电动汽车CO_(2)热泵空调系统优化及制冷性能分析

为提升电动汽车CO_(2)热泵空调系统的制冷性能,文章构建了中间补气+回热器的跨临界CO_(2)系统,通过仿真研究了气体冷却器出口温度(T_(go))、气体冷却器压力(P_(g))、中间补气压力(P_(m))、相对补气量(β)、回热器过热度(ΔT)对系统制冷系数(EER)、制冷量(Q_(e))和压缩机排气温度(Tco)的影响及中间补气对回热器优化能力的提升。研究表明:存在最佳气体冷却器压力和最佳中间补气压力使得EER达到最大值,并得到两者与气体冷却器出口温度的关系式;气体冷却器出口温度上升会使系统性能下降,中间补气量和回热器过热度的增加能提升系统性能,EER提升了15.64%和6.07%,制冷量提升了27.88%和4.78%;回热器过热度的增加会导致压缩机排气温度上升,中间补气可降低压缩机排气温度,当限定压缩机排气温度时,中间补气可使回热器对EER和制冷量的优化能力分别提升了203%和173.87%;相对于基础跨临界CO_(2)系统,文章构建的优化系统在所研究工况内可使系统EER和制冷量分别提升18.38%和35.03%。

跨临界CO_(2)热泵系统最优风量实验研究

为探究在压缩机固定转速下风量对跨临界CO_(2)循环系统性能的影响,以及确定使系统达到最大COP的最优风量,搭建了跨临界CO_(2)热泵系统实验台。研究了室内、外风量对系统制热性能的影响,并总结出确定最优风量的方法。结果表明:跨临界CO_(2)热泵系统在制热模式下运行,当室内风量固定时,随着室外风量的增大,排气压力与室内出风温度均呈现出先升高后趋于平稳,系统制热COP随着室外风量的增大存在一个最优值;为准确预测最优室外风量,引入最优排气压力偏离度σ和参数变化率δ作为最优室外风量的判断依据,当σ=0.48%,δ=1.4%时,系统处于最优室外风量,即对应系统在最大的COP下运行。经过实验验证,最优室外风量预测值误差在5%以内,该方法具有较高的准确性。

电动汽车CO_(2)热泵空调制热性能分析

为提升电动汽车CO_(2)热泵空调的系统性能及扩宽热泵空调的使用温区,构建了回热器+补气增焓的跨临界CO_(2)系统,通过建立数值模型对该系统的制热性能进行了仿真分析。研究结果表明,气体冷却器压力对制冷系数(Coefficient of Performance,COP)影响较大,且存在最优气体冷却器压力和中间补气压力使COP达到最大值;中间补气过程能有效提升COP和制热量,且能有效降低压缩机排气温度;回热器过热度对COP和制热量影响较小,但会导致压缩机排气温度上升。

-30℃电动汽车补气式CO_(2)热泵制热性能实验研究

为提高极寒环境下电动汽车热泵的供热性能,搭建了二次节流闪发的中间补气式CO_(2)热泵实验台架,并开展了车外-30℃工况下的制热性能研究。实验结果显示,车内进风温度20℃时,无补气系统的排气温度达到176.1℃,通过中间补气排气温度降低了30.7℃,且制冷剂总流量的增加与气冷器侧压力的升高使制热量和COP分别提升了74.1%和43.9%。控制车内进风温度由0℃升高至20℃,补气系统的出风温度从11.9℃升高到32.7℃,但制热量降低了3%,系统能耗增加了43.2%,COP从2.14下降到1.45。随着进风温度的升高,补气热泵循环逐步从亚临界变为跨临界,排气温度和压力均增大,但排气焓值基本不变。

新能源车用CO_(2)空调系统泄漏特性仿真研究

CO_(2)作为一种安全、高效且环境友好的自然工质,是未来汽车空调制冷剂替代方案的重要选择。考虑到CO_(2)系统制冷剂泄漏导致乘员舱气体体积分数超标的舒适及安全问题,本文使用三维仿真软件STAR-CCM+搭建乘员舱CO_(2)制冷剂泄漏仿真模型,仿真分析两种不同泄漏速率和泄漏圆孔孔径下乘员舱乘客面部测点CO_(2)体积分数的动态变化情况。在50 g/s的高CO_(2)泄漏速率下,面部CO_(2)体积分数在泄漏完成时能够达到9%以上,需要切换送风模式提供新风来降低乘员舱内CO_(2)体积分数;在0.1 g/s的低CO_(2)泄漏速率下,泄漏完成时面部CO_(2)体积分数不超过3%,处于呼吸安全区范围。

带回热器的CO_(2)列车热泵系统低温工况制热性能实验研究

本文研制了一套带回热器的CO_(2)列车热泵系统,并在标准焓差台中实验研究了不同工况参数对系统低温制热性能的影响,结果表明系统最优充注量7~8 kg,此时蒸发器出口过热度接近零。在环境温度为7℃时系统制热量及性能系数(COP)分别达到31.1 kW和2.59。环境温度是影响系统性能的关键因素,当环境温度从7℃下降到-18℃,系统制热量和COP分别下降了66.1%和43%。最优高压是CO_(2)跨临界循环的热点研究问题,也是影响其性能的重要参数之一。本文根据试验结果拟合出了适用于列车的CO_(2)热泵系统最优高压关联式,为列车CO_(2)热泵系统的实际应用提供指导。

CO_(2)复叠式空气源热泵供暖运行测试

CO_(2)空气源热泵因其优秀的环保和热工性能,具有广阔的应用前景。本文以CO_(2)复叠式空气源热泵分布式集中供暖系统为研究对象,依据JGJ/T 177—2009《公共建筑节能检测标准》和JGJ/T 132—2009《居住建筑节能检测标准》对秦皇岛某公共建筑和石家庄某居住建筑的CO_(2)复叠式空气源热泵供暖系统开展运行测试研究,探究在低温环境下系统运行过程中检测不确定度及实际运行效果。通过不确定度分析,秦皇岛项目2#机组和石家庄项目2#机组制热性能COP在不同运行环境温度下相对合成标准不确定度范围分别为4.27%~5.87%及1.90%~4.36%,测试结果可信度高。测试结果表明:秦皇岛项目在室外日均温度-10.9~2.5℃的工况下,1#和2#机组实测日均COP范围分别为2.75~3.09和2.76~3.15。在室外最低温度-18℃时,1#和2#机组热COP仍可达到2.19及2.88。石家庄项目在室外日均温度-6.6~12.5℃的工况下,1#和2#机组实测日均COP范围分别为2.32~3.38和2.21~3.06;分析两个项目的检测结果可得,CO_(2)复叠式空气源热泵机组在低温环境下COP受室外环境温度影响依然较小。

高温出水CO_(2)空气源热泵运行研究

为了研究高温出水CO_(2)空气源热泵的运行性能,将高温出水CO_(2)空气源热泵与常规热泵从研究现状、运行机理、能效和经济性、工程应用这4方面进行对比分析。综合来看,高温出水CO_(2)空气源热泵是一种高效、节能以及环保的热源。

直热式空气源CO_(2)热泵热水器系统运行特性试验研究

设计了一种直热式空气源CO_(2)热泵热水器系统,利用试验研究的方法研究了环境温度、气冷器冷却水入水温度及流量对系统性能的影响。试验结果表明:设计的空气源CO_(2)热泵热水器系统,其系统能效系数(COP_(h))基本达到了国家标准;环境温度、气冷器冷却水入水温度以及流量对系统COP_(h)、系统制热量以及气冷器出水温度的影响显著。通过调节热泵热水器系统低温热源温度、气冷器冷却水入水温度及流量,可改善系统COP_(h),提高系统制热量以及气冷器出水温度。

新能源汽车CO_(2)热泵空调系统仿真研究

设计了新能源汽车CO_(2)热泵空调系统,基于KULI仿真建立CO_(2)热泵模块与热管理系统的整车模型。研究制冷剂充注量、运行时间、压缩机转速对热泵空调系统的影响,并与PTC供暖系统和不带余热回收的CO_(2)热泵空调系统进行了能耗对比。结果表明,适用于全工况运行的最佳充注量为750 g;增加压缩机转速可以提高制冷量,使得乘客舱和电池入口载冷剂温度快速达到合适温度,但COPh、COPc分别降低2.5%和1.8%。通过与PTC供暖和不带余热回收的CO_(2)热泵空调系统对比,发现本系统的能耗仅为PTC供暖系统的42.5%,不带余热回收二氧化碳热泵空调系统的86.6%,极大地节约了能源,还增加余热回收功能,使得系统送风温度提升26%,提高乘客舱舒适性,为未来CO_(2)热泵空调与热管理系统实验研究提供参考。

跨临界CO_(2)蒸气压缩式制冷与热泵技术综述

CO_(2)跨临界制冷循环模式因环境友好性、高温制热性、低环境温度适应性、全工况范围高效性等众多优势成为制冷领域中最热门的研究课题之一。本文分别讨论了跨临界CO_(2)制冷或热泵技术在车辆空调、建筑采暖与热水供应、烘干产业、商超冷链等行业中的发展现状,总结并预测了跨临界CO_(2)技术的未来发展趋势。CO_(2)制冷技术在车辆热管理领域发展前景广阔,制热能力明显优于采用R134a、R407C、R1234yf等制冷剂的方案,但制冷性能及整车综合热管理技术还有待进一步研究提升;在建筑采暖与热水供应领域,跨临界CO_(2)技术的开发已较为完备,针对不同的温度需求有不同的结构优化方案,下一步研究将主要针对现有成熟技术的产业化而开展;烘干产业中的跨临界CO_(2)技术正在快速进步的过程中,虽然分布式小型烘干设备的新能源化改造任重道远,但节能与环保优势显著的跨临界CO_(2)技术仍具备优异的推广前景;跨临界CO_(2)技术在商超冷链中的Booster技术已较为成熟,优良的节能环保优势也进一步将该技术推向冰雪场馆制冷领域,在该领域中跨临界CO_(2)技术的冷热综合应用将是下一阶段的主要研究方向。喷射器、涡流管、膨胀机等压力能回收技术的深入研究是提升系统能效的重要方法,而智能控制技术是跨临界CO_(2)系统实时性能优化的必要保障,这两方面将成为下一阶段跨临界CO_(2)技术研究的主要任务。

纯电动汽车CO_(2)热泵空调及整车热管理概述

随着“碳达峰”和“碳中和”目标的提出,交通运输业电气化的目标进一步加快。其中电动汽车现在面临着由于低温采暖而造成的续航里程衰减严重和制冷剂选择等难题。本文通过总结相关文献,综述了提高电动汽车续航里程的CO_(2)热泵空调技术和电动汽车整车热管理系统。在制冷剂选择上,分析了R134a、R1234yf、R290、CO_(2)4种新型制冷剂的优缺点;在CO_(2)循环系统中,介绍了基本跨临界CO_(2)循环系统的特点,重点阐述了对基本跨临界CO_(2)循环系统的优化,其中包含带回热器的跨临界CO_(2)循环系统及使用补气增焓技术的跨临界CO_(2)循环系统;对于热泵空调在电动汽车上的应用,分析了直接热泵的三换热器系统和二次回路系统的工作模式和各自的特点;对于CO_(2)热泵空调在整车热管理上,介绍了电动汽车乘员舱、动力电池和驱动电机热管理的需求,展示了直冷直热系统和二次回路系统的优缺点;最后总结指出CO_(2)热泵空调系统将有效解决电动汽车冬季续航里程衰减严重的问题且能在整车热管理上发挥巨大作用,同时仍亟需在高温工况制冷、耐压、密封、控制和集成等问题上进一步探索。

CO_(2)空气源热泵在大连期货大厦生活热水改造工程中的应用

大连期货大厦位于大连星海广场会展路,总建筑面积12万m2,建筑总高242.8 m。介绍了CO_(2)空气源热泵机组在大连期货大厦生活热水改造工程中的应用。通过项目改造的实施方案介绍了大连期货大厦CO_(2)热泵改造项目系统原理、CO_(2)空气源热泵机组台数的计算确定、CO_(2)空气源热泵年运行费用的计算并进行了经济性分析。CO_(2)比其他工质具有独特优点,CO_(2)热泵机组的寿命长、安全稳定可靠、维修量极低。经过实际运行后,取得了很好的节能效果,经济效果理想,业主满意。

超临界补气增焓高温CO_(2)热泵热风机实验研究

针对工业上循环加热工况下,CO_(2)热泵气体冷却器出口温度过高、能效显著降低的问题,文章提出了带有超临界补气的高温CO_(2)热泵循环,并对系统进行了实验研究。主要分析了主路膨胀阀开度、压缩机频率、气体冷却器的风机频率对出风温度、性能系数COP等参数的影响。实验结果表明:出风温度随着主路膨胀阀开度的增大呈现降低趋势而COP呈升高趋势;降低气体冷却器的风机频率对出风温度的提升效果最为明显,风机频率每调低1%,出风温度最大提升5.07%。以得到最高出风温度为目标的实验数据表明,该系统在气体冷却器出口温度为75℃以上时,出风温度可达130℃以上,对应COP为1.40~1.50。

严寒地区某办公建筑空气-土壤源热泵系统经济性与CO_(2)减排率分析

为了解决严寒地区单一地源热泵系统长期运行导致土壤热失衡的问题,本文构建了有效解决土壤热失衡的空气-土壤源复合式热源热泵系统。基于DeST和Trnsys对哈尔滨市某办公建筑空气-土壤源热泵系统的经济性和CO_(2)减排率展开案例研究,对全年动态冷热负荷及空气-土壤源系统运行特性展开探究,对比分析了五种不同运行策略下空气-土壤源热泵系统的经济性和CO_(2)减排率。研究结果表明当采用空气-土壤源热泵系统时,系统在地源热泵承担20%冬季供暖热负荷,空气源热泵承担80%冬季供暖热负荷的运行策略下的经济性最高,系统在地源热泵承担80%冬季供暖热负荷,空气源热泵承担20%冬季供暖热负荷的运行策略下的CO_(2)减排率最高,并能够有效解决土壤热不平衡问题。

电动汽车CO_(2)热泵空调应用与优化综述

近年来,我国交通运输行业产生的碳排放量迅速提升,是可能影响我国碳达峰时间的重要因素,由燃油车向电动车过渡将有效推动碳达峰目标的实现。在电动车热泵空调中使用CO_(2)既能实现节能减排,又能解决冬季里程焦虑问题,是当下研究热点。笔者总结了目前电动汽车CO_(2)热泵空调部件的应用及优化,系统性能及优化以及实际控制的研究现状,并预测了未来的优化和发展方向。在电动汽车CO_(2)热泵空调部件中,整理了压缩机、换热器、充注量以及连接管路等的研究结论,并分别提出了优化方向;在系统性能上,总结了室内串联换热器,采用中间冷却两级压缩,加入喷射器等系统的性能,均有一定的提升;在系统控制上,整理了目前系统运行控制方法,主要为PID(比例积分微分)控制器或模糊PID控制器,并认为一些实时优化控制策略,如极值搜索算法、模型预测控制等,在动态寻优上有较好的应用前景。如何建立既能满足乘员舱温度需求,又能满足电池电机等设备温度控制的复杂热管理系统,在较多模式下实现合理的控制逻辑切换并提升系统性能,将动态寻优应用于系统中,是下一阶段电动汽车CO_(2)热泵空调的研究任务。

蓄热水箱对CO_(2)辅助太阳能供热系统的性能影响研究

为提高太阳能供热系统性能,实验搭建了高径比为1直接换热式水箱1和高径比为3间接换热式水箱2两种不同结构水箱,并联放置于太阳能——CO_(2)热泵供热系统(能实现太阳能单独为水箱供热和太阳能与热泵共同为水箱供热)中,探究了四种运行工况下系统性能变化。结果表明:采用太阳能单独为水箱1加热的工况1供水温度稳定在40.4℃;采用太阳能单独为水箱2加热的工况2供水温度为38.6℃;CO_(2)热泵辅助太阳能为水箱1加热的工况3供水温度为42.1℃;CO_(2)热泵辅助太阳能为水箱2加热的工况4供水温度为39.4℃。加热稳定后,工况4的热泵制热量比工况3增加了33.53%,COP增加了25.5%;太阳能有用得热量为工况4>工况2>工况3>工况1。采用CO_(2)热泵辅助换热能提高水箱供水温度,采用螺旋管间接加热的水箱2能提升热泵制热量、热泵COP和太阳能有用能得热量。

CO_(2)空气源热泵原油加热输送工程应用效果分析

原油加热输送过程中,现有水套炉和电加热技术能耗较大,为降低运输成本,寻找一种节能、经济效益好的加热工艺显得尤为重要。CO_(2)空气源热泵能够充分利用自然资源、运行安全稳定、节能效果好,为替代现有加热技术提供了方向。对东北地区某油田应用CO_(2)空气源热泵进行工程效益分析,研究其替代现有技术的可行性。结果表明,某年产量8400 t的单口油井使用CO_(2)空气源热泵加热技术后,每年节省费用2.61×10^(4)元,节省率达37.99%,且回收年限在10年左右;综合耗能减少5479.89 kgce,节能13.73%,并能进一步减少污染物排放,节能环保优势显著。

融霜工况影响下空气源热泵机组频率控制系统

空气源热泵机组在融霜工况下,由于外部环境温度低,机组内部的水箱和管路可能会结霜,导致传热效率下降、能耗增加,使得频率控制不精准。为此,设计融霜工况影响下空气源热泵机组频率控制系统。设计PLC频率控制结构、频率控制中央处理器与PID控制阀门,联合控制热源侧水泵变频。计算机组结霜量,获取换热器的有效集热量。基于分段调节思想,利用计算机调整侧水泵出水量和调节参数,计算融霜启动调频速度。由实验结果可知,所设计系统在不同融霜工况下控制效果与实际最为接近,控制结果误差最大仅为0.1 Hz,能够实现精准控制频率。

小型HFC-32冷水(热泵)机组的性能试验研究

开发了小型 HFC-32风冷冷水（热泵）机组和水（地）源热泵机组，针对风冷机组开展了名义制冷工况、名义制热工况、制冷最大负荷以及制热最大负荷等工况的系列试验，针对水（地）源热泵机组开展了水环式、地下水式以及地埋管式应用场合的名义制冷和名义制热试验，试验结果表明，与同规格的 HFC-410A 机组相比，HFC-32机组的制冷（热）量、功率均有所提升，能效略低一些，压缩机排气温度上升16．5～19．5℃。