含相变储热的喷射式热泵系统模拟与优化研究

为了实现热电解耦,有效提高可再生能源利用率,将相变储热技术应用于热泵系统中,构建含相变储热罐的跨临界CO2喷射式热泵系统。首先,建立储热装置的数学模型,采用Modelica非因果建模语言在Dymola平台对系统储热过程进行模拟,获得相变储热罐的温度分布、瞬时储热量、系统COP等储热特性。同时对比了常规储热水箱、PCM储热罐与PCM-水多级储热罐的理想储热量、设备体积、储热性能等,详细分析相变储热热泵系统的优势,为促进其实际应用提供参考。此外,提出基于模型的单目标与多目标优化策略,采用遗传算法对系统的性能进行优化,得到最优设计参数和运行参数,与优化前相比储热过程的系统COP提高了28.73％,有利于系统的高效运行,为改进和优化系统性能提供了依据。     

寒冷地区村镇住宅建筑单热源供热系统设计与优化

对不同规模的村镇住宅建筑供热系统优化设计方案与全生命周期内的经济性展开研究.首先,采用TRNSYS软件模拟得到60~2 000 m²范围内不同供热面积村镇住宅建筑的动态热负荷,并对太阳能、电锅炉、地源热泵及空气源热泵4种不同热源供暖系统的控制运行情况进行模拟,得到不同热源供暖系统在不同供热面积下的优化设计方案.在此基础上,对不同热源供暖系统在全生命周期内的经济性进行对比分析,得到不同村镇住宅建筑供热面积下的热源推荐方案.结果表明:对于不同热源供暖系统的总费用,电锅炉供暖系统最大,太阳能供暖系统最小,太阳能供暖系统总费用比电锅炉供暖系统减少近65%.     

地下防护工程空调相变储热水池储热性能实验研究

针对既有地下防护工程传统空调冷却水池储热能力不足,外置冷却塔易造成工程红外暴露而影响工程安全的问题,提出了采用空调相变冷却水池方案以期增强系统储热能力,延长工程隔绝防护条件下空调系统运行保障时间.搭建了地下防护工程空调相变储热水池实验台,研究了定负荷条件下相变储热单元用量、冷却水流量对相变储热水池储热性能的影响;考虑添加相变储热单元对水池储热能力与连续保障能力的影响,提出了地下防护工程空调相变储热水池储热性能评价指标:相变储热水池单位体积储热量和基于出口温度定义的相变储热水池保障效能系数.研究表明:向地下防护工程空调储热水池中加入相变单元能够提升空调储热水池储热能力;与未加入相变储热单元的空调储热水池相比,当相变储热单元体积占空调储热水池有效容积的2.84%、4.26%时,相变储热水池单位体积储热量分别提高了6.35%和9.03%,相变储热水池保障效能系数分别提高了7%和11%,空调系统运行保障时间分别延长了1.77 h和2.82 h;在实验条件下,流速从250 L/h提高至450 L/h时,水池单位体积储热量和保障效能系数均有所降低,大流量工况(450 L/h)下,相变储热单元存在未完全融化,水池储热能力与连续保障能力明显降低,因此在不影响热泵机组正常运行和水池储热性能的情况下,适当降低冷却水流量对空调储热水池储热系统是有益的.     

低谷电相变储热技术在净水厂中的应用

为满足冬季净水厂房温度保持在7℃以上的生产需求,在传统市政供暖的基础上,通过低谷电相变储热技术的应用改造,将净水厂办公区采暖与生产区供暖进行有效分离,实现了整个水厂分区域、分时段供暖。低谷电相变储热技术对供热一次端进行改造后,采用电锅炉+热库供暖系统供暖,在夜间谷电(23:00～次日7:00)时段维持空间防冻保温采暖的同时对热库充热,并在其他时段利用热库供暖。从2017年采暖季整体运行情况看,在满足水厂供暖需求的同时,为企业有效降低了运行成本。     

太阳能热泵地板供暖系统测试与经济性研究

在中国北方城市一住宅内设置了太阳能热泵地板供暖装置,测试了系统的冬季运行情况,结果显示系统满足该用户的冬季供暖要求.并基于有限时间热力学理论和集热器热损失模型,建立了太阳能热泵地板供暖系统的热力学模型,并对该系统进行了热经济分析.研究在给定供热率和初投资的条件下,以系统的供热系数作为热经济性目标函数,得出了在目标函数取最大时系统最佳的运行性能系数和设计参数.同时还研究了初投资对系统运行以及设计参数的影响,得出了对应给定供热率系统的最佳初投资及其相应的设计参数.     

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。     

基于太阳能发电的空气源热泵供热系统研究

提出了太阳能发电与市电互补的空气源热泵供热系,结合某处办公建筑,给出了其空气源热泵供热系的设计方案,搭建了实际的空气源热泵供热系统。对太阳能发电与市电互补的空气源热泵供热系统进行了实验研究,结果表明当光伏电源与市电切换时,负载电压与电流波形畸变率较小,系统能够平稳运行。对整个冬季的蓄水箱水温、供暖房间空气温度、系统耗电量等参数进行测试,与传统供热方式比较,系统的经济性显著提高。     

太阳能发电的空气源热泵供热系统研究

提出了太阳能发电与市电互补的空气源热泵供热系,结合某处办公建筑,给出了其空气源热泵供热系的设计方案,搭建了实际的空气源热泵供热系统。对太阳能发电与市电互补的空气源热泵供热系统进行了实验研究,结果表明当光伏电源与市电切换时,负载电压与电流波形畸变率较小,系统能够平稳运行。对整个冬季的蓄水箱水温、供暖房间空气温度、系统耗电量等参数进行测试,与传统供热方式比较,系统的经济性显著提高。     

集中供热系统的节能措施研究

节能降耗是国家乃至世界面临的问题,供热系统节能也是供暖工作的重要任务。特别是对没有采用分户供暖的老供暖系统,优化运行管理方式,采取科学可行的节能措施,降低供热成本,提高供暖质量尤为迫切。     

太阳能联合生物质能供暖系统热性能和能源特性的分析

充分利用太阳能和生物质能能够为建筑提供清洁能源，并且可解决严寒和寒冷地区传统供暖方式能耗高、效率低等问题，因此，本文提出一种以太阳能和生物质能作为热源的供暖系统，并对其进行性能分析。该系统运行采用太阳能单热源运行模式(模式一)和太阳能-生物质能双热源运行模式(模式二),用以应对不同的工况，并在南疆图木舒克市搭建试验平台进行测试。结果表明：模式一太阳能集热器和板式热交换器平均热效率分别为63.35%和81.38%,系统的能源效率为72.48%,(火用)效率为28.35%,模式二太阳能集热器和板式热交换器平均热效率分别为61.35.%和65.36%,生物质锅炉能源效率为78.69%,系统能源效率为68.67%,系统(火用)效率为26.39%。与传统的供暖系统相比，模式一的节能率高达96.19%,模式二的节能率达到59.09%;模式一的PMV为-0.5,模式二的PMV为-0.7,两种模式的热舒适性都良好。     

分布式变频供暖系统实验比较研究

提高供热系统的能效并且降低输配的能耗,是对传统集中动力式输配系统进行节能的主要技术手段。近些年,集中供热事业不断发展,供热管网的规模不断增大,但是,传统阀门调节的形式存在着能源消耗巨大、调节效果不明显等种种问题。介绍了应用变频泵替换用户支路的调节阀的分布式变频供暖输配系统,并对分布式变频供暖输配系统与传统集中动力式输配系统的输配能耗和供暖效果进行了实验对比研究。结果表明分布式变频供暖系统具有更灵活的调节性能,并具有明显的节能效果,运行能耗下降16%。     

降低热网回水温度的钢厂余热回收供暖分析

余热回收供暖是实现节能减排和清洁供暖的重要手段。本文定量分析了降低热网回水温度对钢厂低品位余热回收率的影响,提出了基于降低热网回水温度的钢厂余热回收供暖系统,研究了系统内各余热回收单元及内部换热网络的确定原则,构建余热供暖系统等效COP作为系统性能评价指标,并以某钢厂为例确定了低品位余热回收流程及经济性。结果表明,当热网回水温度降低至15℃时,钢厂低品位余热回收率达100%;余热回收供暖系统等效COP为6.1;余热回收供暖系统使得一次热网供热能力达到798 MW;基于降低热网回水温度的钢厂余热回收供暖系统静态回收期约为4年,具有良好的经济效益。     

一种新型三水箱太阳能热水系统及控制策略

在传统集中式双水箱太阳能热水系统的基础上,提出一种引入补水加热水箱的新型三水箱太阳能热水系统,并进一步开发了相应控制策略,以在太阳辐射量较低和较高情况下均可充分利用该水箱蓄存太阳能并对补水进行加热,从而实现系统太阳能保证率的提升和辅助热源运行时间的减少. 为探究所提系统的运行性能,建立了TRNSYS仿真模型并通过实验对其进行了验证. 在该模型的基础上,对该系统运行性能及相应影响因素进行了分析. 研究结果表明,与传统系统相比,所提系统全年太阳能保证率的相对提升率为22.42%;单纯增大补水加热水箱体积并不会使得系统全年太阳能保证率不断提升,因此实际应用中应综合考虑系统全年太阳能保证率与初投资以合理选择补水加热水箱体积;在不同用水行为模式下所提系统与传统系统相比均可更为充分地利用太阳能. 此外,针对长沙地区某居住建筑的经济性分析显示,与传统系统相比,采用所提系统后年运行费用降低了18.31%,相应投资回收期为0.66年.     

浅谈垂直单管顺流式采暖系统热计量的改造方案

随着集中供热系统供暖热计量技术的推广,传统集中供暖系统的计量改造势在必行。介绍了垂直单管顺流式采暖系统热计量的改造原则、改造措施以及相应的供热运行方案。     

太阳能热泵—地板辐射采暖系统的节能性分析

选取兰州地区某节能办公楼为建筑模型,利用清华大学开发的建筑热环境设计模拟工具包(DeST),计算了供暖季的逐时空调负荷,结合系统运行的情况,利用费用年值法对该系统与传统的集中供暖系统及电热膜取暖系统进行了经济性比较分析,结果表明,该系统较集中供暖系统和电热膜取暖系统低.     

新型太阳能空气集热器性能研究及供暖测试

太阳能作为清洁可再生能源在供暖领域得到越来越多的应用,集热器作为太阳能热利用的核心部件在供暖方面发挥了重要作用。为了获得新型双通真空管太阳能空气集热器热性能,通过搭建测试平台对其进行试验研究。试验结果表明：新型双通真空管太阳能空气集热器,热性能较优,集热器平均瞬时集热效率为66.7%,与普通空气集热器相比,效率更高;集热器热损较小,最大为2.092 W/（m2·℃）。基于该集热器组成太阳能+电加热联合采暖系统,并对不同天气条件下单独采用该集热器的太阳能供暖系统的运行效果进行初步测试分析,结果表明:单独使用该集热器进行供暖的房间,当太阳辐照强度持续大于250 W/m2,集热器出风温度高于30 ℃,室内温度高于16 ℃的时长可达6～7小时,可满足白天大部分时间段供暖需求,供暖效果较优。研究结果可为太阳能空气集热器供暖系统在农村地区的应用及推广提供参考。     

翅片间距对管翅式相变储热单元储热特性的影响

为研究翅片间距对储热单元的储热时间与储热量的影响,对管翅式相变储热单元的结构优化设计奠定基础,设计4种不同翅片间距的管翅式换热器,通过数值模拟与实际实验数据探讨翅片间距对储热时间及储热量的影响,进而选取两组翅片间距模型分析供暖运行参数对储热特性的影响规律。结果表明：在热泵工作温区下,翅片间距最小比最大模型的完全熔化时间缩短了79.57%,储热量减少了13.31%;进水温度升高,熔化时间缩短,储热量增加,与进水温度为55℃相比,进水温度为70℃的两组模型熔化时间分别缩短64.45%和65.77%,储热量分别增加17.27%和19.35%;进水流量提升促进相变材料熔化,最大入口流量与最小流量相比,两组模型完全熔化时间分别提升了11.54%和8.17%,储热量在8 h内分别增加8.10%和16.59%,且存在阈值流量,超过该流量后对储热量的影响很小。可见,减小翅片间距不仅降低储热量,还会导致储热单元成本显著提高,因此储热时间充裕的情况下,可以考虑适当放宽翅片间距以降低换热器的成本。     

智能化太阳能供暖控制系统的设计

论述了智能化太阳能供暖控制系统硬件和软件的设计方法,该系统根据PT100温度传感器采集的太阳能真空管出水口温度和室温,利用单片机控制水泵、电磁阀实现储热、供暖,实现太阳能的高效利用,昼夜不间断供暖,供暖温度灵活可调,从而降低了热量的浪费.     

多建筑类型集中供热系统的节能优化策略

针对寒冷地区某高校集中供热系统建筑类型不一致、供热需求复杂、运行成本高等现状,提出了多建筑类型集中供热系统节能优化运行调节方法.根据对各类型建筑的供热需求分析和改进基本供热调节方程,分别提出基于室内区域特征温度的建筑分时、分区、分温控制方法和换热站变压差质-量动态调节方法,并于2016-2017年供暖季将调节方法运用于该高校某复杂集中供热系统的实时控制.运行结果表明,在满足供热需求的前提下,与2015-2016年供暖季相比,2016-2017年供暖季耗热量下降22.9%,用电量下降33.6%,证明了所提优化运行调节方法节能的有效性,可为复杂集中供热系统提供参考.