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。

基于夹点的带喷射器CO_(2)热泵系统性能分析

为了研究带喷射器的跨临界CO_(2)内部过冷热泵系统(TCISE),基于夹点建立了TCISE的热力学模型,分析了冷却水进出水温度及流量对系统性能的影响。研究表明:冷却水进水温度从25℃降低到15℃时,最优高压压力从9.3 MPa降至8.8 MPa,降低了5.4%,最大COP从3.83提升至4.27,提高了11.49%;TCISE存在临界冷却水出水温度和临界冷却水质量流量,当冷却水进水温度一定时,在出水温度低于临界出水温度或质量流量高于临界质量流量时,系统COP保持不变。

跨临界CO_(2)空气源热泵热水器性能研究

为进一步研究CO_(2)空气源热泵的系统性能,文中以跨临界CO_(2)热泵热水器为研究对象,实验分析压缩机频率、排气压力和水流量对系统性能的影响,以及气冷器入口参数对气冷器螺旋盘管沿程换热的影响。结果表明:随着水流量的增加,压缩机功率、压比以及水侧出口温度都呈下降趋势,而系统制热性能系数(COP)呈上升趋势,由于CO_(2)在放热过程中存在温度滑移现象,因此随着排气压力的升高,其气冷器出口焓值出现显著变化,系统COP、水侧出口温度以及系统制热量呈先上升后下降的趋势。为保证生活热水需求和较高的系统性能,选择了系统COP与水侧出口温度交点所对应的水流量为最佳水流量。研究发现气冷器螺旋槽管换热系数峰值的变化与雷诺数的变化成正比、与入口压力的变化成反比,提高质量流量有利于气冷器的换热性能。

CO_(2)热泵最优排气压力理论分析与试验

目的:优化热泵系统性能,探讨二氧化碳系统在不同工况下的最优排气压力。方法:通过建立CO_(2)跨临界热泵模型,分析了排气压力和制热量、吸气过热度、制冷剂质量流量及系统能效的关系,深入研究了进出水温度和环境温度对最优排气压力的影响,再利用搭建的CO_(2)热泵试验台验证模型的可靠性。结果:3种出水温度下,制热量随排压的升高而增大,质量流量随排压的升高而减小,循环性能系数和过热度随排压的升高呈先增大后减小趋势,最优排气压力随着进出水温度和环境温度升高而升高,但进出水温度的升高会降低系统循环性能系数,据此拟合了出水温度60℃下的最优排气压力关联式,并设计了5组试验证明了其具有可靠性。结论:通过大量的仿真数据确定了系统的最优排气压力,并与试验值对比发现,误差值均小于5%,满足试验及设计需求。

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。

水箱水温对CO_2热泵热水器性能影响的实验研究

通过实验对比研究了循环加热和一次加热热水时,水箱水温对CO2热泵热水器性能的影响。循环加热工况时,随着水温的升高,压缩机的进、排气压力逐渐升高,功耗增加;气体冷却器的CO2进、出口温度升高,内侧CO2和外侧水的温差逐渐减小,换热量减小;CO2热泵系统的COP下降。一次加热工况时,进水温度一定,系统的各项运行参数稳定,COP基本保持不变。以水温度17℃为例,系统COP在3.5左右,远远高于循环加热的COP。实验结果表明水箱水温对系统的性能有一定影响。根据实验结果提出了水箱结构改进方案,使气冷器入口水温稳定在较低水平,可有效提高系统的性能。

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。

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。

上海某学生公寓CO_(2)热泵-太阳能互补热水系统运行效果评估

我国CO_(2)排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,建筑电气化和可再生能源利用是建筑碳中和的主要路径。以上海某学生公寓为案例,分析CO_(2)热泵-太阳能互补热水系统实际运行效果。结果显示,本热水系统与电热热水器系统相比,年节电量为75.2万kWh,节电率为90.1%,节碳量为592.6 tCO_(2)。与燃气热水器系统进行比较时,年节电量为56.5万kWh,节电率为87.3%,节碳量为445.2 tCO_(2)。CO_(2)热泵-太阳能互补热水系统节能效果可观,可在有热水需求的项目中推广应用,有助于碳达峰和碳中和目标实现。

R32一次加热式热泵热水器补气与变工况特性研究

针对R32一次加热式双级压缩热泵热水器进行补气和变工况特性试验研究,结果表明:20℃名义工况和7℃低温工况下,进水温度分别低于31℃和18℃时,开补气模式COP低于关补气模式;20℃名义工况进水温度39℃时,开补气模式COP比关补气模式高1.5%;7℃低温工况进水温度39℃时,开补气模式COP比关补气模式高3.9%;-20℃超低温工况下,开补气模式COP比关补气模式高3.3%～16.3%,排气温度低15～17℃。

热泵及热集成萃取精馏分离异丙醇-水的流程设计与比较

以乙二醇为萃取剂分离异丙醇和水的混合物。为降低能耗、节约成本和减少CO_(2)排放量,采用热泵和热集成技术强化萃取精馏过程。利用Aspen Plus软件,对常规萃取精馏、热泵萃取精馏和热集成-热泵萃取精馏等工艺进行了模拟和优化。从能耗、年度总费用(TAC)和CO_(2)排放量等方面对上述工艺进行了评价和比较。结果表明,在相同的设计基础和要求下,压缩机性能系数为10.19的热泵技术能显著降低能耗;与常规萃取精馏相比,热泵萃取精馏方案二节能效率为28%,可减少CO_(2)排放3.746×10^(6) kg/a,投资回收期为3 a时,TAC可节约0.72×10^(5) USD;充分利用循环萃取剂显热的热集成-热泵萃取精馏更具优势,节能效率达到了35%,可减少CO_(2)排放8.457×10^(6) kg/a,TAC降低了1.70×10^(5) USD,具有显著的环境效益和经济效益。

直膨式太阳能热泵热水器热力性能分析及优化设计

针对"直膨式太阳能热泵热水器"750W实验样机(系统A)进行了过渡季节运行工况下的实验研究,根据实验数据计算出系统供热性能系数、太阳集热效率和各主要部件的有效能损失系数以及系统的有效能效率等热力学指标,对各部件可加以完善的潜力做了量化分析,为整套系统的进一步优化设计提供参考。根据分析结果,研制了小型化400W实验样机(系统B)并加以实验验证。通过对比分析发现,两套系统各主要部件的有效能损失以压缩机(其有效能损失系数,系统A为40%,系统B为34%)和太阳集热/蒸发器(其有效能损失系数,系统A为21%,系统B为37%)为最大,然后依次是冷凝器(其有效能损失系数,系统A为11%,系统B为8%)和热力膨胀阀(其有效能损失系数,系统A和系统B均为5%)。因此,压缩机的合理选配、集热器的优化设计是提高太阳能热泵热水器性能的关键。

直膨式太阳能热泵热水器运行特性的实验研究

本文针对自行设计、建造的“直膨式太阳能热泵热水器”实验样机进行了春季运行工况下的实验研究,并对其运行特性进行了详尽的分析．实验结果表明,在环境温度均值20．6℃、太阳辐射强度均值954．59 W／m2的室外气象条件下,将150升水从13．4℃加热到50．5℃只需要94分钟,热泵供热性能系数达到6．61．即使在环境温度为17．1℃的雨夜天气,热泵性能系数仍能够达到3．11．通过对典型工况下太阳能集热板的集热效率和过热度进行分析发现,如果用电子膨胀阀取代热力膨胀阀对供液量进行实时调节,可以进一步提高热泵的性能系数和系统运行的稳定性．

制冷剂充注量对太阳能热泵热水器性能的影响

在建立太阳能集热/蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动数学模型、压缩机和热力膨胀阀的集总参数数学模型和系统充注量模型的基础上,编制了直接膨胀式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序.将模拟计算值和实验值进行了对比.基于此模型计算了不同充注量下系统的运行参数和性能参数,分析了充注量变化对加热时间、集热器出口过热度、蒸发压力、冷凝压力、压缩机功率、集热器集热效率及系统性能系数等的影响,指出了确定系统最佳充注量需考虑的主要因素.

直膨式太阳能热泵热水器不同工质的性能分析

为了研究直膨式太阳能热泵热水器,分别采用R22、R410A和R290作为工质的性能,建立了太阳能集热/蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动模型、压缩机和膨胀阀的集中参数模型以及系统工质充注量模型,编制了直膨式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序.比较发现,理论模型计算值与文献实验结果吻合较好.在不同环境参数和运行参数的工况下,对采用3种热泵工质的系统性能系数、集热器的集热效率和系统制热功率进行对比分析.结果表明:R290系统的性能系数明显高于R22和R410A系统,R410A系统的集热效率和制热功率略高于R22和R290系统;环境参数对R290系统的影响程度大于R22和R410A系统;压缩机转速的变化对R410A系统影响显著,而水箱水温的变化对R290系统影响较明显;R290和R410A系统的最佳工质充注量分别约为R22系统的46%和95%.

直膨式太阳能热泵热水器的仿真分析

基于直膨式太阳能热泵热水器的热力循环,在建立太阳集热器/蒸发器和冷凝器的分布参数数学模型、压缩机和热力膨胀阀的集总参数数学模型的基础上,用能量平衡和质量平衡等约束条件将四大部件结合起来并进行求解。理论计算结果与若干典型工况下的实验数据对比表明:集热器平均集热效率的平均相对误差为4.6%,热水得热量、压缩机功耗、COP等指标的平均相对误差都在1%以内;热水温度、COP和集热器集热效率的理论和实验值的瞬时变化规律吻合良好,从而验证了此仿真数学模型的准确性。

直膨式太阳能热泵柔性设计

本文引入柔性理论,提出了一种直膨式太阳能热泵系统的柔性设计方案。由于柔性空间内存在一个虚拟工况点,使柔性空间内工况点都能实现稳定的换热效果。实验验证模拟的可靠性,再利用控制环境变量得到影响系统COP的环境因素权重:辐照强度占52.2%,环境温度占34.7%,风速占13.1%。根据权重构建柔性空间,并对落入柔性区间内工况点进行验证。通过对25套系统分别在全年具有代表性天气工况下的运行模拟,得到虚拟工况点最优组合:辐照强度、环境温度、风速分别为559.97 W/m^2、21.6℃、2.89 m/s。模拟结果表明以虚拟工况点最优组合作为依据设计稳定性优于传统静态设计。

R410a直流变频与定频热泵热水器性能对比试验研究

对R410a直流变频和定频热泵热水器进行了性能试验研究,并对两系统的性能进行了比较分析。结果表明:在环境温度22℃、进水温度20℃、出水温度50℃,充满容量为200L的储水桶进行静态加热时,变频系统和定频系统的加热时间分别是31、37 min,变频系统的加热时间比定频系统缩短了19.4%,而且与定频系统相比,变频系统的COP提高了4.2%。同时发现,变频系统和定频系统的排气温度分别在水温25℃和45℃以上时维持在70℃以上。另外,定频系统的最高排气压力达3.7MPa,由于变频系统以较低频率运行,其最高排气压力为3.5MPa。

直膨式太阳能热泵热水器实验研究及经济性分析

直膨式太阳能热泵热水器(DX-SAHPWH)的运行经济性除与系统本身的结构和性能相关之外,还与多种因素有关。建立了直膨式太阳能热泵热水器样机的集总参数法模型,并在上海的气候条件下进行了实验验证。根据全国典型气候地区的气象参数模拟系统运行的耗能情况;用综合能源价格法分析了影响系统经济性的关键因素,并将样机与几种传统热水器的全年运行情况进行了比较。分析表明,气候条件、能源价格对比以及运行控制策略是影响系统运行节能性和经济性的主要因素。

复合热源热泵热水器变工况运行特性分析

为了对复合热源热泵热水器进行变工况运行特性分析,采用变频压缩机与电子膨胀阀,搭建了直膨式太阳能-空气复合热源热泵热水器实验装置,建立了系统数学模型,并在相同工况下进行模拟计算和实验验证,比较发现,模拟结果与实验结果吻合良好。利用验证过的数学模型进一步分析了环境温度、太阳辐射强度和压缩机频率对系统性能的影响,并制定了压缩机变频控制策略,给出了不同工况下的推荐频率和加热时长,可以为用户提供变工况运行控制指导。利用南京地区典型年气象参数,对系统在不同模式下的全年逐月运行特性进行了模拟计算并作对比分析。结果表明,相比定容量模式,系统在变容量模式下的性能系数(COP)全年平均增长49.27%,耗电量全年平均下降29.73%,节能效果显著。