CO_2车用热泵空调系统技术研发及性能提升

本文研发了一套CO_2跨临界车用热泵空调系统,该系统采用CO_2车用电动压缩机、微通道换热器、电子膨胀阀等关键部件,克服了CO_2车用热泵空调系统高压和高排气温度的技术挑战。实验研究了系统充注量对CO_2车用热泵空调系统性能、循环特征及膨胀阀开度的影响。提出在热泵模式下将室内换热器串联来提高高压侧的换热能力,并实验验证了该方法对车用热泵空调系统性能的提升作用。结果表明:相比于单一气冷器,采用串联气冷器的车用热泵空调系统的制热量和COP_h分别提升了17%～31%和20%～33%;该系统在-20℃全新风环境下,出风温度可达40.4℃,COP_h为1.8。因此该系统能够满足电动汽车在低温环境下的乘客舒适性和整车负荷需求,且在制热能效方面优势显著。

太阳能热泵系统的试验研究与分析

为研究以太阳能为低温热源的供热运行特点,建立了太阳能热泵系统试验台及试验台测量系统,使用数据分析软件处理不同工况下的试验数据,分析了蒸发和冷凝温度对吸热量、制热量、压缩机状态、系统COP的影响。结果表明,太阳能热泵系统在运行期间节能效果明显,蒸发温度的增大有利于提高太阳能热泵系统的工作性能。

适用于-20℃环境的CO_2汽车热泵系统的开发及性能测试

开发CO_2跨临界汽车热泵,是解决R134a汽车热泵在低温环境下制热量不足、无法正常工作问题的有效措施。本文理论分析了影响CO_2汽车热泵性能的关键因素,在最低为-20℃的环境温度下实验研究了CO_2汽车热泵的性能。结果表明:开发的CO_2汽车热泵系统在低温环境下稳定运行,具有较好的制热性能;在相同压缩机转速条件下,室内进风温度对制热COP(COP_h)影响更大,室外环境温度对制热量影响更大;在-20℃环境冷启动工况下COP_h可达到3.15、制热量为3.6 k W;进风(Tg,a,in)和出风(Tg,a,out)温度分别为20℃和40℃时,COP_h最低为1.72。因此,与R134a相比,CO_2车用热泵系统的低温制热性能有显著的优势,该系统在电动汽车上具有较好的应用潜力。

地源热泵系统长期运行特性的实验研究

针对一个3715 m2地源热泵系统,进行了系统运行特性的长期测试实验。结果表明,长期运行条件下,热泵机组平均COP分别为3.55(冬季)和2.80(夏季),冬季工况和夏季工况的系统COP分别呈递增和递减趋势,且变化规律可表述为指数形式。与冬季工况相比,夏季工况的系统COP波动较大,而且在初始阶段存在一个峰值。

不同冷凝热回收方式下热泵空调动态特性的实验研究

热泵空调系统热回收方式有全部冷凝热回收、部分冷凝热回收和复合冷凝热回收3种形式,实验研究3种形式下,水箱分别采用静态加热和循环加热方式时热泵空调系统的性能。分析并比较各模式下系统制冷能效比、供水温度、系统COP、热回收效率与系统吸排气压力、冷凝温度以及环境温度变量之间的关系。实验结果表明,循环式复合冷凝热回收系统的性能在3种方案中最有优势。

热泵干燥装置的性能试验

通过试验,探讨了影响热泵干燥装置除水率的因素以及干燥室内干燥介质状态变化的历程,为进一步完善热泵干燥装置的设计理论提供了依据。

不同相变蓄能器对多联机空气源热泵蓄能除霜性能影响

以多联机空气源热泵相变蓄能除霜系统为研究对象,采用实验研究的方法分别对采用翅片管型和螺旋盘管型相变蓄能器的多联机空气源热泵系统的除霜性能进行实验研究。研究结果表明,室内机全负荷状态下,相变蓄能器在供热过程中蓄热,螺旋盘管型蓄能器与翅片型蓄能器完成蓄热分别需要6.00和33.00 min。从整个供热周期来看,翅片型蓄能器对供热过程的影响更小,蓄热过程会引起室内平均进出风温差降低4℃、平均供热量降低6 k W,系统结霜时间缩短8 min。

排风余热回收型热泵热水器动态性能实验研究

提出了一种新型热泵热水器机组,利用浴室排风余热作为热源,通过热泵循环提高其能源品位后用于加热生活用水,并对其动态性能进行了实验研究。排风余热回收型热泵热水器全套装置全部置于室内,避免了空气源热泵机组在冬季工况下运行时室外换热器的结霜问题及热泵系统一年四季工况变化造成的压缩机压比过大、系统性能系数(COP)降低等问题,可在任何外界气候条件下高效稳定工作,且对浴室环境温度没有影响。实验结果表明,实验热泵热水器样机可在45m in内将85kg水从18℃加热至出水温度50℃;当水箱出水温度在33-40℃时性能系数达到最大值为3.4,整个加热过程中的平均性能系数为3.15,平均耗功率为800W。同时,实验发现冷凝盘管制冷剂上进下出布置方式可使水箱中水温产生严重的分层效应,从而产生较大的制冷剂过冷度,对于实验样机最大过冷度可达28℃。

空气源热泵蒸发器表面霜层生长特性实验研究

在室外环境空气温度-15℃～5℃、相对湿度65％-90％范围内，对一台空气源热泵室外换热器表面霜层生长特性及热泵系统动态性能进行了实验研究。实验结果表明，翅片表面霜层厚度呈分段增长模式，在结霜初始段，霜层主要由粒状冰晶组成，并逐渐形成柱状冰晶，其厚度增长较快；在第二阶段为柱状冰晶主要在其半径方向生长，霜层厚度增长速度减慢；而在第三阶段，柱状冰晶主要在其高度方向生长，逐渐形成针状冰晶，霜层厚度增长速度迅速增大至第二阶段的3-5．8倍。对实验结果的分析表明，热泵机组性能恶化主要是由于蒸发器表面温度下降、霜晶形态变化引起霜层厚度快速增长及空气流动阻力增加导致风机流量下降三个因素之间形成的恶性循环所致，其中换热器表面温度下降引起的霜晶形态变化起到了至关重要的作用。

高温热泵室内模拟试验及工业应用

针对一些工业企业(如石油、化工、动力和钢铁等)生产过程中存在大量低温余热且很少利用的情况,在研制的高温热泵试验台上进行了余热回收模拟试验研究。根据试验数据及计算结果,回归了以R142b为工质、热源温度在35～45℃、供热温度在60～85℃及压缩机耗功在2．3～3．7 kW之间变化时,各性能指标的经验关联式,并分析了参数变化对系统指标的影响关系。随后利用引进的工业用热泵,结合石油生产企业情况进行了工业试验。试验结果表明,以热泵装置回收石油生产过程中的低温余热,节能效益显著。实际运行过程中热泵回收系统运行成本与燃气加热炉系统相差不大,限制了热泵的推广。

电动汽车空调热泵型涡旋压缩机结构分析

为了解决电动汽车空调系统冬季采暖问题,针对冬季空调工况下压缩机单级压比增大的运行特性,以涡旋压缩机制热性能系数为热力学优化目标函数,确定了制冷剂循环系统中的最佳补气压力,优化了涡旋压缩机静涡旋盘上的中间补气口的几何位置和形状,使其具备了准双级压缩功能。将研发的热泵型电动涡旋压缩机安装于电动汽车空调系统,利用空气焓差法对系统进行了制热、制冷性能实验。实验结果表明,静涡旋盘结构优化后的热泵型电动涡旋压缩机,其制热和制冷能力可以满足5人座电动汽车司乘人员的冬季和夏季舒适性要求,并且具有较高的制热和制冷性能系数,从而提升了汽车空调系统热泵循环和制冷循环的热经济性,达到了节能的目的。

两级加热热泵系统工作特性研究

提出了一种两级加热热泵系统,并详细叙述了其工作原理;该热泵系统在夏季工况下工作时,能够同时生产空调冷热水,而在冬季工况下工作时,采用两级加热的方式生产空调热水;通过建立实验台,进一步研究了冬季工况下热源换热器进出口水温对热泵系统性能的影响,结果发现：当热源换热器进出口水温分别为10/5℃、12/7℃、14/9℃,且热水出口水温在40-55℃之间时,在相同的热源换热器进出口水温和热水出口温度下,当热水进出口温差为10℃时,系统的排气温度、排气压力、压缩机功率都要比5℃温差时的更低,减小的幅度分别为2.01-8.32℃、0.078 1-0.168 7 MPa、3.0%-10.48%;而系统的总制热量、制热COP都要比5℃温差时的更高,增加的幅度分别为0.69%-12.14%、4.66%-18.45%;说明所研究的两级加热热泵系统在大的热水进出口温差下工作时,不仅性能更好,而且也更稳定.

R290直膨式太阳能热泵供暖系统实验研究

为分析直膨式太阳能热泵耦合地板辐射供暖系统在北方寒冷地区的实际运行特性,设计并搭建以丙烷(R290)为工质的直膨式太阳能热泵供暖实验平台,分析冬季不同运行工况下环境参数对系统热力性能的影响。实验结果表明:系统可实现室内供暖的稳定性,实验测试期间平均室温保持在16.1~20.8℃之间,热泵系统性能系数(COP)保持在2.57~4.30之间,供暖系统COP保持在2.24~3.98之间。太阳辐照度每增加50 W/m^(2),热泵系统COP提升4.9%;环境温度每升高1℃,热泵系统COP提升2.4%。太阳辐照度对热泵系统的电子膨胀阀开度和工质质量流量影响较为显著。当终止水温从45℃提升至55℃时,热泵系统COP降低12.2%;而在终止水温为50℃时,供暖系统COP达到最大值3.37。

水－水活塞压缩式热泵机组的性能测试

本文介绍了一个热泵实验室的实验装置和试验方法，对以Ｒ－２２为工质的机组长期观察和测试的结果，以及制热和制冷系数的计算公式。

热回收型空气源热泵机组性能的实验研究

本文介绍了热回收型空气源热泵机组工作原理,提出了该系统的合理运行模式,并对热回收型热泵机组在不同运行工况下的性能进行了实验研究,研究了生活热水温度的变化对制冷系统性能的影响。夏季工况下,机组能够对冷凝热实现有效的回收利用,机组综合性能系数随着生活热水温度变化,平均达到3.39。冬季工况下可实现同时提供空调供暖和生活热水加热,但应合理设定生活热水进水温度。过渡季节换向工况,加热生活热水的性能系数为1.25。

热泵热水器发展现状及性能试验研究

介绍了热泵型热水器的原理、特点和市场发展现状,在大量调研的基础上讨论了热泵热水器未来的发展潜力。对市场上的一种典型热泵热水器的性能进行了试验研究,得到了不同工况下的各种数据,通过理论及数据分析,提出改良措施,为热泵热水器的进一步应用提供参考。

低环境温度空气源热泵机组性能试验分析

在低环境温度工况下,分别对定频、普通变频空气源垫泵机组以及带有补气增焓功能的变频空气源热泵机组的性能进行试验。结果表明:变频空气源热泵机组的IPLV明显优于定频空气源热泵机组,且带有补气增焓功能的变频空气源热泵机组在环境温度低于-20℃时比定频、普通变频空气源热泵机组的制热量衰减小,制热效果较优。

砂-重晶石粉填料导热性能与传热机制研究

地埋管地源热泵是浅层地热能利用的一种主要形式,回填材料的热物性尤其导热系数是影响热泵系统换热效率的关键。以砂和重晶石粉作为研究对象,探究不同重晶石粉掺比(体积分数)以及不同饱和度样品导热系数的变化规律;并基于体视镜、核磁共振分析等宏细观实验,揭示重晶石粉对回填材料导热系数提高的机制;最后,通过数值模拟手段研究该回填材料导热性能对换热效率的影响。研究表明:重晶石粉对回填材料导热系数的影响显著,掺比20%重晶石粉对回填材料导热系数提高的效果最好,最高可使导热系数提高52.09%;水的含量对导热系数影响也很显著,样品饱水后导热系数明显增加,相比干燥样品提高了4~5倍;重晶石粉对回填材料导热系数的提高主要由包裹效应和填隙效应引起,包裹效应为重晶石粉将砂颗粒表面包裹,而填隙效应则是重晶石粉将砂颗粒之间的孔隙填充;数值模拟结果证明重晶石粉提高回填材料导热系数进而提高地源热泵换热效率的可行性。研究成果为地源热泵回填材料的选择提供了参考。

R32/R134a和R407C用于变浓度热泵系统的实验

为了解决R32/R134a应用于变浓度热泵系统存在的排气温度过高问题,提出使用三元混合工质R407C用于该系统中。以R32/R134a和R407C作为工质在变浓度容量调节热泵系统中进行了吸气压力不变时的变浓度实验。实验结果表明,R407C在本系统中变浓度范围低于R32/R134a,但R407C的排气温度和耗功均低于R32/R134a,具有良好的变浓度调节潜力。

制冷工况下提高水源热泵性能的试验研究

水源热泵利用少量高品位能源将室内空气中的高温热量转移到地下的低温水中,可达到比空调制冷更好的节能效果。水源热泵中地下水源侧和室内用户侧的水温、水量对制冷性能有较大的影响。为了提高水源热泵的制冷性能,本文在制冷工况下通过试验来研究影响水源热泵性能的因素,并得到通过降低水源侧进口水温、提高用户侧出口水温、增大两侧水流量等措施来提高系统的制冷性能,为水源热泵制冷性能的优化运行提供一定的参考。