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。

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。

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。

R32热泵系统稳定性与变工况特性实验研究

实验研究了变热源进口温度工况和变热水进口温度工况下膨胀阀开度对R32热泵系统稳定性和系统性能的影响规律。结果表明:不同工况下系统存在不同的过热度振荡区间,且热源进口温度对起始振荡过热度的影响较显著,而热水进口温度对其影响则不明显;变热源进口温度(15~25℃)工况下,制热量随着过热度的变化呈现不同的变化规律,而其COP则呈现相同的变化规律,且系统均在过热度振荡区间内获得最大COP;变热水进口温度(30~40℃)工况下,制热量和COP均随着过热度的变化呈现相同的变化趋势,且两者均在过热度振荡区间内取得最大值;热源进口温度的升高和热水进口温度的降低均可使系统获得的最大制热量和最大COP增大,且两者在热源进口温度为25℃时分别为9.287 kW和4.646,而在热水进口温度为30℃时则分别为9.148 kW和5.665。

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%。

基于恒热流法和恒温法的岩土热物性试验分析研究

目前岩土热物性测试仪采用的方法包括两种:恒热流法和恒温法,通过介绍两种测试方法的区别及模型算法,以北京市某公建项目岩土热物性测试结果为基准,利用TRNSYS软件分别模拟了恒热流法和恒温法的测试工况,针对模拟结果展开分析研究。经对比,试验时间至48 h时,两种测试方法利用软件模拟出的延米换热量与现场测试结果的误差在10%以内,表明若已知项目周边的地层热物性参数如地层的导热系数、热扩散率等,可将软件模拟结果作为前期地埋管系统设计的依据,并作为后续热物性勘察结果验证的参考数据。此外,根据模拟结果,由于夏季地埋管流体在设计工况下与土壤的温差值较大,为了使流体尽快达到设计工况点,恒温法测试时应选用较大的功率,否则48 h内的测试值结果与实际值偏差较大。

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。

基于Dymola的太阳能-热泵双水箱复合供暖系统参数优化设计

为降低西北地区居民使用太阳能复合供暖系统的经济成本和碳排放量,并提高太阳能利用率,设计一种太阳能-热泵双水箱复合供暖系统,并优化其重要参数。利用Dymola平台,搭建太阳能-热泵双水箱复合供暖系统模型,目标函数是系统全生命周期成本,选取太阳能集热器面积、集热器安装倾角、水箱容量和热泵功率作为优化变量,采用遗传算法同步优化系统所选变量,并对系统的环保性进行分析。以宁夏地区为案例进行优化计算,结果表明,所创建的数学模型准确性较好,比较模拟数据与实验数据,二者平均误差均在±8%以内。在系统15年寿命周期内,优化后系统性能系数提高10.3%,水箱平均温度提高至54.71℃,系统生命周期成本减少5.3%,节能率为24.4%,节能效果显著。系统的SO_(2)、CO_(2)、NOx及烟尘的减排量分别为0.82、26.6、0.41、7.48t,该系统可以显著降低环境影响,与传统燃煤锅炉相比减排效果显著。

地下水源热泵回灌中大肠杆菌阻塞试验研究

以地下水源热泵回灌过程中大肠杆菌堵塞作为研究对象,通过自主研发的砂层颗粒迁移-沉积试验系统观察大肠杆菌在多孔介质孔隙孔道内的运移、沉积。分别以石英石、玻璃珠作为多孔介质做对比性试验,通过试验得出:石英石颗粒不均匀,级配不良,颗粒间的咬合力为大肠杆菌的沉积提供了“温床”,进而孔隙水压力呈现先增大后减小再稳定的状态;但玻璃珠颗粒粒径均匀,同时颗粒之间光滑,咬合力小,不利于大肠杆菌的沉积,孔隙水压力呈现陡减的现象。建立大肠杆菌渗透率衰减数学模型,将理论值和室内试验值进行数据拟合,从验证的结果看,所提渗透率衰减模型对预见微生物的迁移和沉积所引起的孔隙率减小是有效的。

风机转速对CO_(2)空气源热泵热水器性能影响的试验研究

为了定量探究CO_(2)空气源热泵热水器系统性能随风机转速的变化规律,通过试验研究了不同工况下,改变风机转速对排气压力、过热度、CO_(2)质量流量、系统制热量、系统总功耗以及制热性能系数COP的影响;利用响应曲面法对试验进行了优化分析,同时利用试验数据拟合了COP回归模型,并进行可信度分析;通过回归模型预测了系统的最优运行工况并进行试验验证。结果表明:在压缩机频率和电子膨胀阀(EEV)开度一定的情况下,存在着最佳风机转速;在45~85 Hz范围内,随着压缩机频率的提高,COP先增大后减小,增幅最高可达8.97%,各频率下COP最大时对应的最佳风机转速不断减小;随着EEV开度在35%~55%范围内不断增大,COP先增大后减小,增幅可达到6.6%,各EEV开度下COP最大时对应的最佳风机转速不断增大;当压缩机频率为65 Hz、EEV开度为50%时,对应的最佳风机转速为1000 r/min,系统COP达到峰值(4.09)。本文所拟合的COP回归模型最大误差为4.5%;预测系统最优运行工况为:压缩机频率68 Hz、EEV开度52%、风机转速956 r/min,此时系统COP最大,可达到4.29,预测误差为3.7%。本研究可为CO_(2)空气源热泵热水器系统保持高效运行提供理论指导。

太阳能-空气源热泵热水系统新型组合优化设计

太阳能-空气源热泵热水系统(solar-air source heat pump hot water system, SAHWS)常用于宿舍楼宇供暖,通过对系统参数的优化设计可显著提高系统能效性能与环境友好性。为得到一种综合考虑SAHWS经济、能源、环保与节能的优化方法,提出了一种新型组合优化设计策略,并利用TRNSYS软件搭建系统仿真模型,以西安、西宁、拉萨这3座不同太阳能资源等级城市为例,对SAHWS运行工况对比分析。结果表明:与常用生命周期成本设计相比,所提出的组合优化设计不仅降低了系统成本,还有着较低的系统能耗;组合优化设计的热泵能耗与工作小时数最短,且有最低的热损,在投资成本、系统季节性能因子、太阳能保证率以及碳粉尘、二氧化碳排放量均有较好表现。

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。

屋顶光伏—土壤源热泵系统在不同气候区分娩猪舍的应用

可再生能源逐步替代常规能源,是规模化猪场未来的趋势。为了探索土壤源热泵系统(ground-coupled heat pump systems,GCHPs)和附加光伏屋顶(building attached photovoltaic, BAPV)系统在规模化猪场的应用,该研究提出一种屋顶光伏—土壤源热泵系统(building attached photovoltaic-ground-coupled heat pump systems,BAPV-GCHPs)保障某分娩猪舍的冷/热需求,并选择绥化、青岛和重庆分别作为严寒、寒冷和夏热冬冷地区3类典型气候区代表城市,对比了该系统在3类气候区的运行特性,分析了BAPV系统对GCHPs运行性能及综合效益的影响。研究结果表明,3个地区BAPV发电量由大到小依次为:青岛、绥化、重庆;GCHPs耗电量由大到小依次为:绥化、青岛、重庆;绥化、青岛、重庆3个地区的年太阳能分数分别为0.62、0.71、0.53;BAPV系统的加入明显提高了GCHPs的性能系数、一次能源利用率和CO_(2)减排量;3个地区BAPV-GCHPs相对于GCHPs年性能系数分别提高了64.2%、97.6%和39.6%;一次能源利用率分别提升了1.6倍、2.4倍和1.1倍。与GCHPs相比,BAPV-GCHPs可分别减少5.82、6.45和2.17 t CO_(2)排放量。研究结果为该系统在中国不同气候区分娩猪舍的推广应用提供了一定参考。

吸收式热泵-太阳能联合供热系统性能影响因素研究

为提高供热系统的供热能力,以吸收式热泵-太阳能联合供热系统为研究对象,通过分析联合供热系统原理并建立供热系统热力模型,对供热系统性能影响因素进行了分析。仿真结果表明,吸收式热泵-太阳能联合供热系统性能受多种干扰因素影响,包括聚光型集热器面积和流量、吸收式热泵容量和蓄热水箱容积。其中,增加聚光型集热面积和吸收式热泵容量,减小聚光型集热器流量和蓄热水箱容积,可有效降低平板集热器进口温度,提高平板集热器集热效率,使供热系统供热温度和供热量增加,进而提高供热系统供热能力。

换热站并联水泵分布式优化控制

针对现有换热站并联水泵优化算法在集中式架构下控制适应性不足的问题,本文提出了一种改进的分布式并联水泵优化算法.首先,建立了并联水泵的分布式控制系统,并对该优化问题的数学模型进行描述,在目标函数中引入自适应非线性因子;然后,设计了改进的分布式果蝇优化算法,在该算法中每台水泵的控制器仅通过与邻居控制器交互信息即可完成并联水泵的优化;并且,在嗅觉搜索阶段,使用正弦余弦策略替代赋予个体距离与方向的随机策略;最后,以两个实际换热站中不同并联水泵系统为例对算法进行仿真验证,并基于仿真结果进行性能分析.结果表明,相较于传统算法,改进的分布式果蝇优化算法能得到更优的控制策略,有着收敛速度快、稳定性好和鲁棒性强的特点;并且该算法适用于不同系统的并联水泵优化问题,具有可扩展性.在实际工程验证中相较于集中式算法,该算法在总功率和计算时间上分别平均降低了5.47%和29.90%,因此,能够满足实际换热站中对并联水泵热负荷优化分配的需求.

-30至50℃车辆工况下CO_(2)喷射器的适应性研究

为推动喷射器回收膨胀功技术的实车应用,本文开展了-30~50℃宽温区运行工况下车用压缩-引射式CO_(2)热泵系统制冷制热性能及喷射器膨胀功回收特性研究,重点分析了工作喷嘴对固定尺寸喷射器变工况适应性的影响。结果表明:制冷工况下随着环境温度升高,喷射系数递减,而升压比递增;制热工况下随着环境温度降低,喷射系数和升压比均先增大后减小;制冷工况下喷射器回收膨胀功占最大可回收膨胀功的16.7%~37.2%,制热工况下为9.9%~41.3%;以高温制冷工况设计的固定尺寸喷射器难以适应低温制热工况,偏离设计工况时,喷嘴出口过膨胀会造成激波能量损失,而低温制热工况下喷嘴出口因欠膨胀会导致喷射器无引射效果。

级联型潜热储存耦合热泵系统性能研究

为提高太阳能利用率和热泵热力学性能,将真空管集热器、热泵和填充床等结合,提出一种级联型潜热储存耦合热泵系统用于建筑供热。针对太阳能集热及室外温度等条件,将太阳能蓄热和室外空气作为热泵的热源进行系统集成设计。在FLUENT和EES中分别建立填充床和热泵的热力学模型,并分析填充床的换热流体流量、放热温度和用户回水温度对系统热力性能的影响。结果表明,填充床流体流量从0.05 kg/s增至0.07 kg/s时,热泵系统整体平均性能指数下降0.16;填充床作为热源的放热温度升高20℃时,填充床供热增加74269 kJ,有效放热率下降21.9%;当用户回水温度升高10℃时,热泵系统整体平均性能指数下降0.19,有效放热率下降16.2%。

基于分时电价的热泵供热系统相变储热应用研究

中国提出“双碳”战略,推进可再生能源利用和供热电气化,降低电供热成本已成为迫切需求。本文提出了一种新型含相变储热的热泵供热系统。供热系统利用富余的可再生能源发电量或谷电储热,在可再生能源间歇期或峰电时段放热,实现热电解耦、削峰填谷,提高系统经济性。基于相变储热装置使用的灵活性,控制策略可根据可再生能源发电特性或分时电价时段动态调整。本研究测试以谷电为主要驱动能源的系统运行特性,分析不同储热时间和储热容量对系统经济性的影响,在青海高海拔地区进行供热实验。结果表明,含相变储热的热泵供热系统比热泵直接供热耗电量成本降低5.28%;储能容量为75 kWh时,通过调节控制策略改变储热时间可使系统能耗和运行成本分别降低5.69%、13.5%;增加储能容量至150 kWh可调节峰谷电用量,谷电占比最高可达84.52%,运行成本可再降低10.04%。含相变储热的热泵供热系统具有良好的经济效益,合理利用其热电解耦特性可助力可再生能源消纳和电网稳定运行。

大温升蒸汽压缩式热泵系统优化研究进展

在“双碳”战略的背景下,大温升热泵技术不仅低碳节能,而且能够有效利用更低品位热能,向更高温领域发展。本文概述了大温升蒸汽压缩式热泵系统(大温升系统)优化的研究进展,从制冷剂、组件、循环优化、示范验证四个方面详细分析了大温升系统可行的优化手段。分析表明:当前大温升系统实践工程的常用制冷剂仍以R134a、R245fa等高GWP制冷剂为主;而在大温升制冷剂筛选方面,自然纯制冷剂中二氧化碳(R744)适用温度范围广泛,性能表现优异;水(R718)是大温升系统突破超高温(150℃)限制的潜力制冷剂之一;有机纯制冷剂发展迅速,R1234ze(Z)、R1336mzz(Z)等具有极低的GWP与优异的热力学性质;制备R32基、HFOs基、CO_(2)基混合制冷剂低GWP的混合制冷剂是当前具有前景的思路;在组件优化方面,压缩机变频技术等成熟技术为大温升系统组件优化提供了现行方案;磁悬浮轴承技术工业产品走向成熟,可有效降低大温升系统摩擦损失;线结构换热器技术等新兴技术为大温升系统提供了新的组件优化思路;在循环优化方面,补气/补液增焓与多级压缩等成熟技术为大温升系统循环优化提供了现行方案;喷射技术与涡流管技术等研究成果对大温升系统具有优化效果,但受到工程实践经验缺少、机理研究不明等方面限制;结合示范验证部分,补气增焓技术是目前适用范围最宽泛、工业运用最成熟的大温升系统优化技术,一定条件下可提高大温升系统性能系数20%以上;串联多级压缩技术与复叠式压缩技术是提高系统温升范围、保障低温供暖的有力手段。

不同烟气CO_(2)含量下近等温相变捕集工艺调节策略模拟分析

CO_(2)相变捕集工艺具有较低的再生能耗,但在实际生产中,上游工艺产生的烟气中CO_(2)含量(物质的量分数,下同)不稳定,可导致工艺的整体能耗发生变化,因此需研究不同烟气CO_(2)含量下该工艺参数的调节策略。通过Python语言调用AspenPlus对近等温CO_(2)相变捕集工艺进行了模拟计算,分析了不同CO_(2)含量下吸收塔温度(ta)、解吸塔温度(td)、液/气比(v)、胺浓度(c)、解吸液循环比(s)对再生能耗和CO_(2)捕集率的影响以及相应的调节策略。结果表明,td对CO_(2)捕集率的影响最显著,当CO_(2)含量为5.00%时,其相关性系数最高(74.78%);ta对再生能耗的影响最显著,当CO_(2)含量为20.00%时,其相关性系数最高(-55.26%)。在维持CO_(2)捕集率大于等于90.00%的条件下,随着CO_(2)含量从5.00%升高至20.00%,再生能耗从2.35GJ/t降低至2.13GJ/t。此外,应根据CO_(2)含量对ta、td、c和v进行相应调节,以确保CO_(2)捕集率大于等于90.00%并且再生能耗最低。