基于最优扭矩控制策略的混合动力燃气热泵经济性分析

针对燃气热泵运行时发动机工况偏离标定区从而导致系统运行效率降低的问题,提出利用磷酸铁锂电池作为辅助动力源的混合动力燃气热泵系统。采用理论与实验相结合的方法建立了系统的数学模型,并以发动机最优扭矩为优化目标,分析3种工作模式下的扭矩分配和热效率变化,在此基础上,将电池荷电状态等效转换,以总燃气消耗量评价混合动力系统的经济性。研究结果表明:在不同运行模式下,发动机扭矩维持在28.3～31.3 N·m,热效率保持在25.0%以上;随着发动机转速从750 r/min增加到2 400 r/min,系统的燃气消耗量为2.93 kg,相比于普通的燃气热泵系统,燃气消耗量减少约31.9%。     

带储能单元的燃气机热泵供暖季运行分析

针对冬季建筑热负荷典型日逐时变化特点以及燃气机热泵系统运行特性,提出将储能单元应用于燃气机热泵系统,建立了系统热平衡模型及评价指标,基于建筑热负荷波动范围设计了储能单元储放能策略及系统工作模式分区(Mode L,P,F,O),对系统进行了实验测试,结果表明加入储能单元后燃气发动机可一直运行在经济转速范围(1,200~2,000,r/min)内,系统日均一次能源利用率(PERh)为1.48,较传统燃气机热泵系统PERh提升了4.2%,,燃料消耗量减少12.5%,,较好地平衡了燃气机热泵系统制热量与建筑实时热负荷间的供需关系.     

燃气驱动冷热水机组变转速运行实验研究

研制了一种燃气热泵冷热水机组,介绍其实验系统流程及主要装置设备,建立了系统的性能系数和一次能源利用率的数学模型,探讨了燃气热泵变负荷运行特性,重点分析了发动机转速对系统余热回收量、燃气的消耗量、制冷剂流量等的影响.实验结果表明:在20%～100%负荷范围内,实验系统具有良好的变工况运行特性;在系统制热模式、循环水量不变和进口水温恒定等条件下,随着发动机的转速增大,制冷剂流量、燃气消耗量、系统回收热量和系统制热能力增大,而系统的性能系数和一次能源利用率却减小.发动机转速在2000～2500r/min时,系统的部分负荷性能最佳.     

光伏太阳能热泵/环形热管复合热水系统性能模拟

针对光伏太阳能热泵/环形热管(PVSA-HP/LHP)复合热水系统建立数学模型,对该系统在热泵(HP)模式独立运行、环形热管-热泵(LHP-HP)复合模式运行下的性能进行对比模拟。基于压缩机耗能最少的原则,分析太阳辐照强度和环境温度的变化对LHP-HP模式下合理切换时刻的影响,并以此为基准计算系统在复合模式下全年各月份的运行状况。研究结果表明:在春、秋季典型晴天工况下,将150 L水从15℃加热到50℃的运行过程中,LHP-HP模式的平均热效率和电效率分别比HP模式低37.00%和6.88%,但节约40.60%的电能;随着太阳辐照强度的增强以及环境温度升高,LHP-HP模式下切换时刻的冷凝水温升高,压缩机所消耗的电能减少。在3~11月份晴天工况下,应尽量优先采用LHP-HP复合模式运行以节约电能;在冬季或太阳辐照较低时,则采用HP模式独立运行。     

热泵热水装置的性能分析

针对食品、生物等领域中低温热水的应用特点,给出了一种适于工业热水制取的热泵热水装置,分析了热水温度、热水供应方式、时间运行模式、热泵驱动能源等对其性能的影响.研究表明,热水温度在50～90℃之间变化时,热泵热水装置的能源效率COP相应在4.5～2.4之间变化;燃气热泵热水装置与电驱动热泵热水装置相比,其热水制取费用及环境负荷均可降低一倍以上;当热泵热水装置需采用电能驱动时,宜尽量在谷值电价时段运行,且热水供应中由热泵直接制取所需温度的热水.     

微型冷热电联供系统的优化运行

研究了以燃气内燃机和吸附制冷机为核心的微型冷热电联供系统.以满足冷、热、电负荷需求时能源运行成本最低为优化目标,建立了联供系统经济最优化模型.并以应用场合负荷需求作为计算基础,得出具体的联供系统最优化运行策略.研究结果表明:联供系统具有良好的热经济性;联供系统最优化运行模式与能源价格有关,在天然气价格不变时,电价越高,联供系统运行经济性越好.     

采用R1234yf制冷剂的汽车超低温强化补气热泵空调性能

本文提出一种基于强化补气(EVI)技术的汽车超低温热泵空调系统,采用新型低全球变暖潜能值(GWP)的R1234yf制冷剂作为运行工质,并与传统制冷剂R134a进行性能对比测试与热泵系统优化.在-20℃超低温环境中,该热泵系统制热量与制热能效比(COP)可达2 kW与2.0以上,相较于传统热泵分别提升了30%与14%,可以满足低温环境下乘员舱的制热需求.采用R1234yf制冷剂的热泵系统的制热性能虽比采用R134a制冷剂的热泵系统略有不足但基本持平,且强化补气的效果优于R134a制冷剂.此外,增大内部冷凝器面积、优化室外换热器与压缩机等部件均可显著提升热泵空调系统的性能与能效.     

燃气机热泵变容量调节过热度控制

过热度控制是燃气机热泵系统高效、安全、稳定运行的基础．针对燃气机热泵启动、正常运行工况下的过热度控制策略及燃气机变转速对过热度控制效果的影响进行了研究,提出一种新的基于启动阶段采用前馈．模糊自适应PID和正常运行阶段采用模糊自适应PID实现燃气机热泵过热度控制的控制策略,并将其应用到燃气机热泵实验系统中．实验结果表明：燃气机热泵系统启动阶段过热度最大超调量小于5℃,调整时间为300s左右;正常运行阶段,燃气燃气机转速大范围改变时,模糊自适应PID控制效果优于增益调度控制,高转速时过热度的控制效果明显优于低转速;模糊自适应PID应用于燃气机热泵系统可有效克服系统干扰,提高控制质量．     

SOFC/MGT混合发电系统变工况控制模式及性能分析

以220kW的SOFC/MGT混合发电系统为研究对象,建立了相应的数学模型,分析了不同控制模式对混合发电系统变工况性能的影响.结果表明:对于220kW的SOFC/MGT混合发电系统,在单独SOFC燃料控制模式(Case 1)下,系统的稳定负荷必须大于70%;在变转速控制模式(Case 2)下,系统的稳定负荷必须大于77%;而在定转速恒定电池温度的控制模式(Case3)下,系统最低负荷可以低到59%.在相同负荷条件下,Case 2对应的系统效率最高,Case 1对应的系统效率最低.为保证混合发电系统的高效率,并扩大混合发电系统的运行范围,提出了一种新的控制模式,可以使得混合发电系统最低负荷达到45%,而系统效率始终保持在56.4%以上.     

R134a和R407c对热泵空调系统性能的影响

为了比较R134a和R407c两种制冷剂对热泵空调系统性能的影响,对热泵空调系统分别充注以上两种制冷剂,在焓差实验室分别测试它们在蒸发温度(-25~15℃)、冷凝温度(30~70℃)下的排气温度、制冷量、制热量、输入功率和COP。通过试验结果分析得出:蒸发温度对制冷量和制热量的影响大,冷凝温度对压缩机输入功率影响大;空调冬季供热时,R407c的平均COP比R134a高27.6%;空调夏季制冷时,R134a的平均COP比R407c高4.3%。因此,空调系统在低温环境运行时应选择R407c,而空调系统在高温环境运行时则选择R134a。     

燃气机热泵热水器季节运行模式及其性能实验

针对燃气机热泵热水器在全年制取生活热水的同时可满足对建筑冬季供暖夏季供冷的需求,对系统不同季节运行模式下的性能进行了实验研究,并利用季节一次能源利用率(SPER)的评价方法对系统性能进行评价.结果表明:夏季供冷兼制生活热水模式下,系统SPER为2.16,比单纯制取生活热水模式季节性能提高了46.9%;春/秋自然通风兼制生活热水模式下,转速为1,000,r/min时系统SPER最高为1.99;冬季供暖兼制生活热水模式下,系统SPER为1.82,比单纯制取生活热水模式季节性能提高了15.9%.     

燃气机热泵系统的制冷性能

对燃气发动机驱动的空气．水热泵系统进行了制冷性能的实验研究．在充分回收发动机余热的情况下,在大范围工况下对影响系统性能的几个重要因素即蒸发器进水温度、蒸发器进水流量、燃气发动机转速以及环境温度等进行了实验研究．结果表明：环境温度31．2℃,蒸发器进水温度由12℃升高到23℃时,室内侧制冷量增加20．4％,系统一次能源利用率提高13.2％;另一方面,当发动机转速由1300dmin升高到190Cr／min时,系统一次能源利用率先增加15．2％,而后降低7．5％,在1600r／min出现峰值．最后获得燃气机热泵系统制冷的最优工况．     

汽机热泵系统热力学分析与运行优化

建立了汽机热泵系统的内可逆数学模型,并基于有限时间热力学对系统性能进行了分析研究.汽机热泵系统由内可逆汽机循环和内可逆压缩式热泵循环组成.在动力部分保持一定的输出功率和热泵部分保持一定的制热率的前提下,以损失最小为优化目标函数进行优化研究,得到了系统运行参数、汽机效率、热泵cop和系统性能系数随无因次输出功率和无因次制热率的变化关系.算例研究显示动力运行参数随输出功率趋于线性变化,热泵cop的变化明显,系统性能系数随输出功率和热泵制热率的增大均增加.优化结果可为汽机热泵系统运行提供指导.     

热电热泵在非设计工况条件下的性能分析

 采用直流电源模拟太阳能电池板输出不稳定电压驱动热电热泵工作,通过实验测试研究了在连续长时间工作、电压跳跃变化和极限电压工况下,热电热泵冷端温度T_c、热端温度T_h、冷热端温差T_d的变化对其制冷/制热的性能系数（COP）的影响。结果表明,在适宜的电压范围内,热电热泵的制冷速度快、工作性能稳定且能够长时间连续工作,而制热效果明显优于制冷效果,制热效率（E_h）平均高于制冷效率（E_c）约0.8;热电热泵的最佳工作电压区间为2~4 V,此时的冷端温度低、制冷量大、COP 值在理想范围(E_c=0.87~1.89,E_h=1.75~2.75);随着工作电压增高,热电热泵的冷热端温差增大,COP 值减小,当电压大于8V 后,冷热端温差大于45℃,COP 值降至最小,工作性能较差。     

夹点分析优化后的油田联合站分布式能源系统特征与节能潜力

胜利油田进入特高含水期,开采难度加大,采油成本上升,节能已成为采油厂成本控制的主要因素,采用燃气轮机或燃气内燃机发电、烟气驱动热泵回收污水余热和加热原油等工艺相结合,可以构建基于天然气的分布式能源系统。通过对传统联合站以及联合站分布式能源系统进行夹点分析,从而实现能流分析优化。基于燃气内燃机变工况能流模型,通过热力模拟进行燃气内燃机的燃烧计算,对水套加热炉加热原油的传统联合站进行夹点分析。基于烟气余热驱动的溴化锂吸收式热泵能流模型,对联合站分布式能源系统进行夹点分析。对联合站分布式能源系统与传统联合站进行了对比分析,联合站分布式能源系统节能潜力达24%,为实现“双碳”目标做出了贡献。     

不结霜燃气机热泵的建模与性能分析

不结霜燃气机热泵将发动机废热收集起来,一部分引入空调房间直接供暖,一部分引向室外蒸发器参与换热。建立了不结霜燃气机热泵的数学模型,通过系统模型的求解分析了不结霜燃气机热泵的性能结果表明：不结霜热泵的性能受室外温度湿度的影响明显小于常规热泵,能量利用率高,性能系数最大可达到5.00,系统的最高一次能源利用率为1.97;废热热水不但能够直接向房间辅助供暖,还能提高系统的蒸发温度,防止系统的蒸发器结霜,提高系统的性能系数和一次能源利用率;不结霜燃气机热泵系统具有较高的能源利用效率和较好的节能环保效果。     

不同运行策略下的分布式系统多目标分析

为寻求能源供给系统在经济-安全-环保-节能的协调,依托"互联网+"思维,构建了一套分布式冷电联供系统,主要包括动力子系统、地源热泵子系统、蓄能子系统。建立了在偏离设计工况时不同设备的性能模型,在此基础上,以运行费用、CO_2排放和一次能源消耗为目标函数,分析了电负荷跟踪运行策略、热负荷跟踪运行策略、混合跟踪运行策略和动力设备(PGU)最大效率跟踪运行策略下系统中各设备的运行时间、运行状态及系统总性能的变化。结果表明,与传统电网购电的分供系统相比,分布式系统的经济性、环境性较好,一次能源消耗较低。热负荷跟踪策略的经济性和环境友好性最优,运行费用和CO_2排放分别降低了32.7%和45.3%;最大效率跟踪策略经济性最差,但由于PGU机组连续运行,其一次能源消耗降低最多,为86.7%。不同运行策略结果可为分布式系统的运行提供一定的理论参考。     

烟气余热复合供暖对生物质直燃发电系统性能的影响

针对生物质直燃发电系统排烟含水蒸汽量大、潜热回收潜力巨大的状况,首次提出了一种生物质直燃发电与吸收式热泵和水源热泵集成的热电联供系统,利用TRNSYS软件对复合供暖系统进行了建模,分析了系统的稳定性,并对系统进行了建模分析及系统效益分析.结果表明:复合供暖系统在采暖季可以稳定为用户输出热量,其中采暖季吸收式热泵运行的性能系数均值为1.61,水源热泵的性能系数平均值为4.32,复合供暖系统的效率为41.85%.加入复合供暖系统后,节能率提升了5.2%,综合能源利用率提升了7.8%,烟气余热回收利用率提升了15.5%,年节约标煤6 416.5 t,年减排CO₂量16 682.98 t、SO₂量128.33 t、NO_X量449.16 t.     

车用柴油机变工况下双有机朗肯循环系统的性能分析

为充分利用柴油机的余热能量,针对一台车用六缸柴油机,设计了一套双有机朗肯循环系统,用来回收柴油机的排气能量和冷却系统具有的能量.该双有机朗肯循环系统包括高温循环和低温循环,均采用R245fa作为工质,高温循环用于回收柴油机排气能量,低温循环用于回收柴油机冷却系统能量和高温循环冷凝过程中工质所释放的能量.通过台架试验,在研究柴油机变工况下余热能分布特性的基础上,对双有机朗肯循环系统的余热能回收潜力进行了分析. 分析结果表明:在柴油机整个工况范围内,双有机朗肯循环系统的净输出功率最高可达26.58 kW,系统热效率最高可达14.62%;柴油机-双有机朗肯循环联合系统在燃油经济性和动力性方面具有明显的优势.