Refrigerant Control Strategies for Residential Air-Conditioning and Heat-Pump System

This paper simulated the optimal refrigerant charge inventory of a refrigeration system in air-conditioning operation and heat-pump operation respectively,and studied the refrigerant control strategies in this system.The void fraction in two-phase fluid region was calculated by Harms model.And based on distributed parameter model and Harms model,the refrigerant charge inventory in condenser and evaporator were calculated and analyzed in air-conditioning conditions and heat-pump conditions,respectively.The calculating results of different refrigerant mass between refrigeration and heating conditions indicate that the optimal refrigerant charge inventory in heat-pump conditions is lower than that in air-conditioning conditions.To avoid the decrease of COP due to the surplus refrigerant in heating conditions,we introduced the liquid reservoir control method and associate capillary control method.Both of them could increase the heating capacity of the air-source heat pump.The difference of optimal refrigerant charge inventory in air-conditioning and heat-pump system can be controlled by the liquid reservoir or the associate capillary.

基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型(multivariate linear regression model, MLRM)和BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上,提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入,能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测,MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739,对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931;BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高,为0.828,使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高,为0.942,拟合效果优于其他机器学习模型,能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验,结果表明:试验总能耗为15.066 kW·h,MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h,预测精度分别为96.08%、99.23%;试验结束含水率为8.541%,MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%,预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段,对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。

太阳能-空气源热泵牧草干燥系统制热性能研究

以太阳能-空气源热泵牧草干燥系统为研究对象,通过系统不同工作模式的温升、恒温制热试验及带载试验,分析了温升速率、单位温升能耗、COP及除湿效率。研究结果表明:联合制热模式与太阳能单独制热相比,单位温升耗电量降低了86.2%,温升速率提高了99~112倍。联合制热模式与热泵单独制热试验相比,在温升过程中温升速率降低了7.7%~17.6%,单位温升耗电量降低8.0%;在恒温制热过程中,前者COP比后者提高了6.5%~11.1%,耗电量降低了5.8%~10.7%;在升温制热过程中前者COP比后者提高了6.0%~10.4%,耗电量降低了6.6%~11.1%。联合干燥模式比热泵单独干燥模式的SMER值高19.8%~36.2%。

光伏幕墙辅助双源热泵系统在不同地区的多目标优化配置

为克服单一可再生能源应用的局限性,提出一种光伏幕墙辅助双源热泵系统。利用TRNSYS建立仿真模型,以系统能耗和生命周期成本为目标函数,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),对不同地区系统配置规模进行多目标优化设计,并利用加权和法确定均衡解。结果表明:哈尔滨、长春、沈阳3个地区优化后的系统运行能耗比优化前分别增加5.9%、5.0%和3.9%,生命周期成本降低13.6%、17.1%和12.9%;与单目标优化相比,多目标优化在兼顾性能的前提下能明显降低生命周期成本,具有明显的优势。

光伏光热联合双源热泵系统运行模式研究(1):最佳切换模式验证

讨论了光伏光热联合双源热泵系统制热运行的最佳切换模式。利用TRNSYS软件建立了仿真模型,对双源(水源、空气源)热泵系统性能系数(COP_(s))进行了计算,提出以某时刻空气源热泵模式或水源热泵模式运行COP_(s)较大者优先运行作为COP_(s)切换模式。通过前期实验结果验证了模拟结果的正确性,并与常规的集热水箱温度切换模式进行了对比实验,验证了COP_(s)切换模式的有效性。结果表明,该实验系统以COP_(s)最佳切换模式运行时发电量和发电效率较集热水箱温度切换模式分别提高了5.35%和1.73%,耗电量降低了17.03%,COP_(s)提高了4.91%。

中深层地埋管热泵供热系统运行特性实测研究

通过大量工程实测研究,总结了中深层地埋管热泵供热技术的运行特性。中深层地埋管具有出水温度高、取热功率大、长期运行稳定的特点,为热泵系统提供了高品位的低温热源,以提升其运行性能;同时中深层地埋管自身存在间歇蓄热特性,能很好地满足建筑供热需求变化与柔性用能;无级变频热泵机组更适合与中深层地埋管匹配运行,节能减排效果显著;热源侧水系统具有小流量、大扬程,且阻力随着流量变化而大幅度变化的特性。研究结果可为提升该技术的供热性能提供关键指导。

配置吸收式热泵的热电联产机组厂级智能运行优化

为提高配置吸收式热泵的热电联产机组的全厂运行经济性,基于案例电厂的运行历史数据,使用滑动窗口法进行数据预处理并提取稳态工况,建立配置吸收式热泵的热电联产机组煤耗预测数学模型。以全厂热电联产机组总煤耗最小为适应度函数,利用粒子群优化算法求解得出配置吸收式热泵的热电机组最佳背压和各台热电机组最佳抽汽量。基于以上研究设计了供热系统智能优化软件,实现供热系统在线监测与优化调节,对各供热单元分别提出优化指导,使机组运行经济性最佳,进而降低整体煤耗。计算结果表明:实行供热系统智能优化策略可为案例电厂供热系统平均每小时节省标准煤约1.81 t,节能效果显著。

大滑移温度CO_(2)非共沸工质余热回收热泵热水系统实验研究

通过热泵技术将生产/生活中的低品位余热提质增效具有广泛的应用潜力。其中,非共沸工质能够实现热泵循环换热过程中的温度匹配,实现余热资源的深度利用。基于水源热泵热水实验台对基于大滑移温度的CO_(2)/R1234yf、CO_(2)/R290、CO_(2)/R600a和CO_(2)/R32非共沸工质进行实验分析,并以R290工质作为对照,研究蒸发器与冷凝器同时满足大温差情况下的热泵性能表现。结果表明:非共沸工质充注量主要影响循环过冷度,进而影响系统COP,当CO_(2)/R1234yf的质量分数为15%/85%时,循环存在最优充注量,在实验工况(热源进水温度25℃,出水温度5℃;热汇进水温度15℃,出水温度45℃)下最优充注量对应的COP为7.66。同时,在实验工况下,相较于R290单工质,CO_(2)/R290工质对最优COP提升了75.2%,对应q v(单位容积制热量)提升了107.7%;CO_(2)/R1234yf工质对最优COP提升了27.7%,对应q v提升了92.0%;CO_(2)/R32工质对最优COP提升了15.0%;而CO_(2)/R600a工质对最优COP仅提升1.7%,应用潜力较低。

基于BP神经网络的陈皮干燥含水率预测

为探索陈皮的热泵干燥特性,并实现热泵干燥过程中陈皮的含水率预测,研究了不同干燥温度(50、55、60℃)、干燥风速(1.0、2.0、3.0m/s)、堆叠厚度(20、30、40mm)对陈皮干燥时间和干燥速率的影响。将干燥温度、干燥风速、堆叠厚度和干燥时间作为输入层,隐藏层个数为10,陈皮的干燥含水率为输出层,搭建一个BP神经网络预测模型。研究结果表明:干燥温度、干燥风速和堆叠厚度都是影响陈皮干燥含水率的重要因素,提高干燥温度、增加干燥风速和减少堆叠厚度能够提高陈皮的干燥速率,缩短干燥时间。基于陈皮热泵干燥特性构建结构为“4-10-1”的BP神经网络模型,含水率预测值与实测值之间的均方误差MSE为0.00421,决定系数R^(2)=0.997,模型运行稳定,含水率预测结果准确且快速,能够为陈皮干燥过程中的含水率在线预测提供科学依据。

新型低GWP制冷剂在-100~200℃的应用研究进展

制冷剂是蒸气压缩循环中必不可少的工作流体,氢氟烷烃类化合物是目前制冷、空调和热泵设备中的主要制冷剂,但该类制冷剂会引起全球变暖等问题,因此亟需开发应用性能相似、环境性能友好的新型制冷剂。介绍了不同制冷剂在-100~200℃蒸气压缩循环应用场景中的使用现状,并综述了具有前景的低GWP制冷剂替代方案研究进展;在此基础上,对HFO-1234yf、HFO-1234ze(E)、HFO-1234ze(Z)、HCFO-1233zd(E)、HFO-1336mzz(Z) 5种低GWP制冷剂在实际应用系统中的最新研究及关键问题进行总结。

某油田联合站污水余热利用研究

原油集输系统中的热化学沉降脱水,需要将原油温度升高,这一过程将消耗大量能源,其燃料主要为天然气,加热产生大量的CO_(2)。文中通过对某油田联合站生产流程研究分析,同时结合站内用热情况,确定采用压缩式热泵替代现有燃气加热炉技术路线,用于冬季采暖和一段原油加热。项目实施后,每年可节能源8932×10^(4) MJ,折合标煤减少3481.8 t,减少CO_(2)排放2024.5 t,每年可节省能源消耗费用651.8万元,节能减排效果显著,该研究对油田联合站清洁能源替代,减少CO_(2)排放具有重要意义。

基于ANFIS的太阳能-空气源热泵供暖系统温度控制研究

针对太阳能-空气源热泵供暖系统运行环境复杂多变,模糊控制器的设计高度依赖人工经验的问题,提出一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)改进的模糊控制方法。该方法利用ANFIS在复杂系统建模中的优势,结合供暖系统温度响应特性和实际运行数据,建立联合供暖系统变工况ANFIS模型,生成与系统性能适配的模糊规则库并传递给模糊控制器执行。Matlab/Simulink仿真对比试验表明,与单一的模糊控制相比,该方法的控制精度提高了17.65%,调节时间缩短了36.4%,具有更高的控制精度和响应速度。

EACHTCS智能变频除湿热泵烤房研究与应用

针对使用燃煤烤房污染大、成本高等问题,研究应用一种以变频热泵为热源的智能变频除湿热泵烤房,以常规电热泵供热烤房和燃煤密集烤房为对照,对比分析该型烤房在烘烤能耗、烟叶质量等方面的差异。结果表明:与传统燃煤型密集烤房相比,EACHTCS智能变频除湿热泵烤房能耗成本可降低40.8%;与普通热泵烤房相比,节能效果可达14.9%。烤后烟叶结构疏松,香气量足,油分增多,上等烟比例可提高3%~5%(绝对值)。综合分析,该型烤房可为优化当前密集烤房供热方式、改善烘烤性能、推动烟叶烘烤降本增效提供借鉴。

邻域自适应粒子群算法求解地源热泵区域能源系统鲁棒优化调度问题

针对地源热泵区域能源系统中冷热负荷和机组效能的不确定性,本文提出了一种考虑双重不确定性的鲁棒优化调度方法.首先,基于多面体不确定模型描述调度模型中的鲁棒变量.然后,针对建筑冷热负荷不确定性,采用对偶原理将双层优化模型等价为单层优化模型;对于机组效能不确定性,采用场景法进行分析.最后,采用多目标优化约束处理方法处理鲁棒优化调度模型中的约束条件.同时,为更加高效、准确求解所构建的优化调度模型,提出了一种邻域自适应粒子群优化算法(NAPSO).实验结果表明,在制冷和制热工况下,与经验运行策略相比,本文所提方法可分别减少7.22%和5.55%的系统运行成本,是一种解决地源热泵区域能源系统鲁棒优化调度的有效方法.

热电制冷/热泵教学实验装置的研制

为了让学生掌握热电制冷的工作原理及研究应用,研制了热电制冷/热泵实验装置用于本科实验教学。该实验装置在能量利用方面可实现一系列能量的存储与转换;在制冷/供热形式方面可实现供冷(热)水及冷(热)风功能;在热端散热方式方面可实现自然对流散热、水冷散热及强制风冷散热或水冷加风冷组合散热模式。同时,该实验装置可进行现象演示及散热器端/散冷器端自然对流、强制对流热电性能、冷却水流量及输入电压对热电性能的影响和太阳能光伏发电系统对热电性能影响的研究。

农产品超声辅助热泵干燥技术的研究进展

目的概述超声辅助热泵干燥技术在农产品干燥中的研究进展,旨在为超声辅助热泵干燥技术的工业化应用提供理论指导。方法对超声辅助热泵干燥技术的作用机理、超声辅助技术对农产品热泵干燥过程微观结构及干燥速率的影响、农产品超声辅助热泵干燥的过程预测以及最终品质等进行论述,并提出改进措施。结果超声辅助热泵干燥技术的发展极具潜力,目前相关研究仍处于初级阶段,其中研究超声强化效果与热泵干燥间的交互影响以及建立合适的动力学模型预测干燥过程是实现工业化生产的研究新方向。结论超声辅助热泵干燥技术可有效提升农产品的干燥速率,降低设备能耗,同时可减少干燥产品的营养物质损耗及有害物质产生,提高产品质量,在农产品干燥领域具有广泛的应用前景。

严寒地区空气源热泵耦合电磁能系统模拟运行研究

目的 为了促进空气源热泵耦合电磁能供热系统在严寒地区住宅建筑中的应用,研究该系统的运行性能和稳定性。方法 以沈阳地区某住宅建筑为例,应用Trnsys软件建立了空气源热泵耦合电磁能供热系统仿真模型,并用实测值对模型进行了验证;深入探讨空气源热泵耦合电磁能供热系统在供热期的运行特点,并与空气源热泵和电磁能供热系统分别进行比较。结果 空气源热泵耦合电磁能供热系统模型可靠,相对误差可以控制在15%以内;在供热期,室内平均温度可保持在17.97~21.84℃;空气源热泵耦合电磁能供热系统比电磁能供热系统的COP提高了59.17%,空气源热泵耦合电磁能供热系统CO_(2)减排量比空气源热泵和电磁能供热系统分别提高1.47%和59.50%。结论 空气源热泵耦合电磁能供热系统运行和COP变化更为稳定,系统环境效益更佳,室内热舒适性更高。

超低温空气源热泵与太阳能供热系统在寒冷地区的优化应用

为了加强对环境的保护,推动可持续发展社会的建设,超低温空气源热泵联合太阳能供热系统被研发出来。该联合系统的应用极大地缓解了当前能源紧张的问题,同时对降低环境污染、提高能源利用率、降低供暖成本也有着积极的作用。基于此,围绕超低温空气热源泵与太阳能供热系统展开论述,对当前超低温空气源热泵与太阳能联合供热系统结构进行分析,剖析其中所存在的问题,同时针对问题提出超低温空气源热泵与太阳能供热系统的优化方案,将其应用于北方寒冷地区的一建筑当中,并对应用效果进行分析。

多相流阻垢热泵蒸发系统特性研究

为验证多相流热泵蒸发系统的在线阻垢及强化换热性能,以蒸氨废液为液相工质、氧化铝及聚甲醛粒子为阻垢颗粒进行实验研究。结果表明,氧化铝颗粒的加入可有效去除蒸发器已有垢层,换热系数由结垢后的392.5 W/(m^(2)·K)提升至1 712.2 W/(m^(2)·K),且连续运行130 h换热系数未降低;蒸发器换热系数受颗粒物性参数影响较大,随着颗粒直径、密度、体积分率增加换热系数逐渐增大,但增加过量时导致流动不畅,换热系数降低;颗粒自身材质导热系数越高强化换热效果越好;循环流量、颗粒分布形式对换热系数也有较大影响,提高循环流量有助于强化换热;不同分布形式在一定程度上均可提高换热系数,双层多孔分布器可实现颗粒逐级输运,增加其进入换热管比例,强化换热效果最佳。

矿山太阳能耦合充填体热泵系统性能研究

太阳能热泵和土壤源的结合应用不仅大大提高了清洁能源的利用率,还能很好地解决土壤因冬、夏季负荷不平衡而导致的温度场降低问题。介绍了太阳能热泵系统的分类和存在的问题,提出太阳能耦合土壤源热泵系统的必要性。针对矿井条件,进一步提出了太阳能耦合充填体热泵系统的学术理念,分析了两者结合的可能性,并以石家庄为例用TRNSYS软件进行模拟。阐述了其在夏季与过渡季蓄热、在冬季供暖的运行模式,分析了输出结果以及该系统的利用价值。结果表明:相较无太阳能蓄热充填体温度场变化率为11.56%的情况,有太阳能蓄热时温度场变化率仅为3.67%。太阳能耦合充填体热泵系统中充填体总吸热量为304377.90 kW·h,充填体总释热量为222461.89 kW·h。相当于节省标煤27.36 t,减少二氧化碳排放68.21 t。为后续充填体储热及矿区热利用提供了参考。