跨临界co2空气源热泵供热特性研究

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1、密级：学校代码：１００６９１２０１５０１５３：类型：学号ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＯＭＭＥＲＣＥ硕士学位论文跨临界Ｃ〇２空气源热泵供热特性研究ＳｔｕｄｙｏｎＨｅａｔｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＴｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ＡｉｒｓｏｕｒｃｅＨｅａｔＰｕｍｐｉｎＨｅａｔｉｎＡｒｅａＡｌｉｃａｔｉｏｎｇｐｐ研究生：李正专业名称：工程热物理．指导教师：刘圣春教授天津商业大学机械工程学院二〇一八年五月

2、独创性声明及使用授权声明一、学位论文独创性声明本人所撰写的学位论文是在指导教师的指导下独立完成的研究成果。除已明确标注或得到许可外，所撰写的学位论文中不包含他人已申请学位或其他用途所使用过的成果，不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果，本人的指导教师对此进行了审定。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，本人己在文中做出明确的说明并表示谢意。如有不实，本人承担相应责任。二、学位论文及研宄成果使用授权声明本人同意授权天津商业大学以非贏利方式保存、使用本人的学位论文的

3、电子版及纸质版。授权天津商业大学将本论文的全部内容或部分内容提供给有关方面编入数据库进行检索、出版及提供信息服务。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。本人在校期间取得的研宄数据、相关成果等知识产权归天津商业大学所有。。注：涉及保密的学位论文在解密后适用本授权学位论文作者签字：者正＾，鮮：曰期：年ｔ月ｉ曰ｗｒ分类号：学校代码：10069密级：研究生学号：120150153跨临界CO2空气源热泵供热特性研究StudyonApplicationPerf

4、ormanceofTranscriticalCO2AirSourceHeatPumpinHeatingArea研究生姓名：李正专业名称：工程热物理指导教师姓名：刘圣春教授论文提交日期：2018年5月学位授予单位：天津商业大学摘要近年来，雾霾问题已成为我国居民健康的主要威胁之一，而冬季燃煤供暖是导致雾霾产生的直接诱因。因此，国家大力推进“煤改电”政策，其中，利用氟利昂空气源热泵代替燃煤锅炉进行供暖在解决雾霾问题中发挥了重要作用，但氟利昂工质的淘汰与限制使用为空气源热泵市场带来隐忧。作为自然工质，将跨临界C

5、O2空气源热泵用于我国北方供暖既可以发挥热泵供热的高效性，又同时规避了氟利昂制冷剂的使用，是极具潜力的供暖方案之一。然而，大规模应用之前，探究跨临界CO2空气源热泵系统在供暖工况中的系统性能及在不同地区的可行性十分必要。为探究跨临界CO2空气源热泵在我国不同气候分区的可行性，文章建立了一种基于能效、经济性和环境性能评价的技术经济模型。该模型将不同城市的供暖问题抽象为不同环境温度工况运行的特定分布域，每一座城市代表了一种温度分布，而其中的基本元素为间隔1C的单元温度供暖工况。由于在供暖问题中采用循环水，

6、供回水温度相对固定，气冷器出口温度也随之固定，这为该方法提供了准确性保证。为获取模型所需的“基本元素”，文章还建立了跨临界CO2空气源热泵的数学模型，并采用实验数据对数学模型进行了验证。此外，为便于与传统供暖方式进行直接比较，基于制冷系统IPLV的计算思想，文章提出了一种基于温度计算的供热负荷模型。为验证所用数学模型的精度，本文首先对不同环境温度工况下跨临界CO2空气源热泵进行了实验研究。实验中采用的实验台基于所构建的数学模型进行设计，实验结果表明：当气冷器出口温度一定时，环境温度越高，系统COP越大；

7、当环境温度一定时，气冷器出口温度越低，系统COP越大。实验中当固定进出口水温，不同环境温度下最优工况的气冷器出口温度差别不大，且在供暖工况范围内，气冷器出口温度对系统最优高压的影响高于环境温度。固定进出口水温为30/55C时，环境温度-15~10C工况下的最优高压均集中在8.5MPa附近，这为供暖中采用热力膨胀阀保证最优高压提供了可行性。通过实验数据，验证了跨临界CO2数学模型的精度。采用该数学模型的技术经济分析结果表明：若保证跨临界CO2热泵系统在最优高压下运行，不同城市供暖季节性能系数可达：哈尔

8、滨2.52、沈阳2.73、大连2.94、北京2.96、上海3.24，此时，CO2热泵对可再生能源的贡献率均在60%以上。CO2热泵系统环境排放值低于燃煤锅炉及直接电加热，略高于燃气锅炉。推广跨临界CO2空气源热泵系统供暖有利于节能减排。对于以上海为代表的夏热冬冷地区，使用CO2热泵供热年度运行成本将比燃煤锅炉节省18.8%，比壁挂燃气炉节省20.1%，但对于寒冷地区及严寒地区，CO2热泵供热年度运行成本高于燃煤锅炉，若采用其进行供暖运行补贴