寒冷地區(qū)多能互補(bǔ)熱泵系統(tǒng)的性能實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)寒冷或嚴(yán)寒地區(qū)占國(guó)土面積的70％以上，這些地區(qū)一年有1/3的時(shí)間需要供暖。目前我國(guó)冬季普遍采用的供暖方式有燃煤或燃?xì)忮仩t小區(qū)集中供暖和以煤炭、天然氣、秸稈為燃料的分戶式供暖兩種，這兩種供暖方式能耗高、效率低、污染嚴(yán)重。利用太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉垂┡絹?lái)越受到人們的重視。然而，由于太陽(yáng)能的間歇性和低能量密度，傳統(tǒng)空氣源熱泵在冬季低溫條件下系統(tǒng)性能明顯下降，因此，空氣源熱泵或太陽(yáng)能熱泵在我國(guó)廣大北方地區(qū)的推廣應(yīng)用都受

2、到了嚴(yán)重制約。研發(fā)經(jīng)濟(jì)高效、性能穩(wěn)定、適用地域廣的多能互補(bǔ)熱泵系統(tǒng)成為解決這一問(wèn)題的有效途徑。
　　 為了利用太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、空氣熱能實(shí)現(xiàn)冬季供熱，本課題研發(fā)了一套太陽(yáng)能-生物質(zhì)能-空氣熱能-電能多能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng)（MEHP），并在甘肅省皋蘭縣搭建了一套多能互補(bǔ)的非直膨式開(kāi)口系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)研究了冬季氣候條件下系統(tǒng)的供熱性能，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 (1)根據(jù)兩間相鄰的10.7m2房間的冬季供暖熱負(fù)荷，設(shè)計(jì)并

3、搭建了MEHP系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在2012年12月份實(shí)驗(yàn)研究了空氣源模式、太陽(yáng)能-空氣能互補(bǔ)模式和太陽(yáng)能-生物質(zhì)能-空氣能互補(bǔ)模式等模式下系統(tǒng)的供暖性能。研究結(jié)果表明:當(dāng)環(huán)境溫度低于-6℃時(shí)，以空氣源模式運(yùn)行系統(tǒng)性能較差，系統(tǒng)平均COPs只有1.27，供暖房間內(nèi)的平均室溫只有14.9℃，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求;而以太陽(yáng)能-空氣能互補(bǔ)模式運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)性能相比空氣源模式有較大幅度的提高，平均系統(tǒng)COPs達(dá)到了1.83，比空氣源模式下的COPs提高了

4、44.1％，平均室溫可達(dá)到20.8℃，可以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求;以太陽(yáng)能-生物質(zhì)能-空氣能互補(bǔ)模式運(yùn)行時(shí)，平均系統(tǒng)COPs也達(dá)到了1.83，同樣比空氣源模式下的COPs提高了44.1％，平均室溫達(dá)到了20.2℃;系統(tǒng)以空氣源模式運(yùn)行時(shí)，空氣熱能的輸入系統(tǒng)的能量份額為21.26％，系統(tǒng)以太陽(yáng)能-空氣能模式運(yùn)行時(shí)，太陽(yáng)能和空氣能輸入系統(tǒng)的能量份額分別為35.82％和21.59％，以太陽(yáng)能-生物質(zhì)能-空氣能互補(bǔ)模式運(yùn)行時(shí)，太陽(yáng)能、生物質(zhì)能和空氣能

5、輸入系統(tǒng)的能量份額分別為20.11％、18.80％和18.42％;后兩種模式下系統(tǒng)對(duì)可再生清潔能源的利用份額總和都超過(guò)了55％，同時(shí)后兩種模式下的一次能源利用率分別比空氣源模式下提高了21.5％和20.4％，說(shuō)明系統(tǒng)在多能互補(bǔ)模式下節(jié)能和環(huán)保效果明顯;實(shí)驗(yàn)證明所構(gòu)建的多能互補(bǔ)熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于寒冷地區(qū)供暖是可行的，且在既有的設(shè)備條件下，可以保證在冬季晴天保證率≥75％的氣候條件下實(shí)現(xiàn)以太陽(yáng)能-空氣能互補(bǔ)模式+太陽(yáng)能-生物質(zhì)能-空氣能互補(bǔ)模式

6、進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的供暖。
　　 (2)對(duì)MEHP系統(tǒng)進(jìn)行了火用分析，提出了提高系統(tǒng)火用效率的措施。三種模式下系統(tǒng)的火用效率分別為28.12％、25.32％和22.83％;太陽(yáng)能集熱器、沼氣熱水器和壓縮機(jī)在循環(huán)過(guò)程中火用損失較大，可以分別通過(guò)增加太陽(yáng)能水箱容積、降低水溫、改進(jìn)水箱保溫措施、增加沼氣熱水器換熱面積、增加沼氣熱水器煙氣回?zé)嵫b置、減小壓縮機(jī)吸氣壓比、提高壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度或利用等熵高效的變頻壓縮機(jī)等方式減少火用損失。
　　

7、 (3)研究了MEHP系統(tǒng)的節(jié)能減排性能。相較于傳統(tǒng)的燃燒化石燃料的供暖方式，MEHP系統(tǒng)在冬季晴天保證率≥75％的氣候條件下以太陽(yáng)能-空氣能互補(bǔ)模式+太陽(yáng)能-生物質(zhì)能，空氣能互補(bǔ)模式進(jìn)行供暖，每年可以節(jié)煤1887.4kg，減排CO24.80t，減排SO216.04kg。
　　 (4)本課題研發(fā)的多能互補(bǔ)熱泵系統(tǒng)具有明顯環(huán)保性和節(jié)能性，如果將系統(tǒng)加以改進(jìn)，解決實(shí)驗(yàn)中所遇到各部件參數(shù)匹配性不好、制冷劑分流不均勻等問(wèn)題，系統(tǒng)的CO