基于ANFIS的太阳能-空气源热泵供暖系统温度控制研究

针对太阳能-空气源热泵供暖系统运行环境复杂多变,模糊控制器的设计高度依赖人工经验的问题,提出一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)改进的模糊控制方法。该方法利用ANFIS在复杂系统建模中的优势,结合供暖系统温度响应特性和实际运行数据,建立联合供暖系统变工况ANFIS模型,生成与系统性能适配的模糊规则库并传递给模糊控制器执行。Matlab/Simulink仿真对比试验表明,与单一的模糊控制相比,该方法的控制精度提高了17.65%,调节时间缩短了36.4%,具有更高的控制精度和响应速度。

超低温空气源热泵与太阳能供热系统在寒冷地区的优化应用

为了加强对环境的保护,推动可持续发展社会的建设,超低温空气源热泵联合太阳能供热系统被研发出来。该联合系统的应用极大地缓解了当前能源紧张的问题,同时对降低环境污染、提高能源利用率、降低供暖成本也有着积极的作用。基于此,围绕超低温空气热源泵与太阳能供热系统展开论述,对当前超低温空气源热泵与太阳能联合供热系统结构进行分析,剖析其中所存在的问题,同时针对问题提出超低温空气源热泵与太阳能供热系统的优化方案,将其应用于北方寒冷地区的一建筑当中,并对应用效果进行分析。

考虑空气源热泵负荷聚合参与的需求响应

基于“电网-聚合商-负荷”三级架构,提出空气源热泵负荷聚合参与需求响应的控制策略。供暖运营商作为热泵负荷的聚合商,在保证用户热舒适度的基础上,利用建筑本身的蓄能能力,结合分时电价最小化供热成本,并对负荷可调节潜力进行评估。当电网调度部门下发调控指令后,考虑用户舒适度和电网调节需求,基于多目标遗传算法分配各负荷调节量,在满足调控目标的同时可改善调控带来的聚合功率振荡、反弹负荷大等问题。最后,仿真验证所提策略的有效性。

驱动源及低温热源双向梯级利用热泵工艺研究

为提高一次能源利用效率,针对大庆油田吸收式热泵余热提取工艺进行了改进,采用驱动源和低温热源双向梯级利用热泵工艺,提高了能源利用效率。传统热泵工艺COP为1.7,采用双效梯级利用工艺COP达到2.7。双向梯级利用热泵工艺为耦合蒸汽直拖离心式热泵和蒸汽驱动吸收式热泵对余热余压梯级利用的工艺流程,利用中温中压蒸汽梯级驱动两级热泵,充分发挥了蒸汽的做功能力;同时梯级提取含油污水低温余热,使含油污水温度从35℃降至21℃,传统热泵工艺从35℃降至25℃。综合能源利用效率较传统热泵工艺提高了50%。

冷凝器面积对空气源热泵制热性能的影响研究

目的研究低温条件下空气源热泵的烘干性能。方法论文主要采用焓差法研究在换热面积和室外温度(温度为7、−12、−20℃,相对湿度为65%)不同时,空气源热泵的制热量、输入功率、能效等性能。结果在7℃环境中,增加室内侧换热器面积,热泵的制热量提高了19%,系统能效提升了14%,但输入功率增加了5%;在−12~−20℃环境中,增加室内侧换热器面积,热泵的制热量提升了5%,系统能效提升明显,最大可提升27%,输入功率最大降低为17%。结论增加室内侧换热器面积,系统焓差降低,但是能提高系统在低温下的循环风量,制热性能更加优异。

阵列低环温空气源热泵外流场模拟研究

建立了无墙面阻碍和有墙面阻碍情况下低环境温度空气源热泵六列四行的阵列物理模型,对以261.15 K为名义工况下的空气源热泵外环境流场进行三维数值模拟。对比研究不同水平风速下蒸发器换热面入口空气温度和换热量,分析冷风回流现象对低环温空气源热泵传热性能的影响,指出最恶劣工况机组的位置。环境风存在阻碍风机出口冷空气的扩散,使风机出口偏转角增大,导致冷空气在风机上部堆积,阵列内部以及背风侧的机组冷风回流现象更加明显。结果表明:当机组横向间距为0.6 m时,水平风速分别从0 m/s增至5 m/s,阵列机组最低入口空气温度比环境温度低2.44~3.69 K,平均换热量下降1%~6.2%,平均入口空气温度比环境温度低0.78~1.57 K;当机组距墙间距为0.6 m时,水平风速分别从0 m/s增至5 m/s,阵列机组最低入口空气温度比环境温度低3.51~4.14 K,平均换热量下降5.9%~11.5%,平均入口空气温度比环境温度低1.29~1.98 K。在此基础上对不同横向间距、不同距墙间距下阵列空气源热泵进行模拟,结果表明:增大横向间距或距墙间距均能改善阵列低环温空气源热泵机组的换热。当横向间距增至1.2 m,阵列机组平均换热量可达原来机组换热量的96.5%以上;距墙间距增至1.2 m,阵列机组平均换热量可达原来机组换热量的91.3%以上。横向间距或距墙间距为1.2 m为较好安装间距。

高效空气源热泵式烤房优化设计

针对普通燃煤烤房能源消耗大、污染环境和生物质燃料烤房存在较大的安全隐患等问题,对普通烤房进行改造,引入空气源热泵系统,利用流体力学软件FLUENT对烤房不同气流形式结构、装烟室地面分风坡结构、加热室底部导流板结构的烘烤过程进行数值模拟,以获得烘烤性能最优的烤房结构形式;同时对温湿度控制系统进行设计,以实现烤房温湿度的精准调控,最后开展节能应用效果和温湿度操控性能正交试验。试验结果表明:所设计的空气源热泵烤房与普通燃煤烤房和生物质燃料烤房相比,能源消耗减少,平均烘干1 kg烟叶可分别节约0.77元和0.35元,烟农节能增收成效显著;在温湿度调节上更加准确灵敏,烟叶烘烤质量明显提高。

“双碳”目标下河北省农村取暖的低碳转型实施路径研究

在“双碳”目标下,农村取暖面临低碳转型。在对河北省农村取暖现状分析的基础上,对“双碳”目标下农村低碳取暖的需求进行了总结。以河北省张家口地区、唐山地区、石家庄地区的农村住宅为例,对在取暖季分别采用传统散煤取暖、天然气取暖、生物质成型燃料取暖、电直热取暖、空气源热泵取暖、“光伏+空气源热泵”取暖6种取暖方式时的需热量、用能量、污染物排放量、取暖费用、初始投资进行了对比分析,并探究了适合河北省农村取暖的低碳转型实施路径。研究结果表明:1)不同取暖方式中,“光伏+空气源热泵”取暖在清洁、低碳、可持续方面的综合表现最优,但其初始投资较高,可采用“政府补贴+银行贷款”的形式进行推广。2)在目前河北省农村地区清洁取暖改造已基本完成的情况下,其取暖的低碳转型实施路径具体为:在气代煤、电代煤未覆盖区域,对剩余使用寿命大于等于20年的房屋建筑,优先推广采用“光伏+空气源热泵”取暖;对老旧房屋建筑,推广采用空气源热泵取暖或生物质成型燃料取暖。在电代煤区域,可发展屋顶分布式光伏发电,以解决电代煤取暖方式取暖费用高、碳排放量高等问题。在气代煤区域,仍保留原燃气输配管道向用户输送燃气用于做饭,然后结合当地经济和社会特征、资源禀赋,推广应用绿色低碳技术和节能设备。在目前现状下,可先推广屋顶分布式光伏发电的应用,再逐步推广采用空气源热泵取暖;然后由天然气取暖和“光伏+空气源热泵”取暖协同应用逐步向单一采用“光伏+空气源热泵”取暖方式发展。

某纯电动车型的余热热源与空气源热泵控制策略研究

随着纯电动汽车市场的进一步拓展,为了满足北方客户在寒冷天气下的采暖需求,并缓解低温环境下纯电动汽车续驶里程的衰减,需要对纯电动汽车在低温下的整车热管理控制策略进行更加贴合使用场景的优化。通过针对某纯电动车型在低温环境下不同使用场景中余热热泵与空气源热泵热管理控制策略的研究与实车验证,将热泵热管理系统的有效使用环境温度下限从-15℃拓展到了-20℃,并且实现了该车型在-7℃低温环境下CLTC工况续驶里程衰减率达到31.2%的优秀水平。

带有经济器空气源热泵在超低温环境下制热运行实验研究

选择用带有经济器的空气源热泵机组(简称热泵机组)系统进行制热工况研究,设计4组实验对其制热性能进行研究。结果表明:在各实验工况下,主电子膨胀阀存在最佳开度,最佳开度为保证一定过热度范围所对应的最大开度,在最佳开度下,热泵机组最大值热量为额定工况的85.99%、76.58%、57.46%、38.25%,能效分别为2.21、2.08、1.95、1.55。补气电子膨胀阀的开启可以有效提升制热量,但随着补气阀开度的增大,系统能效有所降低,若以能效比作为热泵机组优化运行目标,可能导致制热量不足。此外,补气回液也是影响热泵机组制热量和能效的主要因素,在补气口未回液时,热泵机组制热量分别提高了18.35%、12.14%、25.95%,但补气口回液时,制热量降低了15.22%。

地域与建筑类型对低环温空气源热泵减碳量定量评估的影响分析

针对低温空气源热泵减碳量定量评估方法缺失的问题,基于DeST与GB 55015—2021的规定得出该类机组的标准化年使用条件,并采用哈尔滨实测气象数据进行了验证。依据T/CECA-G 0164—2022的规定,提出了低温空气源热泵减碳量的评估方法。通过实验室的测试数据及自行编制的计算软件对2台样机进行了减碳量评估,结果表明:在不同建筑类型应用时,低环温空气源热泵减碳量差距最大为74%;不同城市的减碳量差距最大为28%;寒假的设置对学校建筑减碳量的影响为24%。研究结果对低温空气源热泵的应用具有参考价值。

某住宅小区温湿度独立控制空调系统设计

以南京某住宅项目为例,介绍了该项目复合式地源热泵系统、空调水系统、新风系统、空调末端、温湿度及防结露控制。该空调系统采用集中冷热源、分户换热系统,节省了管网投资,降低了输送能耗。用户侧定压补水采用竖向分区减压补水,控制用户侧毛细管系统工作压力,提高了毛细管辐射末端可靠性及使用寿命。置换新风系统采用局部微降板埋地处理,以节省户内空间。其竖向分区的新风系统减小了户内风井面积,增加了使用面积,由双冷源深度热回收新风机组集中回收排风能量,优化了冷凝器配置,热泵回收低温排风能量,提高了内置热泵效率。该项目系统设计对住宅毛细管辐射系统设计具有一定的参考价值。

吨水耗电量在太阳能空气源热泵热水系统的应用

随着建设绿色低碳校园的理念提出,太阳能空气源热泵技术在高校得到了广泛应用。为了更好地分析和评价太阳能空气源热泵热水系统的节能降碳效果,以某高校宿舍楼为研究对象,设计了并联式太阳能空气源热泵(SC-ASHP)热水系统,分析了该系统的年实际运行情况,并与单一热泵(ASHP)热水系统的运行情况进行了对比研究。结果表明:该高校宿舍楼典型用水高峰期在18:00-22:00时,这有利于并联式太阳能空气源热泵热水系统在白天利用太阳能加热水箱,剩余不足部分由热泵进行补热。吨水耗电量可作为评价该热水系统运行效果的关键参数,并联式太阳能空气源热泵热水系统吨水耗电量y随环境温度T_a升高在逐渐降低,随进水温度T_(in)升高先减小后增大。在T_a和T_(in)都是11.5℃时,系统吨水耗电量达到最小值,这是因为当T_(in)>11.5℃时,不利于热泵凝汽器放热,热泵效率降低,热水系统吨水耗电量随之增大。并联式太阳能空气源热泵热水系统吨水耗电量整体低于单一热泵热水系统,其中热泵对系统吨水耗电量的影响最大。并联式太阳能空气源热泵热水系统比单一热泵热水系统年平均节省电量为4.18万kW·h,年平均降低CO_(2)间接排放量为41.67 tCO_(2),具有明显的节能降碳效果。

低温空气源热泵与太阳能生活热水系统在医院的设计实践

以某中医院建设项目为例,研究探讨了医疗设施中的生活热水供应系统低碳设计。传统的医院热水供应通常依赖集中式锅炉加热方式,该方法存在的问题包括能源利用率低、机房空间占用大、运行成本高昂、存在生产安全隐患等。这些因素间接影响了医疗服务品质及患者的就医感受。鉴于上述挑战,该研究创新性地引入了夏热冬冷区域适用的低温空气源热泵技术,并结合太阳能集热系统来共同满足生活热水的制备需求;此方案通过多层级利用可再生能源,有效减少了医院热水系统的能耗,促成了碳排放的减少。同时,经由科学合理的热水系统设计,还解决了热水温度波动引发的使用者不适问题。旨在分享低温空气源热泵技术在医疗建筑热水供应设计中的经验,为同行业者在可再生能源应用于医院热水系统方面提供参考和借鉴。

郑州某空气源热泵供热项目实测分析

为了挖掘影响空气源热泵系统供热性能的主要参数,该研究通过在住户客厅中布置温度测点,同时在供热系统供回水干管处布置温度、流量监测点进行相关数据监测,对郑州某空气源热泵供热项目的性能进行实测分析。测试结果表明,空气源热泵系统中热泵机组占热泵系统总能耗的比重较大,从节能的角度,可以选用能效较高的空气源热泵机组来降低运行成本。针对循环水泵的节能降耗,可以采用自动变频技术根据供回水温差调节循环水泵的运行频率。

寒冷地区农村低温空气源热泵运行特性试验研究

为获得低温型空气源热泵在北方寒冷地区的实际运行特性,对河北省保定市一典型农村住宅安装的空气源热泵机组进行了为期3 d的供暖工况实测。分析测试数据发现:实测室外工况与机组额定工况差距显著,机组平均制热量与平均COP值高于额定值的主要原因是室外温度高于机组额定工况下的室外干球温度。在冬季阴雨雪天气工况下机组的平均制热量、不包含除霜情况下的平均COP值较晴天工况分别下降60.7%、53.4%,反映了机组在阴雨雪天气工况下的制热效果不及晴天工况。研究结果表明:低温空气源热泵机组制热量可以满足冬季供暖的基本需求,室内温度难以达到供暖设定温度是由机组除霜、压缩机频繁停机及建筑保温性能不佳所致。

高原农牧区超低温空气源热泵供热性能试验研究

为解决青海省农牧区的冬季供热问题,文章以超低温空气源热泵在该地区运行的热力性能为研究对象,选取了当地4户居民住宅作为空气源热泵供热技术应用试点,通过现场模拟试验测试分析了不同运行方案下的实际运行性能,以及环境温度和出水温度对系统制热性能系数及供热量的影响。测试结果表明:对住户采用二次系统双风盘加散热器供热模式的制热性能系数最高,可达2.51,且供暖期间室内平均温度保持在20℃左右,波动范围不超过5℃,供热性能较为稳定。系统COP值和供热量随着出水温度的降低、环境温度的升高均逐渐增大。当出水温度为35℃时,系统COP值始终满足最低要求。此外,当供热量一定时,采用光伏发电耦合空气源热泵系统供热比传统的燃煤供热减少碳排放量约5.23 t,证明该系统环保效益显著,可实现清洁供热。

空气-土壤蓄热式热泵系统的实测与模拟研究

为解决寒冷地区单供暖土壤源热泵系统运行引起的土壤热失衡问题,在邯郸某小区土壤源热泵系统的基础上,增设空气换热机组,构成空气-土壤蓄热式热泵系统。利用实测数据对蓄热季典型工况下地埋管进出口水温、蓄热量进行分析,结果显示室外气温较高时,地埋管进口水温和蓄热量较高,有利于地埋管蓄热。利用Trnsys软件建立系统仿真模型,分析不同因素对土壤温升的影响,模拟结果表明:适当增大空气换热器换热面积、空气流量均可提高土壤温升值,但温升趋势逐渐趋于平缓。当空气换热器传热系数为40.0 W/(m^(2)·K),土壤目标温升为3.0℃时,依据土壤温升的拟合曲线得到2个方案:方案1,空气流量150×10^(3)m^(3)/h,空气换热器面积9 494.4 m^(2);方案2,空气换热器面积13 494.4 m^(2),空气流量105×10^(3)m^(3)/h。方案1和方案2每延米地埋管分别需要对应匹配0.086 m^(2)和0.123 m^(2)的空气换热器面积。空气-土壤蓄热式热泵系统连续运行10 a后,方案1和方案2的土壤温度分别下降0.23℃和0.21℃,2个方案单位供暖面积费用分别为13.85元和12.67元,方案2优于方案1。

高速公路服务区建筑供暖方案对比分析

以山西省某高速公路服务区固体蓄热和空气源热泵供暖改造项目为案例,从理论上研究了环境温度、峰平谷电价对两种方案适用性和经济性的影响,综合分析可知,在一定工况条件下,当环境温度高于某个临界温度值时,宜采用空气源热泵供暖,且峰平谷电价差值越大,空气源热泵优势越明显。可为山西省高速公路收费站和服务区站点供暖方案的选择提供理论和实例基础。

空气源热管热泵技术用于煤矿井筒防冻的节能安全研究

针对煤矿井筒防冻这种特殊供热需求,本文采用分体式热管作为空气源热泵的冷凝换热器,空气源热泵采用低冷凝温度,小压比高效运行,根据热力学第二定律,热泵系统能效比高,同时可以在低温环境下安全运行。通过实验样机测试,验证了热泵系统小压比运行能效比很高,同时热管换热器可以提供较高温度的热风。通过2023年冬季在邢东煤矿井筒防冻的工业实验应用,验证了小压比高效能空气源热管热泵系统完全可以满足井筒防冻供热需求,能够为煤矿井筒防冻提供能源应急保障、同时系统稳定,在环境温度-20℃下不但可以可靠供热,系统能效比也超过了3.0,远高于传统空气源热泵,节能效果显著、运行安全。该技术为煤矿提供了节能、安全的井筒防冻技术手段。