太阳能辅助空气源热泵对流型相变蓄能系统创新及运行规律研究

The attenuation of the heating capacity of the air source heat pump (ASHP) under low ambient temperature would cause the contradiction between the heat demand of the building. At present, the innovation of compression technology cannot solve this problem economically. This study bases on a foothold of the idea of scientific energy utility, a solar-assisted air source heat pump (SAHP) system based on the convection phase change storage heat exchanger (CPCSHE) was proposed, which introduces the solar energy supplementary for the output attenuation of ASHP under low ambient temperature, uses energy storage technology to alleviate the instability of solar energy, and melts into the convection phase change energy storage unit to enhance the heat transfer rate of energy storage and release. The flow and unsteady-state, non-synchronous and asymmetric heat transfer characteristics of energy storage medium in the CPCSHE will be studied by combining the methods of experimental research, prototype test, theoretical research and numerical calculation and the theories of multiphase flow, rheology and particle dynamics, etc. The heat transfer mechanism of the CPCSHE will be revealed and its structure will be optimized. The thermodynamic characteristics and operation rules of CPCSHE will be explained by combining with energy conversion and transfer theory and heat pump technology. According to different regions, climatic zones and building types, the system operation strategy and control scheme will also be constructed, which provides theoretical support and technical reserve for the application of sustainable building technology.

低环温条件下空气源热泵供热能力的衰减，造成了与建筑物需热量之间的矛盾。目前压缩技术的创新尚不足以经济适用地解决该问题。本课题立足科学合理用能的理念，提出太阳能辅助空气源热泵对流型相变蓄能系统，引入太阳能补充空气源热泵低环温下的出力衰减；采用蓄能技术缓解太阳能的不稳定性；融入对流型相变蓄能装置提升蓄能-释能传热速率。拟采用实验研究、样机测试、理论研究和数值计算相结合的方法，融合多相流、流变学、颗粒动理学等多学科理论，研究蓄能工质在蓄能换热装置内的流动及非稳态、非同步、非对称的传热特性；揭示对流型相变蓄能换热装置的传热机理并对其结构进行优化；结合能量转换与传递理论和热泵技术，阐释太阳能辅助空气源热泵对流型相变蓄能系统的热力特性及系统运行规律；针对不同地域、气候区和建筑类型，构建系统运行策略及控制方案，为可持续发展建筑技术的应用提供理论支持与技术储备。

低环温条件下空气源热泵供热能力的衰减，造成了与建筑物需热量之间的矛盾。目前压缩技术的创新尚不足以经济适用地解决该问题。本课题立足科学合理用能的理念，提出太阳能辅助空气源热泵对流型相变蓄能系统，引入太阳能补充空气源热泵低环温下的出力衰减；采用蓄热技术缓解太阳能的不稳定性；融入对流型相变蓄能装置提升蓄能-释能传热速率。.项目计划书制定的研究内容包括四项：(1) 遴选对流型相变蓄能工质；(2) 研究和建造对流型相变蓄能换热装置性能的实验装置；(3) 冷剂/蓄能工质的耦合相变传热理论研究；(4) 研究太阳能辅助空气源热泵蓄能新系统的型式。项目预期发表学术论文6～8篇，其中SCI、EI收录5篇以上；申请发明专利2～3项；培养研究生4~6名，其中博士生1~2名。.经过四年的项目执行期，完全包含了预定研究内容，达到了预期目标。本项目完成的研究内容除项目计划书制定的4项研究内容外，还增加了太阳能辅助空气源热泵流动蓄能系统与常规蓄能系统的比较和理论实证内容，使得研究更具有对比性。.目前，在国内外学术刊物上发表论文8篇，其中SCI、EI收录8篇；授权发明专利5项；培养研究生4名，其中博士研究生1名，均已毕业。相关研究成果与海信空调有限公司签署科研合作协议（MH20211219），正在进行产品转化。研究成果获省部级科技进步奖二等奖1项，并部分支撑主编地方标准1部，黑龙江省地方标准《严寒地区空气源热泵供暖系统技术规程》（DB23/T 3297－2022）。而且为推动热泵技术的普及与发展，项目研究成果有多项科普性发布，包括在《中国建材报》2022年8月8日3版发表“热泵技术是中低温供热领域实现碳中和的必然选择”的科普文章，并被学习强国全文转载；由中国节能协会组织，课题组2021、2022年连续两年发布《热泵助力碳中和白皮书》等。.本项目的提出是基于过程系统节能理念，即将建筑节能中各种单一有效节能技术有机地综合起来，作为综合集成创新技术，探索建筑节能与环保的新途径。