太阳能-空气双热源热泵系统性能实验

将平板微热管光伏光热组件改造为新型光伏光热蒸发器,研发新型太阳能-空气双热源热泵系统,对太阳能供热模式和双热源供热模式下系统的运行性能进行研究。研究表明：受太阳辐射和环境温度影响,双热源供热模式下环境空气的作用会在放热和吸热之间转换,环境温度与背板温度的温差在-3.1~3.5℃之间波动;双热源供热模式适合在低辐照条件下运行,其热效率、综合性能效率和COP分别达56.7%、81.7%和2.38,比太阳能供热模式提升20.3%、25.0%和6.7%;在高辐射条件下,双热源供热模式会造成系统散热加快,但是对系统发电性能有提升作用。根据上述特性,当背板温度小于环境温度时启动双热源供热模式,反之启动太阳能供热模式,可以进一步提升系统的运行效果。     

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%。     

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%。     

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。     

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。     

太阳能热泵供暖技术综述

回顾了国内外太阳能热泵的发展过程,介绍了太阳能热泵地板辐射采暖系统主要设备太阳能集热器、蓄热设备、地板采暖系统、控制系统、运行方式的组成和结构形式,论述了太阳能热泵的技术原理和特点以及在供暖方面的应用等。针对当前太阳能热泵供暖系统有待解决的问题进行了分析和探讨,结果表明把热泵技术与太阳能热利用技术结合可提高太阳能集热器效率和热泵系统性能,同时能解决全天候供热问题。     

太阳能-空气源耦合热泵系统研究

基于节能减排背景,编制太阳能-空气源耦合热泵系统和传统空气源热泵系统计算程序,对2种热泵系统进行了理论分析,并在晴天、多云天和阴天3种典型天气情况下对耦合热泵系统的运行情况进行实验测试。结果表明：在相同工况下,与传统空气源热泵系统相比,耦合热泵系统的耗电量更低,系统COP更高,其性能优势较为明显。太阳能-空气源耦合热泵系统在晴天、多云天和阴天运行时的平均性能COP分别约为4.19,3.24和2.71,在晴天时的平均性能COP比在阴天时高出约54.6%。相较于阴天天气,太阳能-空气源耦合热泵系统在晴天时每天节省电量约35.6%,平均制热量高出约19.6%。     

不同增压方式对空气源吸收式热泵性能影响的模拟分析

我国建筑采暖和生活热水能耗较大,基于空气源吸收式热泵的供热系统是北方寒冷地区具有较大节能潜力的解决方案。由于单效空气源吸收式热泵无法运行在气温较低的环境下,提出采用增压循环来提高空气源吸收式热泵的低温性能,并根据增压方式的不同分为低压增压和高压增压两种形式。以NH₃-LiNO₃作为工质对,对不同形式空气源吸收式热泵进行了对比分析。结果表明:两种增压方式均能有效提高吸收式热泵的低温性能,在不同的室外气温、热源温度和热水温度下,能够实现20%~45%的节能率;此外,低压增压的一次能源效率比高压增压更高。综合节能性和实现难易程度,低压增压是提高空气源吸收式热泵低温性能的较好手段。     

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。     

开式吸收式热泵及在烟气余热回收中的应用

开式吸收式热泵具有结构简单、低品位热能驱动、省电等优点,推广利用该技术,对解决目前面临的城市热源不足及提高工业能源利用效率具有重要意义,但运行中存在设备腐蚀、不凝性气体等问题。本文总结了国内外开式吸收式热泵的研究进展,其应用领域涉及供暖、空调、制冷及工业生产,处理气流包括空气、燃烧后烟气,驱动热源包括太阳能、生物质锅炉、天然气锅炉及电厂锅炉等集中热源和分布式能源,结构形式多样化;简述了开式吸收式热泵在工业余热,特别是天然气锅炉烟气余热和湿法脱硫电厂饱和烟气潜热和水回收领域中的应用;分析了运行中出现的溶液腐蚀、不凝气气体及设备堵塞问题,并提出了解决方案。     

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）。     

Performance experiment on solar energy and air dual-heat-source heat pump system

The flat micro heat pipe array photovoltaic-thermal module was retrofitted into a photovoltaic-thermal evaporator, and then a novel solar energy and air dual-heat-source heat pump system was developed. The operation performance of the system operating in the solar energy mode (S) as well as the solar energy and air dual-heat-source mode (SA) was studied in detail. Studies have shown that: affected by solar radiation and ambient temperature, the role of ambient air in the dual heat source heating mode will switch between heat release and heat absorption, and the temperature difference between ambient temperature and backplane temperature fluctuates between -3.1—3.5℃; the SA mode was suitable for low solar radiation condition, and its thermal efficiency, comprehensive performance efficiency and COP were 56.7%, 81.7% and 2.38 respectively, which were 20.3%, 25.0% and 6.7% higher than that of the S mode; under the high solar radiation condition, the SA mode would accelerate the heat dissipation of the system, but it could improve the electrical performance of the system. According to the above characteristics, it would get the better operation performance operating in SA mode when the backplane temperature was lower than the ambient temperature as well as operating in S mode when the backplane temperature was higher than the ambient temperature.     

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。     

气候和围护结构对空气源热泵空调系统性能的影响

基于TRNSYS软件建立了空气源热泵空调系统的仿真模型。基于该模型,分别利用我国五大气候区域的气象数据对空气源热泵空调系统进行了仿真分析,仿真结果表明,空气源热泵空调系统能够适用于我国除严寒地区之外的大多数地区,COP能够达到3.2~3.5。此外,还分析了建筑外围护结构传热系数对空气源热泵空调系统运行性能的影响,结果表明建筑负荷与系统能耗和外墙传热系数呈线性相关关系,降低外墙传热系数能够有效地降低系统能耗。     

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。