回热器对CO_(2)驻车空调系统制热性能影响的研究

为了提升驻车空调的制热性能,搭建了一套带回热器的跨临界CO_(2)驻车空调系统,在焓差室中实验研究了有无回热器时气冷器出口温度与排气压力对系统的性能影响。结果表明:在排气压力分别为8.5、9.0、9.5 MPa时,气冷器出口温度从20℃升高至35℃时,制热COP_(h)降低幅度分别为29.7%、19.9%、16.4%;系统使用回热器后最优排气压力下降,下降幅度分别为4.4%、6.1%,对应的最大COP_(h)增加幅度分别为3.2%、3.7%。通过曲面拟合得到了系统使用回热器时提升制热性能的排气压力与气冷器出口温度关联式,该式对回热器在跨临界CO_(2)驻车空调系统制热模式下的实际应用有一定指导意义。

跨临界CO_(2)热泵空间应用研究展望

随着中国深空探测事业的发展,建立月球基地成为未来载人航天活动的趋势,采用基于跨临界CO_(2)热泵的热控系统可以实现高效散热,具备降低辐射器面积和热控系统重量的应用潜力。对跨临界CO_(2)热泵空间应用具备的优势进行了总结,包括实现辐射器高效散热、热泵系统更高性能系数、压缩机体积更小等。同时指出了跨临界CO_(2)热泵空间应用存在的难题,包括现有热力学模型无法适应空间应用、热泵在低/微重力下油气分离效率低等。基于现存的难题,提出了未来的研究重点,以指导跨临界CO_(2)热泵的后续研究及空间应用。

CO_(2)跨临界高温热泵干燥系统优化设计

干燥工艺在工、农业生产中被广泛使用但耗能巨大,通过CO_(2)热泵干燥技术有望降低其能耗并减缓环境问题。文中在CO_(2)跨临界基本热泵干燥系统的基础上,提出CO_(2)跨临界复叠式热泵干燥系统和CO_(2)跨临界双级压缩并联加热热泵干燥系统。并且通过建立热力学模型将其最优性能系数C_(OPh)和单位能耗除湿率R_(SME)与R134a双循环热泵干燥系统进行了比较。研究发现,它们相较于CO_(2)基础系统性能均有提升,尤其是双级并联加热系统,其C_(OPh)与R_(SME)均超过R134a系统。进一步的分析显示,增加蒸发温度、降低气冷器出口温度对CO_(2)跨临界热泵干燥系统的性能提升起到了关键作用。此外,文中也探究了补气系数和干燥出风温度对CO_(2)跨临界热泵干燥系统的影响。研究结果表明:经过优化改进的CO_(2)跨临界热泵干燥在高效节能方面表现出色,展现了替代R134a热泵干燥系统的潜力,同时也为解决干燥工艺高能耗的问题提供了创新性和可行性的解决途径。

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%。

制热工况下跨临界CO_(2)热泵最优排气压力的影响因素研究

最优排气压力是影响跨临界CO_(2)热泵性能最重要的因素。为研究最优排气压力存在原因及其影响参数,并揭示各参数对最优排气压力的影响机理,基于传热夹点理论对最优排气压力进行了理论分析。利用AMESim软件搭建了考虑气体冷却器内部传热夹点的跨临界CO_(2)热泵模型进行仿真计算,在进水温度为10~40℃、出水温度为60~90℃、环境温度为-30~25℃的宽工况内定量研究了进水温度、出水温度、环境温度及回热率对热泵系统最优排气压力的影响。研究结果表明:进水温度越低、出水温度越低、环境温度越低,均会导致传热夹点向气体冷却器出口移动,从而使系统的最优排气压力减小;同时,采用回热方式也能够将传热夹点进一步向气体冷却器出口推移,从而减小最优排气压力。研究结果证实传热夹点的位置对于系统最优排气压力的取值具有重要影响,因此基于传热夹点的分析与设计方法具有更强的适用性,可为热泵供暖、车辆热管理等用途中CO_(2)热泵系统的设计和性能优化提供理论与工程基础。

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。

基于引射器与集成机械过冷的CO_(2)热泵系统性能分析

为减少温室气体的排放并提升供暖系统性能,提出了基于引射器与集成机械过冷的跨临界CO_(2)热泵供暖系统(EJ-IMS),并构建热力学模型,以系统COP为目标函数,对过冷度和排气压力进行优化,并对系统在不同气候区典型城市使用的冬季供暖性能进行评估。结果表明:EJ-IMS系统存在最大COP、最优过冷度和排气压力。EJ-IMS系统的最优过冷度比集成机械过冷系统(IMS)低26.44%~39.21%,最优排气压力比基本系统(BASE)和带引射器系统(EJ)低0.27%~9.37%。相比3种常规系统,EJ-IMS系统的COP和[火用]效率分别提高6.09%~37.74%和6.75%~46.02%。EJ-IMS系统的供暖性能系数(HSPF)相对3种系统提高6.89%~29.61%,其更适用于严寒地区。可为高效CO_(2)供暖系统的构建提供理论参考。

跨临界CO_(2)水-水热泵系统的实验与仿真研究

为提高跨临界CO_(2)水-水热泵系统的效率,根据已有实验台建立系统仿真模型,分别进行实验测试和数值模拟,通过实验数据验证仿真模型的准确性。基于制取热水的目的,模拟分析运行参数对系统性能的影响,结果表明:增大过热度可提高性能系数(COP),用户侧供水温度平均提高11.3℃;随着高压压力的增大,用户侧供水温度升高,存在最优高压压力使COP最大;增大冷冻水的流量和升高进口温度,系统的制热效率可提高约40%,但用户侧供水温度变化不大。根据实验及仿真结果,设计太阳能辅助跨临界CO_(2)热泵双蒸发器系统,可实现3种不同运行模式,能够升高冷冻水进口温度、增大系统效率。与电加热锅炉和燃气锅炉进行经济性比较,太阳能热泵分别在第5年和第7年与上述两种加热方式的总投资持平,其运行20 a的总投资分别比燃气锅炉和电加热锅炉节约39%和49%,具有明显的经济优势和实用推广价值。

闭式跨临界CO_(2)热泵烘干系统最优工况研究

目的对跨临界CO_(2)热泵驱动的闭式干燥系统展开理论研究,得到CO_(2)闭式热泵中最优工况的计算方法和原理。方法通过建立CO_(2)循环与空气循环热力学耦合的数学模型,计算干燥循环中空气的温度、焓值、相对湿度、含湿量,以及跨临界CO_(2)热泵系统中工质的温度、压力、焓值等参数。通过调整冷凝干燥后空气温度,以热泵烘干系统的COP为评价依据,探究空气循环与CO_(2)热泵循环的耦合机理。结果获得了CO_(2)循环系统最优排气压力随闭式空气循环系统在不同工况下的变化规律,并基于所建立的计算程序,获得了典型工艺参数下的热泵系统的热力学参数,为关键设备(风机、换热器、压缩机等)选型及系统控制方法提供了理论依据。结论研究表明,在CO_(2)热泵冷却器出口状态为临界状态时,系统的COP达到最优。

CO_2空气源热泵热水器的实验研究

为了研究跨临界CO2热泵系统外界因素对系统性能的影响规律,在自行搭建的实验台上通过改变冷却水体积流量、冷却水进口温度和环境温度研究系统性能变化,分析CO2质量流量、压比、制热量和制热系数(COPh)等系统参数的变化趋势,研究压缩机绝热效率和换热器热交换完善度对制热系数的影响.在测试工况范围内,实验结果表明:当冷却水体积流量增加或冷却水进口温度降低时,CO2质量流量、压比和压缩机功率减少,制热量和制热系数增加;当环境温度升高时,CO2质量流量和制热量增加,压比和压缩机功率基本不变,制热系数增加;压缩机绝热效率与气体冷却器的热交换完善度成为制约制热系数提高的2个重要因素.

跨临界CO_(2)与R1234yf低环温高温热泵热水系统性能分析

热泵中采用环境友好型工质可以减少对臭氧层的破坏,在低环境温度的条件下,在已有热泵系统的基础上,可使用CO_(2)跨临界循环,并采用机械过冷。基于此,本文提出了R1234yf/CO_(2)机械过冷热泵系统(MSHPS)、CO_(2)/R1234yf双气冷器机械过冷热泵系统(DMSHPS)和CO_(2)双级压缩三气冷器热泵系统(TSCHPS)。通过建立热力学模型,对采用CO_(2)和R1234yf的系统制热性能进行分析,通过最优排气压力、蒸发温度、冷凝温度、辅循环和主循环流量比等条件,对同一系统和不同系统间的性能进行分析。本文将R1234yf替换为R134a,对比MSHPS和DMSHPS中采用R1234yf和R134a的制热性能,结果表明:MSHPS和DMSHPS两个系统中R1234yf和R134a的制热性能基本相当。

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。

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。

CO_(2)跨临界循环冷热联供机组性能实验研究

采用CO_(2)跨临界循环水-水热泵技术,测试了CO_(2)跨临界循环冷热联供机组的性能特点。通过调节压缩机频率、电子膨胀阀开度、蒸发器侧乙二醇水溶液进口温度与气冷器侧进水温度等方式,测试该机组在以制热为主要目标时最优排气压力的变化,以及不同参数对制热量、制冷量、制热COP h与系统综合能效COP(制热COP_(h)与制冷COP_(c)之和)的影响规律。研究结果表明:在额定工况下,压缩机频率从80 Hz增加到120 Hz时,系统最大制热COP_(h)从3.9降到3.3;当乙二醇水溶液进口温度升高、气冷器进口水温降低时,系统的制热COP_(h)以及系统综合能效COP都随之升高。机组同时供冷供热可明显提高系统综合能效,经济性好且节能效果显著。文中的研究成果对于屠宰、酿造等同时具有冷热需求的行业推广应用CO_(2)冷热联供机组具有参考价值。

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)跨临界热泵系统采暖工况下能效和经济对比分析

为提高CO_(2)跨临界热泵采暖系统的性能,提出了双级压缩双气冷器中间补气回热系统。结合其他3种CO_(2)热泵系统和R134a单级压缩回热系统,通过建立热力学模型,分析各因素对系统能效的影响。此外,通过构建综合考虑初始投资成本和年运行成本的经济性评价模型,结合典型年气象参数,研究不同城市中各系统在运行周期内的总投资情况。结果表明,CO_(2)热泵系统中,双级压缩双气冷器中间补气回热系统最优COP_(h)最高且可以超过R134a单级压缩回热系统,在环境温度为0℃、出水/回水温度为65℃/40℃时,理论性能系数(COP_(h))可达2.58,比R134a系统高9.1%,比CO_(2)单级压缩系统高22.5%,且排气温度不超过现有压缩机排气温度极限,是能效最优系统。在选定样本城市中,热泵系统运行周期内的总投资成本在上海最低,而在沈阳最高,可见总投资成本受气候区域影响较大。由于CO_(2)压缩机成本过高,CO_(2)热泵系统的总投资成本高于R134a系统。随着CO_(2)热泵技术的提高和生产规模的扩大,当压缩机成本降低80%,CO_(2)双级压缩双气冷器中间补气回热系统的总投资成本将低于R134a系统。

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。

冷水源侧进水温度对CO_(2)跨临界热泵系统性能的影响

为改善环境污染问题,我国热泵技术因其环保性被广泛发展应用。本文探究冷水源侧进水温度变化时对CO_(2)跨临界热泵系统性能影响。保持冷水源侧出水温度和外界环境温度不变,改变冷水源侧进水温度,测量水流量、温度和压缩机功率等参数,并通过公式计算系统制热量、COP和气冷器热交换完善度,探究规律。通过实验测得:随着冷水源侧进水温度从14℃增加到42℃,进水流量增加显著,实际冷水源侧出水温度提高1.82%,气冷器CO_(2)侧的出口温差降低25.53%,进而计算可得气冷器热交换完善度增加15.07%;压缩机排气压力增长15.38%,这势必使得排气温度提升11.39%,造成耗功量增加12.62%;进一步计算得出系统制热量下降26.09%,系统COP减小35.56%。因此,合理设计冷水源侧进水温度对CO_(2)空气源热泵系统性能的提升有较大意义。