空气源热泵在冬奥会滑雪场馆供暖的应用研究

摘要

热泵技术是一种行之有效的节能方法，通过吸收低品位能源达到制热或制冷的目的，节约大量高品位的电能、天然气和燃煤燃油等，减少 CO2的排放。因此既有很大的经济效益，也有很大的社会效益，符合目前我国节能环保的基本政策。
　　空气源热泵已广泛应用于长江中下游地区，而在广大的北方地区，由于机组的低温适应性以及结霜等问题使得空气源热泵作为供暖系统的热源推广应用较为缓慢。如今，空气源热泵系统在已经具备的较为成熟的空调制冷功能基础上，正在克服弊端，大幅度提高在低温环境下的制热能力。
　　本文提出两种空气源热泵供暖系统，第一种为以 R404A为制冷剂的空气源热泵系统，制冷剂R404A目前已广泛应用于制冷系统中，但将制冷剂R404A直接应用于空气源热泵供暖的研究较少，并根据 R404A空气源热泵机组的具体参数建立数学模型进行模拟计算。第二种为CO2以为制冷剂的空气源热泵系统，传统研究多针对CO2热泵热水器，而将CO2空气源热泵作为热源应用于供暖系统研究较少。此系统解决了传统CO2空气源热泵高回水温度时制热效率低的关键技术瓶颈。
　　将这两种空气源热泵供暖系统应用于2022年冬奥会某滑雪场馆，在整个供暖季最冷期对机组进行为期72天的现场实验测试，测试期室外平均温度-11.65℃，R404A与CO2空气源热泵机组均运行情况良好。测试结果表明，R404A机组的平均出水温度为38.3℃，测试期逐日能效比平均值为2.25，排气温度低于90℃。CO2机组平均出水温度为62.2℃，测试期逐日能效比平均值为2.17，排气温度低于125℃，高出水温度使CO2空气源热泵作为热源直接用于散热器供暖成为可能。测试期间室内温度、热水出水温度及室内舒适性均达到用户要求。测试结果与模拟计算结果对比，具有较好的一致性。
　　通过测试，得到空气源热泵机组在河北张家口地区的结霜除霜规律，总结不同供暖系统机组除霜过程对机组进出水温度的影响。对空气源热泵作为供暖系统热源时出现的其它问题及解决方案进行总结，为空气源热泵在张家口地区乃至整个北方地区的应用提供实际经验和指导。
　　结合本项目的实际投资运行情况与传统的供暖方式在经济效益、节能效益以及环保效益进行综合比较，可得空气源热泵供暖系统目前在北方地区的推广具有较好的经济效益，很好的节能效益与环保效益。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 空气源热泵系统简介

1.3 空气源热泵在北方地区推广困难的主要问题分析

1.4 制冷剂的发展过程

1.5 本课题研究意义及主要内容

2 替代工质的理论循环计算分析

2.1 张家口地区应用空气源热泵的气候条件分析

2.2 工质的性质对比分析

2.3 热工性能对比分析

2.4 理论循环计算

2.5本章小结

3 新工质的理论分析及模拟计算

3.1 R404A机组简介及运行原理

3.2 R404A机组的数学模拟

3.3 计算结果分析

3.4 CO2机组的简介及运行原理分析

3.5 本章小结

4 空气源热泵在冬奥会滑雪场馆应用的实测研究

4.1 项目概况及设计方案

4.2 测试对象与测试方法

4.3 机组的低温特性分析

4.4 空气源热泵在张家口地区结霜与除霜问题综合分析

4.5 机组综合能效分析

4.6 机组的其它问题分析

4.7 本章小结

5 空气源热泵供暖系统的综合效益分析

5.1经济效益分析

5.2 节能效益分析

5.3 环保效益分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果