多源热泵系统优化与协同性的理论和实验研究

空气能热泵是节能制热水设备，但其性能受环境影响大，冬季性能很差，限制了它的使用；多热源多功能热泵具有热源优势互补和冷热综合利用特点，可改善系统性能，是当前研究热点。因此，本项目选择多源热泵系统优化与协同性为研究对象。研究内容包括：构建新型高效多源热泵循环流程；建立热泵系统新形式热输运优化目标函数，把热泵输入功分解为建立温差和减小热阻两方面使用，并区分存留的和消耗的有效能，从而建立起包含温度、热阻、热流、有效能流、熵流等参数，并能在不可逆性中反映工质、换热器性能差异的等效热泵系统热输运优化模型，进行多源热泵不同循环回路的性能模拟分析和实验研究，掌握不同循环回路的相互影响规律，变工况时系统协同性变化情况和效率降低原因，确立系统协同的各部件不可逆度平衡原则，研究调控补偿对策和最佳运行策略。本研究的热泵系统热输运优化方法对工程热物理学科的发展有积极作用，对提高热泵热水器性能有理论指导意义

为了提高热泵系统的总体性能，充分发挥热泵节能作用，克服空气源和水源热泵的热源单一，适用面不广的缺点；热泵变动工况时的性能能够被预测；改变泵工质循环的热力分析与换热器传热优化被割裂研究的状况；提高热泵与废热回收换热器联合的复杂系统热力分析能力，推进换热器多目标优化等，开展相关的基础理论与实验研究。本项目取得的主要成果和创新点如下：.１、提出一种等价热力变换分析法，把实际不可逆热力/热泵循环系统等价变换为正/逆卡诺循环系统进行分析的，并采用等效热力温度- 热流率（TR-q）图作为热力/热泵系统性能分析和有效能消耗分析的工具图，直观表示系统中多种物质的热量、功量交换和焓的变化，使计算各环节的有效能消耗率极其简单。.2、提出一种热泵热水器的无量纲对比态分析法，采用以设计工况的参数为对比基准的无量纲参数来描述热泵的各种工况性能，并分别导出了理论和实际的描述热泵变工况性能的无量纲表达式; 研究发现对比热水流量是体现热泵变工况的性能的敏感参数，应当重视；模拟了一次加热式和循环加热式两类热泵热水器变工况的性能；.3、试制了10种双热源多功能热泵热水器，并提用户试用和申请了国家专利。.4、提出一种新型风/水双源热泵废热再用热水装置，模拟分析了三热源热泵（风源、水源或风-水源联合源）与回收废热换热器复合供热系统的三种模式耦合运行特性, 给出最佳运行方案。分析表明，本提案装置的能效比在冬季也能到达4～5.5，为普通空气源热泵热水器2倍。.5、提出一种换热器多目标综合优化设计新方法，该方法同时考虑传热消耗功率、热流量、传热单元数和传热有效度的相互影响，引入等效热力温度概念，在传热系数确定条件下，建立了无量纲的对数温差、传热消耗功率、传 热单元数 与传热有效度为共同变量的关系，并用图示法确定优化参数。本文对顺流和逆流换热器进行了分析，换热器的优化有效能率ε 在0.75 附近。.6、对能量、势能、能势、有效能、能量品位等概念有新思考。.7、在《中国科学：技术科学》，《工程热物理学报》等杂志上发表论文14篇，其中SCI收录2篇，EI收录4篇；申请11个国家专利；授权发明专利3项，授权实用新型5项，公告进行实质审查专利4项；取得热泵性能分析与优化软件著作权1项，通过了技术成果鉴定1项。培养博士一名、硕士一名。