系统边界变化时最佳的系统输入值,ESC控制的最优排气压力稳态误差在1.0%以内,与基于模型的控制结果相比,最优排气压力的控制偏差也在5%以内,验证了ESC控制策略的可行性和准确性。     

机械过冷跨临界CO_2热泵供暖系统性能分析

采用辅助的蒸气压缩循环进行过冷,可改善传统跨临界CO_2热泵系统用于冬季供暖性能。本文通过构建机械过冷跨临界CO_2热泵系统的热力模型,分析了机械过冷跨临界CO_2热泵系统供暖工况下的运行特性,结果表明:机械过冷CO_2热泵系统存在最大COP,对应最优排气压力和过冷度,标准工况下比常规CO_2系统能效提高15.9%。该系统可有效解决常规CO_2热泵回水温度过高导致COP迅速衰减的问题,当回水温度由40℃升至50℃时,常规系统COP下降16.9%,而机械过冷热泵系统COP仅下降8.4%。通过改进可有效降低CO_2压缩机的排气压力和温度,且供水温度越低排气压力降低效果越显著。机械过冷循环工质的选取会影响系统整体性能,选取的11种过冷循环工质中能效最高的为R717,最低的为R1234yf。在低环境温度工况下性能的提升更加明显,通过配置小型常规工质蒸气压缩循环即可实现CO_2热泵系统性能显著改进,经济性优势明显。     

关于家用CO2热泵热水器设计思路的探讨

CO2放热过程中的温度滑移与热水形成很好的温度匹配,使得家用CO2热泵热水器在生产高温热水方面的优势明显,借鉴日本的标准,可达到65℃。但我国大部分地域水质较硬,较高的出水温度会加剧气冷器管道中的结垢现象;并且由于幼儿和老人对高温热水不敏感,容易造成热水烫伤。通过理论分析和试验验证发现降低出水温度后,CO2系统仍然具有明显的性能优势。综合考虑家用CO2热泵热水器在我国实际使用过程中系统性能、水质情况、防高温烫伤三方面的限制和影响,推荐其设计出水温度以不高于45℃为宜。     

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。     

跨临界CO2热泵热水系统试验研究

对跨临界CO2水-水热泵多种工况的循环性能进行试验研究,获得一系列试验数据。试验结果表明,1）跨临界CO2热泵循环在高温热泵领域可得到高于常规热泵系统的制热系数;2）降低气体冷却器出口温度,提高蒸发温度,选择最佳的高压侧压力可有效提高系统的制热系数。最后根据试验结果为今后CO2热泵流程设计提出一些建议。     

带约束条件的CO_2热泵热水系统高压控制方程

系统高压的优化与控制在提升跨临界CO_2系统效率方面至关重要。在CO_2热泵热水系统中,传统的高压控制方程中仅考虑了气体冷却器侧的出口温度而忽略实际应用中对出水温度的要求和温度夹点,导致系统性能大大降低。本文针对温度夹点和进出水温等约束的影响,建立了有约束的气冷器模型,并对系统高压进行了优化。采用实验设计以及统计学方法确定影响最优高压的主要因素,通过最小二乘法回归出最优高压控制方程。使用该高压控制方程的系统平均COP损失1.8%,最大COP损失8.7%,可以更好地满足实际应用。     

CO2热泵热水系统试验研究

为了提高CO2热泵热水系统效率,针对CO2热泵系统跨临界循环特性,采用试验方法研究系统高压压力及回热循环对系统效率的影响。试验结果表明：系统排气压力对循环效率有显著影响,不同工况存在不同的最优压力;采用回热循环能够明显提高系统的制热能力和能效,系统能效最高可提高11%。同时,给出关于CO2热泵热水系统设计的一些参考建议。     

跨临界CO2热泵热水器系统的试验研究

介绍带回热器的跨临界CO2热泵热水试验系统。通过改变气冷器水流量对跨临界CO2水-水热泵多种工况的循环性能进行试验研究,获得一系列试验数据。试验结果表明:跨临界CO2热泵循环可获得比常规工质要高的出水温度;增加气冷器水流量可有效提高系统的制热系数。     

水冷式跨临界CO2商用热泵热水器实验研究

介绍了一种以水为冷却介质的带同热器的跨临界CO2商用热泵热水器实验系统.根据实验数据拟合了压缩机的等熵效率和容积效率公式,并依据相应的国家标准对实验系统进行了"一次加热"方式和"循环加热"方式多个工况的循环性能实验研究.实验结果表明,按照"循环加热"制取热水时,在出水温度为55℃和65℃,系统平均制热COPh值分别达2.14到和2.08;按照"一次加热"方式制取热水时,名义工况下出水温度85℃时制热COPh值为2.82,最大负荷工况下出水温度65℃时制热COPh值为3.68.冷却水进水温度越高,系统效率越低,因此热泵热水器系统更适合于"一次加热"供水系统.     

高温CO_2热泵套管式气冷器的仿真与优化设计

以Petrov换热关联式为基础,建立了CO_2气冷器的数值仿真模型,并根据实验数据对模型进行了修正,并通过联立拟合的压缩机模型,分析了CO_2系统在不同工况下,排气压力、气冷器单管长度和并联管程数对其性能的影响:给定气冷器布局,最优排气压力随供水温度上升而升高;给定工况下,气冷器CO_2出口温度随着排气压力升高而降低,而热水流量和制热量都会增加;不同工况下,当排气压力低于最优压力时,管长的增加对系统COP值增大的影响非常显著;在供水温度低于70℃时,并联管程数的增加使系统的COP值增大,但高于70℃时,并联管程数多的系统COP值反而更低。     

利用生活废水余热的CO_2热泵系统

为了充分利用生活废水的余热,提出利用生活废水余热作为低温热源的CO2热泵系统,并分析生活废水温度、蒸发温度、气体冷却器出口温度、气体冷却器出口压力、吸气过热度、制取热水温度等参数对CO2跨临界循环热泵系统性能的影响,得出提高蒸发温度、降低气体冷却器出口温度、适当增加过热度会使系统的COP增大,且在生活废水温度为20℃,制取热水温度为60℃,蒸发温度为15℃的工况下,存在最优的气体冷却器出口压力(9.8 MPa),获得最大性能系数(5.5)。CO2热泵的能耗比空气源热泵、电加热器、燃气锅炉、燃油锅炉分别节约38.2%,80.7%,84.8%和82.7%,CO2热泵的年运行费用较低,空气源热泵、电加热器、燃气锅炉和燃油锅炉分别是其1.6倍、5.1倍、2.9倍和5.5倍。     

空气源CO2热泵热水器最佳冷却工况热力学分析

概述了CO2热泵热水器的发展历程。介绍了回热型跨临界CO2热泵循环。分析了冷却压力对系统制热性能系数和单位压缩功的影响,确定了在保证性能系数最大的情况下冷却压力和冷却温度之间的关系。     

CO_2热泵热水器的实验室评估

本文叙述一台带有室外热交换器的变速CO_2热泵热水器的实验室测定结果。测试包括在室外环境温度为-8.3℃至35℃下进行的标准24小时和第1小时的额定等级试验的热泵效率;室外机的噪声水平测定;和对输送水量测定以及室外机组在10℃环境条件下运行时的高效率淋浴水量测定。     

闭式跨临界CO2热泵烘干系统最优工况研究

目的 对跨临界CO2热泵驱动的闭式干燥系统展开理论研究,得到CO2闭式热泵中最优工况的计算方法和原理。方法 通过建立CO2循环与空气循环热力学耦合的数学模型,计算干燥循环中空气的温度、焓值、相对湿度、含湿量,以及跨临界CO2热泵系统中工质的温度、压力、焓值等参数。通过调整冷凝干燥后空气温度,以热泵烘干系统的COP为评价依据,探究空气循环与CO2热泵循环的耦合机理。结果 获得了CO2循环系统最优排气压力随闭式空气循环系统在不同工况下的变化规律,并基于所建立的计算程序,获得了典型工艺参数下的热泵系统的热力学参数,为关键设备(风机、换热器、压缩机等)选型及系统控制方法提供了理论依据。结论 研究表明,在CO2热泵冷却器出口状态为临界状态时,系统的COP达到最优。     

不同工质的热泵热水器热力学性能分析

为了研究R22替代制冷剂R134A、R407C、R410A、R32、R290在热泵热水器中的热力学性能,设定冬季工况蒸发温度-10℃、冷凝温度65℃,夏季工况蒸发温度20℃、冷凝温度65℃,过冷度和过热度均为5℃。计算了不同工质系统在冬季和夏季工况的理论循环性能,对比分析了各系统的变工况特性。结果表明:R410A和R32的单位容积制热量较高,这有利于减小压缩机的功耗和体积;R290和R32的单位质量制热量较高,能够有效降低工质充注量,进而增加系统安全性。随着蒸发温度升高,各工质系统制热系数均不断增加;随着冷凝温度升高,各工质系统制热系数均不断降低;过热度变化对各工质系统制热系数影响很小,而过冷度增加可以提高各工质系统制热系数。对于6种工质热泵热水器系统,蒸发温度在冬季工况对R32系统制热系数影响最大,当蒸发温度由-14℃升至-6℃,R32系统制热系数提高21.8%,夏季工况蒸发温度对R22系统制热系数影响最大,当蒸发温度由16℃升至24℃,R22系统制热系数提高22.1%。对应于冬季工况和夏季工况,冷凝温度和过冷度变化对R410A系统制热系数影响最大。     

高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环分析

通过设计高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环,对其进行热力性能分析,并与两级节流中间完全冷却的CO_2低温制冷循环的性能进行对比,得出高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环存在获得最大性能系数的最优的高压压力。提高蒸发温度与中间压力,增大冷气流质量比,减少进入蒸发器的冷气流质量比,降低气体冷却器出口温度,均可提高高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环的性能系数。在冷气流的质量比为0.6,冷气流进入蒸发器的质量比为0.2时,高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环的最佳的性能系数较两级节流中间完全冷却的CO_2低温制冷循环最佳的性能系数提高36.4%。随着气体冷却器出口温度的升高,高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环的性能系数较两级节流中间完全冷却的CO_2低温制冷循环的性能系数降低的幅度小。     

CO_2应用于我国工商制冷行业的适用性研究

CO_2是我国工商制冷行业HCFCs淘汰管理计划中明确的替代品之一,本文从技术标准、性能测试、替代成本、市场前景等方面对天然制冷剂CO_2应用于工商制冷行业的适用性进行分析,结果表明:国内外相关标准认为CO_2理论上可以适用于所有类型的制冷系统应用,但在充注量方面需规避泄漏窒息的风险;CO_2热泵热水器在超低温工况和GB/T 21362—2008名义工况下的COP比R410A热泵热水器分别高7.9%和10.7%,CO_2冷风机蒸发器比传统产品在性能上具有一定的优势;CO_2热泵系统替代R22系统的成本会增加1~2倍,CO_2冷冻冷藏系统替代R22系统的成本会增加20%~30%;CO_2在工商制冷行业的热泵热水机和冷冻冷藏设备领域具有较好的应用潜力,但还需在制冷循环效率提升、高效部件开发、高压运行安全性保障等方面开展深入的工作。