太阳能-地源热泵与热网互补供热系统运行特性

目的为缓解能源危机、综合利用能源、提高能源利用效率,研究太阳能-地源热泵与热网互补供热系统在严寒地区的运行特性.方法建立两种模式的太阳能-地源热泵与热网互补供热系统:模式一为循环流体先进入蓄热水箱;模式二为循环流体先进入地下埋管换热器,并对系统的运行特性进行对比.以TRNSYS瞬时模拟软件为平台,建立互补供热系统仿真模型,对整个供暖期系统的动态性能进行分析.结果模式一的水箱总蓄热量为134 858 k Wh大于模式二的132 296 k Wh;模式二热泵机组的性能系数(COP)为4.06大于模式一的4.04,模式二的地埋管总换热量为201 149 k W大于模式一的198 571 k Wh.结论热网补热时间集中在12月中旬到次年的2月中旬,而在供暖初期和末期补热需求较少.当以太阳能为主要热源时,可以考虑采用模式一,以确保集热器的高效率,提高集热器集热量;当以地源热泵为主要热源时,模式二可以合理利用太阳能,节省更多的电能.     

超低温空气源热泵在严寒地区供暖应用研究

以吉林省敦化市为例,根据采暖期室外气温实际情况,对空气源热泵在严寒地区低温条件下供暖情况进行应用研究.在综合考虑空气源热泵结霜、除霜和低温环境下制热量情况下,对运行能耗、费用、回收年限进行分析.得出室外采暖计算温度为-20℃,且室外气温低于-15℃的时数占绝大多数的地区,采用超低低温空气源热泵机组时,可以实现全供暖期高效运行.     

太阳能辅助空气源热泵冬季运行性能研究

太阳能辅助空气源热泵有效地将两种可再生热源复合利用,实现了太阳能与空气热能的优势互补,本文主要介绍了太阳能辅助空气源热泵的系统组成、运行模式及原理。通过对华北科技学院太阳能辅助空气源热泵系统实验台的冷凝器进出口温度、室内温度、耗电量等相关参数进行实测,与普通空气源热泵和其他供暖方式进行对比分析,重点研究了该系统的实际节能性。结果表明:太阳能辅助空气源热泵耗电量与空气源热泵基本持平,但太阳能辅助空气源热泵的制热量高于空气源热泵,其白天模式制热量为空气源热泵的1.4倍,COP是空气源热泵的1.5倍;夜间模式与空气源热泵相比,制热量为其1.2倍,COP是其1.2倍。同时太阳能辅助空气源热泵的运行费用与碳排放与传统区域供暖方式也有所降低,因此是一种节能减排的供暖方式。     

基于TRNSYS的地源热泵优化设计仿真模拟分析

利用TRNSYS瞬时仿真模拟软件建立地源热泵低温地板辐射供冷供热系统模型,对严寒地区办公建筑地源热泵低温地板辐射系统长期运行情况进行模拟,结合连续性实验,对软件模拟和实验得到的数据进行分析,并用实验得到的数据对数值模拟得到的结果进行验证.通过对不同机组选型、不同地埋管换热器钻孔个数、不同单位井深换热量工况下,系统长时间连续运行时机组平均COP以及土壤温度场进行模拟,发现机组容量越接近37.5 kW,COP越高,钻孔15～20个、单位井深换热量18～24 W时可以达到最佳运行效率.     

空气源热泵换热器与岗亭壁体一体化供暖性能

设计一种由太阳能供电、空气源热泵换热器与亭壁一体化的供暖岗亭.首先,建立一体化岗亭设备模型,并采用Matlab语言编制仿真程序,对岗亭进行性能模拟;然后,选取太原某日工况,对岗亭模型进行实验验证,并对其供暖季性能进行分析.结果表明:亭壁蒸发器吸收室内外两侧空气热量、得热量比相同条件下,常规风冷蒸发器高31.41%;供暖季系统性能系数(COP)为3.22~4.96,平均COP值为4.18,高于常规风冷热泵,节能效果良好;供暖季太阳能发电量可满足岗亭热泵压缩机耗电量需求,证明岗亭可实现供暖零能耗.     

严寒地区太阳能土壤源热泵土壤温度场特性

为了解决严寒地区地源热泵长期运行所引起的土壤温度逐年降低问题,建立了太阳能全年补热的土壤源热泵系统模型.结合某办公建筑土壤源热泵项目,建立了2口120 m深U形垂直埋管试验井,进行热响应试验,得出制热工况与制冷工况的土壤导热系数与热扩散系数分别为1.883 W·(m·K)~(-1)和7.608×10~(-7)m~2·s~(-1);制冷工况的导热系数与热扩散系数分别为1.758 W·(m·K)~(-1)和9.203×10~(-7)m~2·s~(-1).利用TRNSYS软件平台模拟了土壤温度场变化,结果表明:热泵运行10年的土壤温度降为5.17℃,获得了供暖、供冷、过渡季节的太阳能联合土壤源热泵系统的土壤温度的恢复情况.     

太阳能季节性蓄热系统的应用研究

针对严寒地区农户、别墅独栋建筑,探索太阳能跨季节储热技术,在冬季供暖中的应用。设计方案从太阳能的年辐射量入手,分析了太阳能夏季可以提供的热量、以及建筑物冬季消耗的热量。提出太阳能存储、直接内供暖的方案,考虑到节省初投资的因素,为了减少造价,提出了太阳能结合水源热泵系统的供暖方案,以及太阳能结合空气能热泵的供暖方案。考虑了节能效率与运行费用的影响因素,该研究对采用太阳能复合热泵采暖具有一定的指导意义。     

跨季节空气-土壤蓄热式热泵系统可行性分析

为探讨空气-土壤蓄热式热泵（air - soil heat storage heat pump，ASHSHP）系统在寒冷地区的供暖可行性，以邢台市某住宅楼为研究对象，利用TRNSYS软件对ASHSHP系统进行模拟分析，系统模拟运行20年时，定时蓄热模式与定温蓄热模式下，ASHSHP系统的土壤温降分别为2.20 ℃、1.26 ℃，机组性能系数（coefficient of performance，COP）均值分别为3.96、3.99，定温蓄热模式下系统的供暖效果更佳，对其进行可行性分析。结果表明：定温蓄热模式下ASHSHP系统比太阳能-土壤源热泵（solar-ground source heat pump，SGSHP）系统的能耗高0.90%，供暖总增值费用减少100.7万元；与传统燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉供暖系统相比分别可节约32.27%、17.37%、60.83%的能耗，运行费用高于燃煤锅炉，但与其他两种供暖系统相比分别可节省约20.89%、60.83%；利用模糊分析法得到ASHSHP系统的环境优度略低于SGSHP系统，但远高于燃煤锅炉和电锅炉供暖系统。     

太阳能辅助空气源热泵夏季制冷性能提升

翅片上涂有太阳能选择吸收涂料的太阳能辅助空气源热泵夏季运行时冷凝温度升高,导致系统COP和制冷性能下降。为解决这一问题,通过采用正压均流太阳能辅助空气源热泵系统以及制冷对照实验的方法,研究了气流组织形式、太阳辐射强度大小对不同压缩机频率下太阳能辅助空气源热泵系统性能的影响。结果表明,通过优化气流组织形式和改变遮阳条件,系统COP提升14.1%,仅比对照机组低3.0%,表明该设备可直接用于居住建筑;此外,不同系统形式均在压缩机频率为50~60 Hz时具有最高的系统COP,为系统匹配不同负荷特性建筑提供了依据。     

严寒地区公共浴池废水余热回收利用研究

目的解决严寒地区公共浴池洗浴用水量大、洗浴废水余热浪费严重的问题,探讨系统机组制热性能和计算洗浴废水余热回收利用率.方法以辽宁省沈阳某大学浴池洗浴废水余热回收利用情况为例,利用温湿度测试系统、超声波流量计等仪器设备对该高校污水源热泵系统洗浴废水进、出口温度,蒸发器和冷凝器的进出口温度等进行实测,通过计算确定机组制热性能系数(COP)及洗浴废水余热利用率,分析机组能效比.结果洗浴废水进口温度为28.2～34.5℃,温度变化范围较小,比较稳定.机组COP值比较高且比较稳定,机组传热系数受洗浴人数和机组使用时间影响较大.洗浴废水中含有以COD为代表的微生物,通过测试发现洗浴废水水温较高,不利于COD等微生物的生长.严寒地区公共浴池余热利用率可以达到80%以上.结论低品位余热回收用于严寒地区公共浴池洗浴废水回收是一种有效的余热利用方式,在现有余热回收利用技术的基础上,较好地保证了节能性和经济性.     

太阳能辅助空气源热泵夏季制冷性能的提升

翅片上涂有太阳能选择吸收涂料的太阳能辅助空气源热泵夏季运行时冷凝温度升高,导致系统性能系数(coefficient of performance,COP)和制冷性能下降。为解决这一问题,通过采用正压均流太阳能辅助空气源热泵系统以及制冷对照实验的方法,研究了气流组织形式、太阳辐射强度大小对不同压缩机频率下太阳能辅助空气源热泵系统性能的影响。结果表明,通过优化气流组织形式和改变遮阳条件,系统COP提升14.1%,仅比对照机组低3.0%,表明该设备可直接用于居住建筑;此外,不同系统形式均在压缩机频率为50～60 Hz时具有最高的系统COP,为系统匹配不同负荷特性建筑提供了依据。     

严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补的运行模式

目的研究严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补供热系统的运行特性,确定更适合严寒地区的运行模式.方法建立一套地埋管与两套地埋管两种模式的太阳能-地源热泵与热网互补供热系统;并对这两种模式下的运行特性进行分析比较.以TRNSYS瞬时模拟软件为平台,建立互补供热系统的仿真模型,对系统性能进行了仿真模拟.结果两套管时循环水的进出口平均温差为3.5℃,一套管时循环水的进出口平均温差为3.3℃,两套管高于一套管0.2℃;两套管的最大换热效率比一套管高35.5%,蓄热量高出89.5%;两套管的土壤蓄热体温度年变化量为0.17℃,一套管为0.66℃;系统运行十年后,两套管土壤蓄热体的温度从12℃下降到10.3℃,一套管从12℃下降到了5.4℃.结论两套地埋管的运行模式更加适合严寒地区互补供热系统的长年运行.     

户式空气源热泵地板供暖系统实测分析

空气源热泵与辐射地板相结合是长江流域出现的一种新的住宅供暖方式,部分负荷下的运行能效比(COP)值是决定该系统节能性能的关键.本文在重庆市区某住宅中建立了实验系统,在室外气温接近冬季平均温度、负荷率约为50%的条件下,进行了21个工作周期的测试,测得制热COP平均值为2.75,与额定COP接近;工作周期运行COP平均值为2.07,比制热COP平均值低25%.分析表明,采用水温参数进行热泵机组控制是造成工作周期运行COP较低的主要原因.通过对系统特性的分析,提出采用室温为主参数、结合热泵出水温度进行热泵机组控制的新方案.     

改善三套管蓄能型热泵系统供热性能的实验

为改善室外低温条件下空气源热泵的供热性能,提出了三套管蓄能器供热模式.实验比较了三套管蓄能器单独供热、联合空气源热泵供热以及太阳能辅助三套管蓄能器供热的运行稳定性及制热COP等供热特性.实验结果表明,太阳能辅助三套管蓄能器供热模式可有效改善三套管蓄能器的供热性能,在太阳能热水温度为28℃,热水流量为300L/h的工况,机组蒸发温度为-2.8℃,制热COP为2.8,有效缓解了空气源热泵在低温环境中的供热不足.     

空气源辅助吸收式地源热泵系统性能模拟

针对严寒地区集中供热系统存在能源利用效率低,地源热泵系统存在土壤吸/排热不平衡问题,提出空气源辅助吸收式地源热泵系统(AGSHPS),该系统采用热管与蒸气压缩式复合的新型空气源热泵热水机组保障系统运行的可靠性。介绍系统的运行模式及运行控制策略,建立各主要部分的数学模型,选取乌鲁木齐地区的某办公建筑为对象,对该系统长期运行特性进行数值模拟。研究结果表明:系统全年综合性能系数约为1.18,相比蒸气压缩式地源热泵系统节能率为12.4%~24.0%,系统全年运行土壤取/排热量的不平衡率为7.8%,系统可保证长期高效稳定运行。     

基于不同动态负荷的太阳能辅助地源热泵系统供暖特性研究

建立了太阳能辅助地源热泵系统(SAGSHPS)动态仿真模型,基于间歇负荷1(8:00-20:00末端开启)、间歇负荷2(18:00-次日7:00末端开启)和连续负荷(末端全天24h开启)条件,对大连地区SAGSHPS在整个供暖期内的运行过程分别进行逐时动态仿真,分析了3种典型动态负荷下SAGSHPS的运行特性.结果表明:冬季最冷日内不同负荷下,系统供暖运行方式不同.间歇负荷1下系统以地源热泵(GSHP)和太阳能热泵(SHP)交替供暖;间歇负荷2下系统以地源热泵供暖为主,只在入夜初期辅以太阳能热泵供暖;连续负荷下系统白天以太阳能热泵供暖,夜间以地源热泵供暖.整个供暖期内,蒸发器入口温度对热泵机组性能系数的影响高于对系统性能系数的影响;对于太阳能、地热能和电能对热负荷的贡献比例而言,蒸发器入口温度越高,太阳能对热负荷的贡献比例越大,地热能的贡献比例越小,而电能的贡献比例变化不明显.     

太阳能—空气源热泵直接地板辐射采暖系统的实验研究

介绍了一种新型的太阳能-空气源热泵直接地板辐射采暖系统,把空气源热泵、太阳能系统和直接地板辐射采暖结合起来,在充分利用太阳能的同时,保证供暖系统的高效稳定运行。在甘肃兰州地区搭建采暖实验房进行实验研究,对实验结果分析表明,系统在晴天、阴天和雪天三种典型天气状况下运行的平均COP分别为3.4、2.6、3.1。室外温度8℃时达到最大COP值4.2,系统稳定运行后,室内温度在20℃左右轻微波动,满足冬季室内供暖需求和舒适性要求。     

严寒地区超低能耗建筑太阳能-地热能联合供能系统运行工况测试分析

本文对太阳能-地热能联合供能系统进行了介绍,并就系统在示范工程上的冬季、夏季运行模式、土壤源温度变化进行了详细阐述.对冬季、夏季运行工况进行测试分析,分析结果表明:对于严寒地区进行太阳能-地热能联合供能在满足室内环境要求情况下不仅能利用可再生能源大大降低能耗,并且用数据说明了该能克服土壤源温度不平衡的问题,可为严寒地区太阳能-地热能的联合应用提供借鉴.     

高原严寒地区观察哨楼连续式太阳能供暖系统

针对高原严寒地区边防执勤哨楼燃料缺乏，无法正常供暖的实际困难，提出了将被动式太阳房技术、主动式太阳能集热技术、相变材料蓄热技术集为一体的连续式太阳能供暖系统，并对该系统进行了研究。使得单纯利用太阳能向室内连续供暖成为可能。通过在高原严寒地区边防执勤哨楼的应用，表明该系统能够实现向室内不间断供暖。     

太原地区太阳能耦合空气源热泵一体化热水系统性能分析

为解决太阳能热水系统占地大、供热水稳定性差、空气源热泵冬季易结霜、能效比较低的问题,提出太阳能/空气能蒸发集热器并构建其热泵热水系统.建立该系统的TRNSYS模型,分别研究太原地区的夏季和冬季工况的系统制热性能参数变化情况.研究结果表明:在夏季高温太阳辐射照度大典型工况下,该系统平均制热性能系数(COP)值为6.026,较空气源热泵热水系统提高44.16%;在冬季低温高湿易结霜典型工况下,该系统平均COP值为3.25,较空气源热泵热水系统提高6.56%.