混合動力燃氣熱泵系統(tǒng)的構(gòu)建與試驗研究.pdf

1、步入21世紀以來，能源與環(huán)境已經(jīng)是世界各國急需解決的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題，開發(fā)新型先進的暖通空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備已經(jīng)是當今空調(diào)技術(shù)的重要任務(wù)。燃氣熱泵采用天然氣作為驅(qū)動能源，由于其清潔、高效、與電網(wǎng)系統(tǒng)形成互補等優(yōu)點逐漸得到人們的關(guān)注。
　　常規(guī)燃氣熱泵通常通過改變發(fā)動機轉(zhuǎn)速或節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)輸出功率與室內(nèi)負荷相匹配，由于室內(nèi)負荷的波動，發(fā)動機的運行工況變動頻繁，常常偏離耗油經(jīng)濟區(qū)，導(dǎo)致發(fā)動機熱效率降低、熱損失大。本文通過將混合動力技術(shù)

2、應(yīng)用到常規(guī)燃氣熱泵系統(tǒng)中，形成新型的空調(diào)技術(shù)--混合動力燃氣熱泵系統(tǒng)(HPGHP)，通過發(fā)動機與電機兩個動力之間相互合理的協(xié)調(diào)和配合，使發(fā)動機一直工作在運行經(jīng)濟區(qū)，有效地避免了常規(guī)燃氣熱泵的缺陷。
　　本文的研究工作是以江蘇省科技廳項目“混合動力分布式供能系統(tǒng)技術(shù)研究與開發(fā)”(項目編號：BE2009151)為背景，通過搭建一臺混合動力燃氣熱泵系統(tǒng)樣機，對不同負荷工況下的系統(tǒng)性能進行試驗。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　1)本文詳

3、細分析了三種不同混合動力系統(tǒng)--串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式的優(yōu)缺點，為了降低初投資和運行維護成本，確定以并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)為研究對象。同時對熱泵系統(tǒng)原理進行分析以及余熱回收系統(tǒng)--簡單串聯(lián)、簡單并聯(lián)和旁通串聯(lián)進行比較，確定以旁通串聯(lián)的方式對發(fā)動機進行余熱回收。初步設(shè)計了一個并聯(lián)式混合動力燃氣熱泵系統(tǒng)，詳細的描述系統(tǒng)主要部件參數(shù)的影響因素和選擇標準，來對各部件進行初步選型，構(gòu)建并聯(lián)式混合動力燃氣熱泵系統(tǒng)樣機。
　　2)通過對四種控制策略

4、的詳細分析，本文提出基線控制策略和優(yōu)化曲線控制策略相結(jié)合，以最小燃料消耗率為目標的能量控制策略，并詳細分析該能量控制策略的具體操作流程和6種模式之間的相互切換及功率分配的方法和策略。對于電機的控制采用矢量控制配合CAN與電腦相連接，通過上位機軟件對電機的轉(zhuǎn)速和扭矩進行精確控制。蓄電池SOC控制策略采用開路電壓法，通過靜電壓與SOC的一定線性關(guān)系進行蓄電池能量控制。
　　3)通過并聯(lián)式混合動力燃氣熱泵系統(tǒng)實驗臺，對系統(tǒng)在低負荷、中等

5、負荷、大負荷等工況下的性能進行了測試試驗，結(jié)果表明：在各工況下壓縮機功率、制熱量均隨著壓縮機轉(zhuǎn)速的增加而增大；熱泵系統(tǒng)性能系數(shù)(COP)在2.9-4.25之間，隨著壓縮機轉(zhuǎn)速的增加而降低；混合動力燃氣熱泵發(fā)動機單獨驅(qū)動工況(中等負荷)平均燃料轉(zhuǎn)換效率約為0.20；混合動力燃氣熱泵發(fā)動機驅(qū)動壓縮機并充電工況(低負荷)燃料轉(zhuǎn)換效率比相同負荷下的常規(guī)燃氣熱泵高16.7％，平均燃料轉(zhuǎn)換效率約為0.195；混合動力燃氣熱泵發(fā)動機和電機聯(lián)合驅(qū)動工況