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。

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%。

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。

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。

基于TRNSYS的太阳能-热水源热泵复合供暖系统运行优化

针对太阳能供暖技术与热泵供暖技术的不足,提出了一种太阳能-热水源热泵复合供暖系统,并以西藏日喀则地区某项目为研究对象,利用TRNSYS仿真模拟软件建立太阳能-热水源热泵复合供暖系统模型,模拟分析该供暖系统的运行特性,并对系统的经济性进行了分析,然后利用Hooke-Jeeves优化算法对供暖系统关键参数进行优化。结果表明:西藏地区太阳能-热水源热泵复合供暖系统能够高效稳定运行,实现了对太阳能由高温到低温的梯级利用,供暖季系统季节能效比可达4.43;相比于电锅炉供暖,复合供暖系统具有更高的经济性,静态回收期为5.3年;优化后系统能耗减少,供暖季系统季节能效比提高了7.9%。

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。

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。

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。

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。

基于变补油及冲洗回路联控的泵控马达系统热管理方法

针对静液压驱动的工程及农业装备中典型泵控马达系统低压回路存在连续功率损失,回路油液温度随负载及油箱温度变化大等问题,本文提出一种基于变补油及冲洗回路(ACFC)联控的节能热管理方法。在典型泵控马达系统低压回路中引入电比例恒压变量泵及电比例节流阀,实现冲洗流量可控调节及补油流量自动适应,以提供回路温度的控制自由度;基于实验测试数据,构建基于损失模型的泵控马达系统产热模型;依据系统产热模型设计了一种基于前馈+PD反馈控制算法的热管理方法对回路温度进行控制;采用基于功率跟随的泵控马达系统调速策略,在不同负载、不同初始温度等工况下,对典型泵控马达系统和基于ACFC的泵控马达系统开展对比实验。实验结果表明,所建立的损失模型可实现对泵控马达系统产热功率实时估计,估计精度达到±10%,验证了所建系统产热模型的正确性;在ACFC具有一定散热裕度的条件下,提出的热管理方法可使回路温度控制精度达到±0.5℃,并降低低压回路功率消耗24.7%~66.7%,使系统总传动效率提高0.9%~3.9%,有效验证了所提热管理方法的温控及节能性能。基于ACFC的热管理方法可为静液压驱动的工程及农业装备节能控制及热管理提供一种思路及方法。

超长重力热管联合热泵的地热利用系统热力经济性分析

深层地热资源储量巨大,采用超长重力热管取热技术对深层地热资源进行开采,将其与热泵系统联合为用户供热是一种高效利用深层地热资源的方法。针对如何调节不同参数下超长重力热管与热泵联合运行以期获得最佳热力经济性的问题,建立了系统热力经济性模型,研究了热泵系统蒸发温度、超长重力热管热阻、井深、地温梯度以及蒸发器面积不同的情况下系统热力经济性变化规律。结果表明存在一个最佳蒸发温度使供热成本最低,如在地温梯度30℃/km、井深3 000 m的条件下,最佳蒸发温度为-2℃;超长重力热管热阻越小或地温梯度越大时可实现供热成本越低且最佳蒸发温度越高;存在最佳的井深和蒸发器面积使得供热成本最低。研究结果可为优化超长重力热管在开采深层地热联合热泵系统性能方面提供理论指导。

基于单级热泵系统的再生水余热资源综合利用技术分析

当今社会环境污染与能源危机已成为全人类必须面对并要加以解决的重大课题。就采暖行业而言,人们不但需要高质量的供暖,同时还对该行业在环保、节能和安全文明生产方面提出了更高的要求。再生水源热泵技术正是满足这些要求的比较有代表性的低耗能新型供暖空调技术。以北京地区某供热中心再生水余热资源利用改造项目为例,从单级热泵技术路线出发,综合考虑以再生水余热资源为主,烟气余热、蒸汽余热为辅的3种资源形式,采用电力驱动离心式热泵设备,依托汽水换热器与热水锅炉两种调峰措施,对各种方案的技术和经济可行性进行论证和分析,最终提出安全可靠、经济高效、绿色减排、节能低碳的再生水余热资源综合利用建议。

面向清洁电力消纳的中深层地埋管热泵蓄能系统设计方法研究

电驱动热泵技术在为建筑提供清洁冷热的同时,也成为了与电网协同、消纳清洁电力的关键环节。本文以电驱动热泵技术为核心,冬季供热采用中深层地埋管提供高品位低温热源,夏季供冷结合冷却塔技术构建高效冷热供应系统。在此基础上结合用户侧蓄能技术,实现日间冷热蓄存,同时以充分消纳本场光伏发电及市政清洁电力为目标提出了系统的设计方法与运行控制策略。随后以我国某大型公共建筑为例开展了定量分析,以明确其实际节能减排效果。

开式空气循环热泵干燥系统性能仿真分析

为解决能源使用效率低、HCFC/HFC等非环保制冷剂使用等问题,提出了不同于传统干燥技术的以空气为工质的空气循环热泵干燥(ACHPD)系统新技术。建立了数学仿真模型,通过所构建实验台的实验结果进行验证,干燥速率误差在±0.01%以内,系统功率误差在±7%以内。与传统的电加热器干燥(EHD)系统相比,当水质量蒸发率从0.75 kg/h增至3.45 kg/h时,ACHPD系统的节能率达到15%~27%。进气温度由10℃增至40℃和相对湿度由30%增至80%分别使单位除湿能效比(MER)降低约7%和21%。膨胀机效率由0.55增至0.8和压缩机效率由0.4增至0.9会使系统的能效分别降低17%和36%。

基于主动进气格栅的热泵空调系统能耗控制策略

为了降低热泵空调系统的能耗,针对车速、进气格栅开口面积等不同参数,以匹配主动进气格栅(AGS)电动汽车的热泵空调系统为研究对象,开发了一种热泵空调热管理系统及能耗控制策略,仿真计算高、低温环境和不同AGS开度条件下的系统能耗,并采用实车环境舱标定方法分析了-7℃低温和35℃高温环境不同AGS开度下空调系统及风阻能耗实测值差异。试验结果表明:高温和低温环境下,AGS开度越大,风阻能耗越高,但空调与风阻综合能耗越低;AGS开度增大相同数值时,高温条件下的能耗贡献量大于低温条件下的能耗贡献量。

PV/T耦合中深层地源热泵供暖系统运行特性研究

为解决中深层地源热泵系统(GSHP)地温衰减的问题,以邯郸市某民用节能建筑为研究对象,基于TRNSYS建立一种PV/T耦合中深层地源热泵系统(PV/T-GSHP),并与GSHP系统对比,模拟分析运行20 a PV/T-GSHP系统运行特性。探究PV/T组件的相关参数对土壤平均温度的影响。最后,将PV/T-GSHP系统与其他系统进行能耗对比。研究结果表明:与GSHP系统相比,PV/T-GSHP系统机组COP从6.44提高到6.81,但由于增加了泵功,系统COP降到2.38,但考虑发电量,平均每年可获得10015.831元收益;相似结构建筑PV/T组件屋顶铺设占比越大,集热泵流量越小,土壤平均温升越快;不考虑发电量时,PV/T-GSHP系统比燃气锅炉系统能耗高8.46%,与燃煤锅炉和电锅炉系统相比,分别可节约11.04%和48.55%的能耗;综合发电量时,20 a实际获得的发电量收益折合成燃煤量为210.05 t。

应用埋式毛细管网换热器的海水源热泵系统适用性研究

海水源热泵系统面临着生物附着、管道腐蚀、严寒天气换热器结冰等问题,影响其性能系数。将材质为PP-R的毛细管网换热器埋置于海床砂土中的海水源热泵系统能够有效避免以上问题。基于能耗模拟数据,对比了海水源热泵系统、空气源热泵系统和冷水机组+燃气锅炉系统的经济性和环保性。结果显示,应用埋式毛细管网换热器的海水源热泵系统的经济效益和环保效益均为最优。系统运行20年,海水源热泵系统的全寿命周期成本为459.5万元,最小年费用为46.8万元,建筑生命周期内其单位面积的碳排放量比空气源热泵系统低10%,比冷水机组+燃气锅炉系统低21%。本研究使消费者对该热泵系统有了更深的了解,为推广此应用提供数据支撑。

混合动力轿车热泵系统NVH控制技术研究

热泵系统的振动噪声性能在新能源汽车整车NVH舒适性评估中起到至关重要的作用。本文根据热泵系统的结构和工作特点,结合汽车振动噪声控制原理,从振动噪声激励源、结构模态分布、传递路径、评价工况等多个维度开展了热泵系统振动噪声控制方法研究。通过分析某国产混合动力轿车在热泵产品开发中的NVH问题,提出相应的解决方案。结果表明:热泵NVH控制是一个系统工程,压缩机、空调管路、HVAC箱体、声学包以及压缩机控制策略是NVH的重要影响因素,为新能源汽车热泵系统的振动噪声性能控制提供了清晰的技术参考。