泵驱动的制冷剂相变冷板冷却系统实验研究

元器件的小型化和性能的提升使电子器件功率不断提高,优越的散热性能对于保证电子器件的可靠性具有重要意义。本文搭建了泵驱动的制冷剂相变冷板冷却实验系统,设计加工了4块不同材质(铜、铝)和流道高度(10、15 mm)的相变冷板,对散热功率为200~1000 W、热流密度为4.4~22.2 W/cm^(2)的集中热源在制冷能力为3~11 kW和不同热源位置时的冷板换热性能、阻力特性及泵功耗进行了研究。结果表明:相变冷板换热性能优越,在应对散热量为1 kW、热流密度为22.2 W/cm^(2)的集中热源时,传热系数最高可达26 kW/(m^(2)·℃),在系统总阻力小于20 kPa、制冷剂泵功耗小于20 W时可以实现模拟热源表面与制冷剂温差小于15℃,可以利用天然冷源进行散热,实现节能;相变冷板的换热特性可由翅片效率计算式和Kandlikar传热关联式进行描述,使用理论公式计算出的冷板温差与实际值偏差小于1℃,可以指导冷板流道设计。

基于空气源热泵能效提升的物理和数据混合驱动模型研究进展

由于在实际运行中受环境条件和用户行为等多种因素的影响,空气源热泵系统的实际运行能效与理论能效存在较大差异,切实提升其实际运行能效水平是亟待解决的问题。本文首先对基于空气源热泵能效提升的混合驱动模型进行描述,然后从预测和控制以及故障诊断2个方面阐述现有的混合驱动模型,并总结物理信息可融入数据驱动模型的方式,最终提出能效提升应重点关注的混合驱动可解释性建模的研究方向,为进一步提升空气源热泵实际运行能效提供参考。

基于余热回收的燃气热泵性能及控制系统

燃气热泵(gas engine-driven heat pump,GHP)具有环境适应性强、能效高、耗电量少等优点,能够解决一次能源利用率低、资源浪费和环境污染等问题。当前研究重点是通过模拟和实验方法开展燃气热泵的运行特性研究,而忽略了控制系统。控制系统是燃气热泵的重要组成部分,对于保障机组高效、稳定运行至关重要。本文提出一种嵌入式控制系统,监控GHP冷热水机组(gas engine driven heat pump cold-hot water equipment,GHPW)。详细阐述了多输入输出控制模块、发动机控制模块、蒸发温度控制模块、人机交互模块等燃气热泵核心控制模块的设计原则和方法。通过实验验证了GHPW的运行性能,实验结果表明,控制系统能够准确、稳定地控制机组,实现快速制冷/制热。通过主控制器对发动机转速和蒸发温度的双闭环控制,实现对系统出水温度的稳定性和准确性控制。当环境温度较低时,由于回收发动机余热,GHPW系统的制热能力优于EHP(电热泵)系统。随着环境温度从-20℃上升到7℃,实验系统的制热量从52.94kW逐渐上升到105.87kW,系统一次能源利用率(primary energy ratio,PER)从0.819上升到1.489。发动机余热回收显著提高了系统制热能力和PER。

燃气热泵系统在过渡季节制备生活热水的性能研究

研究了燃气热泵(GHP)系统在过渡季节制备生活热水的性能特性,分析了发动机余热回收对GHP系统性能的影响。在不同环境温度(15~24℃)和进水温度(37.7~47.8℃)下,考察回收与不回收发动机余热模式对生活热水制热量(Q_(h))、耗气功率(P_(gas))及一次能源利用率(r_(PER))的影响规律。结果表明,随着环境温度的升高,P_(gas)减小,而Q_(h)和r_(PER)呈现递增的趋势;随着进水温度的升高,P_(gas)增大,而Q_(h)和r_(PER)呈现递减的趋势。其中环境温度20~24℃与进水温度37.7~47.8℃为Q_(h)的不敏感区间,在环境温度为24℃和进水温度为37.7℃条件下,r_(PER)高达2.004。GHP系统的余热回收量分别占总制热量和发动机总余热的25.00%~30.16%和62.17%~71.56%,系统的余热利用率高。

基于R410A制冷剂的空气源燃气热泵系统制冷特性

该文搭建了使用R410A制冷剂涡旋式压缩机的高能效空气源燃气热泵实验平台。在实验台上进行不同进水温度tw,in(8.8~18.8℃)、发动机转速Neng(1400~2400 r/min)、环境温度Tamb(24~43℃)、进水流量Gw(9.16~18.32 m^(3)/h)影响下的制冷特性研究,得到制冷量(Qc)、耗气功率(P_(gas))、压缩机功率(Pcomp)、一次能源利用率(RPER)、总一次能源利用率(RPER,all)及性能系数(RCOP)的变化规律。结果表明,RPER受RCOP与发动机热效率η_(eng)的双重影响,制冷运行时RPER、RPER,all与η_(eng)分别处于0.935~1.224、1.388~1.720与27.56%~35.25%之间。由不确定度分析可得Qc、P_(gas)和RPER的相对不确定度分别为5.61%、1.00%和5.70%,表明系统测试结果稳定可靠。

空气源燃气热泵系统多制热运行模式下余热回收特性

燃气热泵(GHP)是一种高效的天然气分布式能源系统,可通过回收发动机余热而显著改善空气源热泵在冬季低温制热量大幅度衰减的不足。本文在自行设计并搭建的使用R410A制冷剂开启式涡旋式压缩机的GHP实验平台上,针对额定制热和超低温制热两种环境温度T_(amb)(7℃和-15℃),研究了不同制热运行方式(mode-1~mode-4)对GHP系统制热性能参数的影响。结果表明,相比不进行余热回收的制热模式(mode-1),进行余热回收的制热模式(mode-2~mode-4)可明显提升系统的制热性能,mode-4是一种更优的制热运行模式。在mode-4下,当环境温度为7℃与-15℃时,一次能源利用率分别为1.552和0.983,回收的余热量占总余热量的百分比(R_(rec,res))分别为64.15%和50.63%,回收的余热量占总制热量的百分比(R_(rec,h))分别为28.97%和36.58%,系统的余热回收效果优良。相比于额定制热下的R_(rec,res)与R_(rec,h),超低温制热下回收的余热量占发动机总余热中的比例相对较小,但占总制热量的比例相对较高。

换气热回收用泵驱动热管系统工作特性模拟

为满足能量回收装置新风负荷变化和节能要求,建立了泵驱动回路热管系统数学模型,在冬季制热工况下,研究了以R32为工质的气泵驱动回路热管模式(booster-driven loop heat pipe,BLHP)、制冷剂泵驱动回路热管模式(refrigerant pump-driven loop heat pipe,PLHP)及气泵-制冷剂泵复合驱动回路热管模式(booster refrigerant pump composite-driven loop heat pipe,CLHP)的质量流量、制热量、能效比(energy efficiency ratio,EER)和温度效率随室内外温差的变化关系,并与R22作为循环工质运行特性进行了对比分析,最后给出了R32系统在不同运行模式之间的切换条件.结果表明,BLHP模式下R32和R22的质量流量相近,PLHP模式下R22的质量流量比R32系统高125%,BLHP模式下R32的制热量和温度效率高于R22,室内外温差小于27℃,BLHP模式下R32的制热EER高于R22,PLHP模式下R32的制热量、温度效率和制热EER均略高于R22;R32系统中,CLHP模式的换热量和温度效率均优于BLHP和PLHP模式,CLHP模式的EER相较于PLHP模式有所降低,但和BLHP模式的EER相近.室内外温差为35℃时,CLHP模式的制热量比BLHP模式和PLHP模式分别高163%、144%,从温度效率和系统性能方面考虑,冬季制热工况下,温差小于8.5℃时,采用BLHP模式较适宜,温差大于8.5℃时,采用CLHP模式较适宜.

电动压缩式大温差机组设计实测与分析

本文提出利用电动压缩式大温差供热机组与大温差长距离供热技术相结合的“零碳供热”模式,其适应了电网与热网的运行特性,将两者有机的结合,实现了以“绿色电力”为主的供电模式和以零碳的工业余热为主的供热模式,因此成为“热电协同”的关键设备。经过本文论证,其经济性可以达到热电联产相当的水平,可以大幅降低长输网回水温度从而增加热网的输送能力;而且其回水温度可以很低,结构紧凑,工况限制和空间限制更少。为验证该技术路线的可行性,本文对实际应用于运城市的0.5 MW机组在2020—2022年度两个供热季的运行性能进行了实测与分析。测试结果表明:机组在0~100%运行负荷范围内均能稳定高效运行;仅计算电动压缩式热泵部分的性能时,最小供热COP为6.5,最高供热COP为13.1,全年运行平均供热COP为8.3。热网一次网回水温度最低可以降至比二次网回水温度低33 K,最低回水温度可达15℃;相对燃气锅炉投资回收期为4年。

电厂热网循环水汽动泵改造经济性分析

为降低能源消耗,可采用工业汽轮机作为原动机拖动高耗能机械设备。分析热电厂现有热力系统,进行驱动汽轮机选型、参数确定,以中温中压蒸汽为动力源,拖动热网循环水泵,并将乏汽用于热网低压加热器。该热网改造方案,能够减少热网循环水泵耗电量,实现电厂能源梯级利用,节能效果显著。

燃气发动机驱动热泵烟气排放影响因素的试验研究

随着燃气热泵的大力推广,有关燃气热泵排放的标准愈发严格。通过燃气热泵烟气排放试验,研究在燃气热泵稳定运行工况下,燃气消耗量、过量空气系数、发动机转速对燃气热泵烟气排放的影响。结果表明:w(NOx)和烟气温度整体随燃气消耗量的增加呈上升趋势,提升过量空气系数可以降低w(NOx),并使w(CO)维持在较低水平。从降低污染物排放的角度来说,过量空气系数宜维持在1.40左右。随着发动机转速的增加,w(NOx)和w(CO)都呈先降后升的趋势,最小值均出现在转速为1250 r/min左右时,而且烟气温度与发动机转速呈线性正相关。

电驱动和燃气驱动空气源热泵运行设备的分析

对燃气驱动以及电驱动空气源热泵的制热过程进行了分析,得出各个运行设备的损、效率以及热力完善度。研究结果表明:空气源热泵的四大部件:蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀的损分别为0.372、2.722、1.219、0.322。燃气空气源热泵与电驱动空气源热泵均等效为一次能源时,系统的效率分别为22.52%、17.4%,可以看出燃气空气源热泵效率较电驱动空气源热泵高,燃气机热泵更经济节能。

沼气机热泵复合式空调系统数值计算与能耗分析

沼气机热泵空调是以农用沼气并辅少量电力作为能源输入,向室内提供冷量或者热量的系统。建立了换热器数学模型、喷水室数学模型、一次回风式空调数学模型,并且定义了评价沼气机热泵空调系统性能的一次能源利用率。通过模型求解,比较了沼气机热泵空调和普通电动热泵空调的能耗情况。结果显示:制冷工况下,沼气机热泵复合式空调系统利用系统余热来实现空气的再热,可达到消除室内余热余湿的目的。系统总的一次能耗最大节能75%。制热工况下,首先通过换热器进行预热,然后通过喷系统热水,进行热湿处理。系统总的一次能耗最大节能71%。沼气机热泵增加了湿处理功能,扩大了沼气机热泵的应用范围。

利用吸收式热泵机组提取浅层地热的复合型集中供热方式研究

提出一种利用集中供热系统提供的高温热水驱动吸收式热泵机组提取浅层地热的复合型集中供热方式。通过一次能源利用效率、经济性分析等角度比较可知,相对常规热电联产集中供热方式,该方式可在集中供热系统热源不扩容、系统能耗不增加的前提下大幅提高原供热系统的供热能力,降低供热成本;相对电驱动土壤源热泵供热方式,该方式采用一次热网提供的高温热水作为驱动热源做功,替代高品质的电做功,可大幅减少耗电量,更好地实现能源梯级利用。在满足相同供热量条件下,吸收式土壤源热泵机组供热方式具有一次能耗低、地下埋管换热面积小、冬季地下取热量小和利于冬夏土壤热平衡等优点。

燃气机热泵的热电冷三联供系统分析

提出了一个燃气机热泵的热电冷三联供系统，并介绍其组成．为分析燃用不同气体燃料的系统热力学完善程度，提出了标准气耗的概念．对热电冷三联供系统的分析结果表明，该系统的一次能源利用率可达１．４９，比热电冷分供高一倍，标准气耗则降低一半左右．

燃气机热泵变负荷特性的试验研究

燃气机热泵是一项高效节能技术 ,在试验条件下其一次能源利用率 PER为 1 .1 3～ 1 .79。为了解变负荷时燃气机热泵的性能 ,通过试验得到了燃气机热泵的发动机负荷特性、发动机余热回收和燃气机热泵的总体特性曲线。结果表明 :随着发动机转速的增加 ,燃气机热泵的 COP和 PER是下降的。但下降的幅度较为平缓 ,且保持较高的数值。通过对 IPLVCOP值的分析 ,发现燃气机热泵的 IPLVCOP比热泵系统的大 ,这说明燃气机热泵的部分负荷性能好 。

冷热电三联供燃气机热泵系统的[火用]损功率分析

从能量品位梯级利用的角度针对冷热电三联供燃气机热泵系统进行分析,提出了系统的火用损功率这一定义,并且分析了冷热电三联供燃气机热泵系统在不同冷凝温度,蒸发温度以及不同压缩机转速时系统的火用损功率,由此得出了对冷热电三联供燃气机热泵系统设计有一定指导意义的结论:从能量品质的角度出发应该尽量选取热效率比较高的发动机;减少发电机的发电量,可以考虑直接用发动机带动水泵的方式;根据南北方地域的不同要综合考虑冷凝温度和蒸发温度对系统的影响;选用换热效果比较好的换热器,即尽可能地将有冷量火用及热量火用产生和利用换热器的火用损功率降至最低;不应当将发动机的转速定的过高,应该选择发动机的经济运转速度为好,高转速的燃气机热泵是不经济的。

二氧化碳两相冷却系统的特性

将CO2作为新型机械泵驱动两相流冷却系统的循环工质研究其在两相区的工作特性.在对该系统的各个重要组成器件和工作原理进行阐述后,通过实验对系统在变热负荷变流量条件下的动态响应特性进行研究,并由实验数据对储液器与主回路之间的热质交换进行分析.结果表明:由于系统参数和边界条件的改变引起储液器内气液相界面的震动,使得系统的绝对压力有所变化,从而引起储液器内处于两相状态工质温度的变化,而储液器的温度决定了蒸发器的温度,所以在流量改变和热负荷变化的时候蒸发器内工质会产生温度的脉动;由于CO2具有稳定的化学性质和良好的热力学特性,特别是在饱和态下比其他制冷剂更小的液/气密度比,使其作为机械泵驱动环路式热管系统的循环工质不仅减小了系统的设计体积和质量,而且能够实现长距离复杂回路小温度梯度均匀的散热效果和稳定的工作状态.

空气源燃气机热泵空调系统的应用研究

对燃气机热泵进行热力学第一定律分析、（火用）分析和能级分析,结果表明燃气机热泵具有高的热力学完善性,能量利用过程也比较合理。阐述了空气源燃气机热泵的容量确定,并对机组在我国的应用进行探讨。认为机组在东北地区应采用燃气锅炉进行辅助加热,并采用交替运行方式,在黄河流域应用应按供热工况设计,在长江流域应用应按空调工况设计,在华南地区应用则可以缓解夏季电力紧张。

风力热泵经济环保性能分析

建立了包括风力发电机模型、蓄电池模型、热泵模型、建筑物动态负荷计算模型及典型年气象数据库在内的风力热泵年度性能分析模型,以青岛地区一住宅用风力热泵为例进行了模拟研究,并分析了风力热泵的经济性、环保性及匹配性能.结果表明,风力热泵在满足住宅负荷要求的同时可有效减少市电需求以及温室气体和污染物排放量,具有良好的碳减排效果,而且多台小功率风力发电机并联比单台大功率风力发电机单独驱动的风力热泵的供冷供热年单位面积成本更低,经济性更好.

新型空间机械泵两相流冷却系统周期波动温度边界下的散热特性实验研究

分析了机械泵驱动两相流冷却系统的工作原理、数学模型以及主要参数。在CO2为循环工质的实验台上,对机械泵驱动的主动式两相流冷却系统的主要部件的温度分布特性、阻力特性和流量特性进行了实验研究。对系统的热量传递特性进行计算分析。研究结果表明:冷凝边界的温度波动接近于30℃,在沿10 m的蒸发段,进出口温差能够保证小于0.3℃,温度随时间的波动小于0.4℃。分析表明,机械泵驱动两相流冷却系统具有较高的等温性和较稳定的传热特性;以机械泵为驱动力使得机械泵驱动两相流冷却系统以较小的能耗就能实现较大的热量传递,使主动式热控系统的工作能力得以提高。