Case Studies of Energy Saving and CO₂Reduction by Cogeneration and Heat Pump Systems

This paper describes two case studies: 1) a cogeneration system of a hospital and 2) a heat pump system installed in an aquarium that uses seawater for latent heat storage. The cogeneration system is an autonomous system that combines the generation of electrical, heating, and cooling energies in a hospital. Cogeneration systems can provide simultaneous heating and cooling. No technical obstacles were identified for implementing the cogeneration system. The average ratio between electric and thermal loads in the hospital was suitable for the cogeneration system operation. An analysis performed for a non-optimized cogeneration system predicted large potential for energy savings and CO2 reduction. The heat pump system using a low-temperature unutilized heat source is introduced on a heat source load responsive heat pump system, which combines a load variation responsive heat pump utilizing seawater with a latent heat-storage system (ice and water slurry), using nighttime electric power to level the electric power load. The experimental coefficient of performance (COP) of the proposed heat exchanger from the heat pump system, assisted by using seawater as latent heat storage for cooling, is discussed in detail.

烟气CO2捕集热能梯级利用节能工艺耦合优化

醇胺法捕集CO2技术是一种较成熟的CO2捕集技术,具有吸收速度快、脱除效果好等显著优点,但其操作费用高、解吸能耗大。本文以降低醇胺法捕集烟气中CO2系统再生能耗为出发点,对常规醇胺法捕集CO2工艺统进行了节能优化研究。在常规工艺流程基础上引入压缩式热泵节能技术,并利用AspenPlus软件建立了基于压缩式热泵技术的CO2捕集工艺流程模型。研究了压缩式热泵与机械蒸汽压缩回收(M VR)热泵、分流解吸、分布式换热、级间冷却4种节能工艺耦合,通过模拟计算与优化,结果说明了最佳节能工艺组合为“解吸塔压缩式热泵+贫液MVR热泵+分流解吸+级间冷却”耦合的CO2捕集工艺流程,当解吸塔顶气体分流比为0.25∶0.75、冷富液分流比为0.05∶0.95、级间冷却器位于吸收塔17块塔板位置、吸收塔输入冷量为-3.0GJ/h时,系统再生能耗最低,为2.533GJ/tCO2,相比常规有机胺工艺(再生能耗4.204GJ/tCO2)节能率39.748%。

应用于溶液除湿空调中跨临界CO2循环热泵的性能优化分析

介绍CO2跨临界循环与溶液除湿一体化空调系统的运行原理，确定应用于溶液除湿空捌的CO2跨临界循环的温度及压力范同，建立循环性能分析模型。以1kg／s制冷剂流量为基准，用经过验证的Coolpack软件埘系统进行模拟优化分析研究，分析跨临界CO2循环不同蒸发温度、冷却器出口温度以及压缩机排气压力对系统COP的影响，为跨临界CO2循环热泵在溶液除湿空调巾的应用提供理论支持。

考虑环境影响的CO2/低GWP混合工质热泵热水器工质优选

采用CO2/低GWP混合工质的热泵热水器系统,分析系统不同组分CO_质量分数对系统热力性能系数以及工况压力的影响,得出混合工质能够降低高压侧运行压力提高热力性能的结论。提出考虑环境影响的系统综合评价体系,并给出不同目标下的推荐工质对。

基于遗传算法的CO2热泵热水器系统优化研究

本文提出一种基于遗传算法的跨临界CO2热泵热水器系统的优化方法。采用固定压缩机排气压力的方式,使用MATLAB对热泵热水器系统建立了仿真模型,并以实测数据验证了该模型的可靠性。以系统性能系数COP为目标函数,选择制冷剂质量流量Mr,气冷器管长Lg以及蒸发器管长Le为优化变量,在不同的工况下采用遗传算法对原实验用CO2热泵热水器系统进行优化,结果表明,该优化方法可以优化原设备管长,提高系统COP。

R134a/CO2复叠式空气源热泵系统仿真研究

在空调热泵领域,低温环境下普通空气源热泵效率低甚至无法正常工作,复叠式热泵系统虽然能解决空气源热泵的低温适应性,但是其制冷剂选择则是个大难题.通过Matlab/Simulink仿真模拟分析高温工质R134a,低温工质CO2的复叠式空气源热泵,分析其最优中间冷凝温度.结果表明,R134a/CO2复叠式空气源热泵的高温端冷凝温度为65℃,低温端蒸发温度为-30^-5℃.中间冷凝温度为15℃时系统COP较高.

压缩式热泵回收CO2捕集解吸塔废热节能工艺研究

采用压缩式热泵技术回收有机胺法捕集CO2解吸塔废热,通过改变解吸塔塔底压力、进解吸塔富液温度等参数来降低系统再生能耗。随着进解吸塔富液温度的升高,解吸反应进行的越彻底,系统再生能耗、再沸器负荷与贫液CO2负载均呈逐渐降低趋势,当进塔温度为120℃时,系统再生能耗最低,为3.664GJ/tCO2;随着解吸塔塔底压力的升高,系统再生能耗与再沸器负荷均呈逐渐降低趋势,贫液CO2负载呈上升趋势,为减少吸收液损耗及投资成本当解吸塔压力为140kPa时最合适,此时系统再生能耗值为3.651GJ/tCO2,相比常规工艺降低系统再生能耗13.15%。

CO2跨临界水-水热泵系统模拟与实验对比分析

为了分析CO2跨临界水-水热泵系统性能,建立了数学模型,并进行实验研究,对系统性能进行模拟计算,并与实验值做了对比。分析了高压压力、冷却水和冷冻水的进口温度和流量对系统制冷性能系数COP和制热性能系数COPh的影响。结果表明:模拟值和实验值的一致性较好,从而验证了模型的准确性;系统的性能系数COP/COPh随着高压压力的增加先增大后缓慢下降;COP/COPh随着冷却水进口温度的升高而降低,随着冷冻水进口温度的升高而增大;随着冷却水流量和冷冻水流量的增大,COP/COPh呈现上升趋势。

CO2空气源热泵供暖系统性能分析

为解决常规CO2系统供暖效率低的问题,本文建立了常规CO2系统、R410A喷气增焓系统、复叠系统、间接过冷CO2系统、直接过冷CO2系统的热力学模型,对采用不同供热末端的系统性能进行优化和分析。结果表明:当供/回水温度为65℃/40℃(供热末端为暖气片)、环境温度为-20~20℃时,直接过冷系统的COP较常规CO2系统提升3.8%~20.9%。直接过冷系统的CO2循环占主导地位,间接过冷系统在大多数工况下辅助系统对热水生产占主导。仅需通过为直接过冷系统配置相对较小的蒸气压缩制冷循环装置,即可实现系统效率的显著提升。对于不同的CO2热泵系统,环境温度高于-15℃时,直接过冷系统火用效率均高于其它系统,较常规CO2系统火用效率提高19.3%~28.2%;环境温度低于-15℃时,CO2/R1234yf复叠系统的火用效率最高。

二氧化碳热泵技术的发展及应用案例分析

CO_2跨临界热泵循环,其制冷剂工质为CO_2,不可燃,无毒,无刺激性气味,零臭氧层破坏能力(ODP=0)以及微乎其微的温室效应(GWP=1)而对环境无害,可从工业生产中回收,逐渐成为被广泛应用的热泵技术。本文从国内外CO_2热泵技术的研究现状及应用现状出发,总结概述了目前典型的CO_2热泵循环系统应用案例,如单级压缩供给加用热水系统、双级压缩带中间补气供给家用热水系统、家用供暖及供给热水于一体的双热泵单元家电辅热系统、大型公用建筑用CO_2热泵系统,并从系统层面对影响CO_2热泵循环系统效率的相关热力学参数进行循环分析,如水箱进出水温度、气冷器水流量、系统的制冷剂充注量等参数的控制。以期为未来CO_2热泵技术在中国的发展、进一步研究和应用设计提供一些参考和依据。

酒精行业循环经济模式研究

分析了发酵类酒精行业各工段的特点,根据循环经济"3R"原则,提出了一种新型的循环经济模式,包括酒糟废液厌氧发酵产生的沼气的回收利用、利用发酵沼渣制取生态复合肥、收集利用酒精发酵产生的二氧化碳和杂醇油副产物、工艺产出热能的热泵回收利用等。该循环经济模式提高了酒精行业的资源和能源的利用率,降低了各种副产物的排放量,在一定范围内实现了资源的循环利用,为社会和企业带来了巨大的生态和经济效益。

一种基于余热回收的CO_2污水源热泵系统设计与性能研究

CO2属于环境友好型制冷剂,其跨临界循环非常适用于热泵系统。通过对自然工质物性和CO2污水源热泵专用活塞压缩机不可逆损失的研究,构建了带节流阀和带膨胀机的2种单级CO2污水源热泵系统数学模型,开发了一套CO2单级热泵循环性能分析平台。该项目拟设计一种高效稳定的CO2污水源热泵系统,实现城市污水低温余热的回收再利用,既符合社会可持续发展的要求,同时也是节能减排的重要组成部分。

CO_2热泵热水器和热泵压缩机的发展

以CO2作为制冷工质的热泵热水器以其节能和环保等特点越来越受到人们的重视,介绍了几种制冷工质的性质和CO2的跨临界循环。对CO2热泵热水器的国内外发展状况以及热泵系统中的关键部件压缩机的发展状况作了介绍,并提出了现今CO2热泵热水器所需要解决的问题。

涡流分离热气体再加热的CO_2热泵系统的分析

对涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统进行热力性能分析,并与相同运行工况下的节流降压CO2热泵系统的性能进行了对比,得出涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统存在最优的高压压力,在最优的高压压力下,系统获得最大的制热性能系数。提高分离热气体质量比、中间压力、蒸发温度、涡流管制热效应,降低气体冷却器出口温度,涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统的制热性能系数提高。随着热气体质量比的增加和气体冷却器出口温度的升高,涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统最优的气体冷却器出口压力也升高。在热气体质量比仅为0.2时,涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统相比节流降压CO2热泵系统,最佳的制热性能系数提高11%。随着热气体质量比的增加,差值会进一步增大。气体冷却器出口温度的升高,对涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统制热性能系数的影响要小于对节流降压CO2热泵系统的制热性能系数的影响。

家用空气源CO_2热泵热水器系统特性的试验研究

由于CO_2具有环保和独特的热力学优势,其用于家用热泵热水器领域已获得巨大的发展。为研究CO_2热泵热水器系统运行特性受外界因素影响的变化规律,自行搭建了一台空气源CO_2热泵热水器试验台开展试验研究。试验表明随着冷却水体积流量从48.94 L/h增加到75.2 L/h,空气源CO_2热泵热水器系统制热量提升49%,制热系数比原来增加了0.7倍;随着室外环境温度从-3℃升高到13℃,空气源CO_2热泵热水器系统制热量提升28%,制热系数比原来增加了1.5倍,室外环境温度对压缩机的吸气压力影响较大。本文的试验研究结果为后续的CO_2空气源热泵热水器的系统优化提供技术支持。

带喷射器的CO_2热泵/制冷系统的研究现状

通过对喷射器分类与性能参数进行介绍,阐述了两相喷射器(TPE)应用于CO_2热泵/制冷系统的理论与实验研究进展,还对TPE的运行特性和优化方法进行了分析。总结得出,等压混合喷射器性能更优且应用广泛,喷射器及系统性能分析需结合性能参数综合分析,TPE应用于系统具有多样性,理论与实验研究需要结合其各自特点且考虑因素应全面,目前喷射器的调控方式中多喷射器组合的方法更受关注,可调喷嘴喉部面积的调控方式的发展既要优化控制方法也要与其他几何参数优化相结合。

小型CO_2热泵系统的搭建与性能研究

天然工质CO_2以其优良的热物理性能和友好的环境特性成为热泵系统中运行工质最有潜力的替代物之一。为了加快CO_2作为制冷剂向实用化产品迈进,采用CO_2作为制冷剂,确定了跨临界CO_2热泵系统方案及工况,对气体冷却器、蒸发器及辅助部件进行了选型设计,并最终搭建了一个带回热器的跨临界CO2热泵系统实验台,该试验台结构紧凑,制造、运行成本较低。同时文章中就冷却水、冷冻水对系统性能的影响做了初步研究。研究表明:提高冷冻水流量对提高热泵出水温度的影响很小;提高冷却水流量可以有效提高能效比EEER,并对制取高温热水有很大帮助,但是同时会增加流动阻力。

自然工质复叠式制冷热泵系统的性能分析

介绍了以自然工质CO2为高温循环工质,R290为低温循环工质,同时制冷和供热的CO2/R290复叠式制冷热泵系统,通过对CO2/R290复叠式制冷热泵系统的性能分析,得到了气体冷却器的入口压力和出口温度,复叠式循环的蒸发温度,低温循环的冷凝温度对复叠式制冷热泵系统性能的影响,为今后的CO2/R290复叠式制冷热泵系统的优化设计和开发应用打下了一定的基础。

CO_2充入量对小型热泵干燥机性能的影响

【目的】探究CO_2充入量与热泵干燥机系统功率、干燥室内温度、系统性能系数的关系,获得CO_2最佳充入量。【方法】根据实际生产要求分析热泵干燥机的工作原理,搭建CO_2热泵干燥试验平台;使用PLC采集数据和设计监测系统;进行CO_2充入量试验。【结果】当CO_2充入量为2.5 kg时,该系统功率达1 200 W,干燥室内温度较高,达70℃,系统的能耗比(COP)为3.89,单位时间除湿量为1.636 kg·h-1。此时冷却器和蒸发器压力适宜,进出口温差较大。【结论】该系统能源利用率高,性能优。

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。