多能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、建筑能耗占我國(guó)社會(huì)總能耗的30％以上，建筑節(jié)能已成為國(guó)家節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。提高可再生能源在建筑能耗中的利用比例是建筑節(jié)能的一項(xiàng)重要措施。現(xiàn)階段空氣源熱泵(ASHP)、太陽(yáng)能熱泵(SAHP)等熱泵系統(tǒng)已在建筑中得到了普遍應(yīng)用。然而，我國(guó)北方大部分地區(qū)冬季氣溫較低，加之太陽(yáng)能存在的低能量密度、間歇性等問題，常規(guī)熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用受到了巨大限制。因此，研發(fā)經(jīng)濟(jì)高效、性能穩(wěn)定、適用地域廣的新型熱泵系統(tǒng)的成為解決這一問題的有效途徑。
　　

2、太陽(yáng)能、空氣熱能是資源量大、可普遍獲取的兩種可再生能源，為了充分發(fā)揮空氣源熱泵、太陽(yáng)能熱泵的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各自的不足，本文研發(fā)了一種多能互補(bǔ)熱泵(CEHP)系統(tǒng)并進(jìn)行了性能實(shí)驗(yàn)研究。多能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng)集成了真空管太陽(yáng)能熱水器和空氣源熱泵，采用翅片式空氣換熱器和沉浸式盤管換熱器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)組成熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，冷凝器同樣采用沉浸式盤管換熱器形式，再由毛細(xì)管組成節(jié)流裝置，在壓縮機(jī)循環(huán)推動(dòng)做功下，實(shí)現(xiàn)了熱量的傳遞和轉(zhuǎn)換。熱泵系統(tǒng)的吸熱熱源可以是空氣

3、中的攜帶的熱能，也可以是來自真空管太陽(yáng)能集熱裝置收集的太陽(yáng)能熱水，供暖末端采用的是低溫地板輻射采暖和室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管并聯(lián)的方式。通常情況下空氣能作為一級(jí)優(yōu)先級(jí)能量來源，太陽(yáng)能集熱裝置收集的熱能作為第二級(jí)優(yōu)先級(jí)能量來源。系統(tǒng)有空氣源熱泵獨(dú)立運(yùn)行模式、太陽(yáng)能水源-空氣源熱泵聯(lián)合運(yùn)行模式、水源熱泵獨(dú)立運(yùn)行模式，根據(jù)室外環(huán)境狀況和用戶需求切換運(yùn)行模式可實(shí)現(xiàn)制熱(水)、制冷等多種功能。
　　 為了研究寒旱地區(qū)多能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng)特定環(huán)境、特定模

4、式下供熱性能，并針對(duì)冬季制熱工況制定合理的運(yùn)行模式切換方案，以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合的效益評(píng)價(jià)。本課題進(jìn)行了以下研究工作：
　　 1.依據(jù)供暖目標(biāo)房間的結(jié)構(gòu)，選擇供暖和制冷各自末端布置方式，并針對(duì)冬季室內(nèi)外環(huán)境條件，設(shè)計(jì)了一套多能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng)。
　　 2.在特定室外環(huán)境下，對(duì)該系統(tǒng)三種運(yùn)行模式各自的供熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了該系統(tǒng)空氣源熱泵獨(dú)立運(yùn)行模式、太陽(yáng)能水源-空氣源熱泵聯(lián)合運(yùn)行模式、水源熱泵獨(dú)立運(yùn)行模式的供熱性能參

5、數(shù)，包括系統(tǒng)制熱量，熱泵性能系數(shù)(Coefficient of Performance)COPhp，系統(tǒng)性能系數(shù)COPsys以及實(shí)時(shí)狀態(tài)的冷凝壓力與溫度、蒸發(fā)壓力與溫度、地暖熱水流量、壓縮機(jī)耗功、熱泵機(jī)組耗功等。
　　 3.結(jié)合熱泵系統(tǒng)供熱性能的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與熱負(fù)荷理論模型的分析結(jié)果，制定出適用于不同環(huán)境條件下的三種運(yùn)行模式的切換方案。
　　 4.針對(duì)CEHP系統(tǒng)處于冬季工況的運(yùn)行工況優(yōu)化結(jié)論如下：室外溫度在0～5℃，系統(tǒng)采

6、用雙熱源運(yùn)行時(shí)低溫水源的溫度維持在10～15℃范圍內(nèi)，此時(shí)COPhp和COPsys可達(dá)2.19和1.86，系統(tǒng)平均制熱量也可以維持在3500W左右；室外溫度在-5～0℃，系統(tǒng)采用雙熱源運(yùn)行時(shí)低溫水源的溫度維持在15～25℃范圍內(nèi)，此時(shí)COPhp和COPsys可達(dá)2.17和1.82，系統(tǒng)平均制熱量也可以維持在3300W以上。
　　 5.以熱力學(xué)基本理論為基礎(chǔ)對(duì)CEHP系統(tǒng)進(jìn)行火用分析，火用分析結(jié)果表明系統(tǒng)在雙熱源模式運(yùn)行時(shí)的火用效

7、率明顯高于單一空氣源模式，從用能經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，系統(tǒng)盡可能多以雙熱源模式運(yùn)行，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率可以保持較高水平，此時(shí)系統(tǒng)火用效率可達(dá)0.3429。
　　 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)在于：研發(fā)了一套多能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng)并初步揭示了系統(tǒng)性能。
　　 本課題研發(fā)的熱泵系統(tǒng)有效結(jié)合了自然環(huán)境中可廣泛利用的太陽(yáng)能、空氣熱能等可再生能源，可以同時(shí)滿足北方寒冷地區(qū)冬季采暖、夏季空調(diào)及全年生活熱水需求，初步解決了空氣源熱泵和太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)冬季惡劣