1、带多个热管散热末端的户用热泵供热装置研究目 录contentsPART 1 背景PART 2 目前的采暖型式PART 3 热泵的主要型式及应用存在的问题PART 4 解决思路PART 5 复合供暖系统的研究PART 6 工程应用及测试结果PART 7 总结与展望1、背景京津冀多个城市PM2.5的来源解析结果表明，燃煤排放是形成PM2.5污染的主要原因。采暖“煤改电”，是实现空气治理目标的重要手段。1、背景我国北方地区“煤改电”计划：1、2003年，清洁能源采暖拉开帷幕，主要是在城市核心区。2、2013年，北京实施清洁空气行动计划，农村“煤改电”提上日程。3、2015年，北京市开始重点推广储能式
2、电暖器，但效果不尽如人意。4、2016年，市场上的空气源热泵技术开始成熟，最终北京市形成了以空气源热泵为主，储能式电暖器为补充，严禁使用直热式电取暖器的一整套方案。5、2017年，北京“煤改电”进入攻坚阶段，完成522个村、约20.5 万户的改造任务，北京“煤改电”总户数近80万户，基本实现朝阳、海淀、丰台、石景山、通州、房山、大兴等的平原地区无煤化。同时天津、河北、山西、山东等地的清洁采暖也开始。6、2018年，北京密云等地“煤改电”收尾，外省市有扩大的趋势。2、目前的采暖型式燃煤（直接燃煤和家用小型燃煤锅炉）和直接电采暖2、目前的采暖型式燃气采暖1、在气源充足的地方尝试 “煤改气”。2、但
3、安全性及是否减小污染有争论。3、热泵的主要型式及应用存在的问题空气源热泵将空气中的低品位热能提升为高品位热能加以利用。高效、环保、无污染，被认为是减少化石燃料依赖最具潜力的选择。3、热泵的主要型式及应用存在的问题热泵型家用空调器优势-效率高、安装操作简便、冷热两用3、热泵的主要型式及应用存在的问题水循环式热泵-“煤改电”的主流机型3、热泵的主要型式及应用存在的问题水循环式热泵-“煤改电”的主流机型两种典型的家用空气源热泵（北京地区煤改电用）3、热泵的主要型式及应用存在的问题水循环式热泵-“煤改电”的主流机型现场安装图3、热泵的主要型式及应用存在的问题水循环式热泵-“煤改电”的主流机型现场安装图
4、3、热泵的主要型式及应用存在的问题空气源热泵热风机3、热泵的主要型式及应用存在的问题热泵型空调存在的问题热泵型空调器的采暖体验并不好：1、室内机置于上部：热风从上至下，不符合热力学原理。2、室内机置于地下：扰动室内气流，污染空气。3、”热风吹面”干热不舒服 。4、换热器内会积存污垢，气味严重，并对室内空气造成二次污染。5、噪声。3、热泵的主要型式及应用存在的问题水循环式热泵存在的问题经调查及用户反映，水循环式系统有以下缺点：1、体积、重量大，安装、维修困难（3HP/80kg，5HP/150kg）；2、系统复杂，运动部件多，故障率高；3、补水和防冻是必须面临的问题；4、能效比有待提高，电费多。3
5、、热泵的主要型式及应用存在的问题水循环式热泵存在的问题直接将大型中央空调的思路移植到小型家用供暖机上，“简单粗暴”，从热力学的角度看，存在的问题有：1、传热热阻大。（制冷剂-水-换热器-风）；2、质量传递环节多。（制冷剂循环、水循环、风循环）；3、压缩机压比大，效率低。（高供水温度-高排气压力）3、热泵的主要型式及应用存在的问题空气源热泵热风机存在的问题与热泵型空调无本质区别。1、室内机体积进一步减小困难；2、采暖依然离不开风机；3、“一拖多” 受限制，特别是大于2台。4、解决思路1、无水化-简化系统，无需防冻；2、无风-满足供暖的舒适性要求；3、多末端-适合农村住宅的特点。5、复合供热系统的
6、研究167蒸发器5压缩机2电磁阀34热管和冷凝器储液器热泵/热管复合家用空气源热泵供热装置5、复合供热系统的研究系统的构造原理包括：压缩机、热管换热器、节流阀、蒸发器、热管与冷凝器。167蒸发器构造特征：51、室外机为普通的压缩冷凝机组；2、冷凝器末端与高效传热热管辐射散热器耦合成一体。压缩机2电磁阀34热管和冷凝器储液器优势：热量依然由热泵冷凝器产生，但其传热环节依靠热管式高效传热元件完成。热管扩大传热面积，但同时削弱多个冷凝器带来的阻力增大的问题。5、复合供热系统的研究核心部件 Q h A t trefrigerant in heat pipesvapor and liquidccsroo
7、m 0.33h 1.31 c0.25 hc 1.41 Q, heat to airQ, heat to air l 2 7Pr 0.680 4.69 10 t 540k1 t 273 t tvapor inksroom2 3glGk liquid outrefrigerant in heat pipes, liquidv2 Q A t t 44热管式热辐射装置rsroom5、复合供热系统的研究系统的工作特性曲线50454035302520n表示热管的排数。通过热管的散热量计算及查压缩机的性能样本获得结果如图所示。热泵的制热量与热管散热器的散热量相同。蒸发温度5蒸发温度0蒸发温度-5蒸发温度-1
8、0蒸发温度-15蒸发温度-20n=20其交点为工作点。n=251、温度越低，热管的启动及散热性能越好。2、温度越低，热泵的性能变差，热管很好地“辅助了” 热泵的工作。n=30n=35n=40n=50n=6002468制热量（散热量）/kW6、工程应用及测试结果样机的制造Heat pipesRetainer plateHeat pipesRefrigerantCondensing coil6、工程应用及测试结果测试环境Outdoor ChamberIndoor ChamberptPressureTemperatureptEvaporatorptHeat pipes and condenserCo
9、mpressorpppttMass flow meterExpansionvalveLiquidreservoir6、工程应用及测试结果启动过程及稳定后的热均匀性50403020105045403530tkp ipeto=0tkp ump252015to=-5to=-10to=-150102030405060Time/mint1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14 t15在室外温度-10，室内温度为5时，散热器表面平均温度15分钟内达到35，半小时内达到45。6、工程应用及测试结果工质种类及充注量的优化R32R322.82.62.42.22.
10、0R410AR22R134aR410AR223.02.82.62.42.22.0R134a0.00.10.2qm0.30.40.00.10.2qm0.30.4热管内工质容积充注比例qm和工质的种类对系统性能有影响（室外-5，室内20 ）6、工程应用及测试结果系统的性能4543413937热管饱和温度热泵冷凝温度35-15-10-50热泵蒸发温度/热管的饱和温度与热泵的冷凝温度之差小于1.5 6、工程应用及测试结果系统的性能系数4.44.24.03.83.63.43.23.02.82.62.4测试结果显示：在环境温度为-10时系统制热COP为2.9；环境温度为5时系统制热COP为3.8。当前，家
11、用小型水循环式蒸气压缩式热泵在环境温度-10，室内回水温度41的工况下，其制热COP范围为2.4-2.6。ti=18ti=20ti=22-15-10-50to/6、工程应用及测试结果多联式样机的搭建Evaporator1#2#3#4#5#Heat pipe radiatorCompressor9#Expansion8#7#6#valveLiquidreservoir1、满足“京津冀” 地区乡村多个房间供暖的实际情况；2、材料由铜改为铝材，降低成本并简化结构；3、连接方式，创造性地提出多个末端串联结构。6、工程应用及测试结果多联式样机末端6、工程应用及测试结果多联式样机末端891081、波纹型和
12、纵向多管束。热量与充注量呈现线性增大关系。充注量可以调节散热量。2、波纹型冷凝管起到分离润滑油和回油的作用。6、工程应用及测试结果多联式样机末端6、工程应用及测试结果多联式样机测试结果706050403020100室内热管散热器表面温度情况。除了第一台（1号）温度高外，其余多台的表面温度基本相等，大约为45，1号的表面温度比其他高约20，为65。这主要是因为压缩机的排气首先进入到1号散热器内。1号 2号 3号 4号 5号 6号 7号 8号 9号6、工程应用及测试结果多联式样机测试结果3.53.02.52.01.51.00.50.0吸气压力排气压力吸气压力和排气压力均随散热器的数量增加而降低。排
13、气压力从2.7MPa降至2.5MPa，吸气压力从0.75MPa降低至0.55MPa。910111213散热器数量6、工程应用及测试结果多联式样机测试结果室外0,室内20室外-5,室内20室外-10,室内20不同工质的制热COP稍有区别。室外温度-10度，室内20度时目前的测试约为2.7-3.0.5.04.54.03.53.02.52.0R134aR410AR32R227、总结与展望1、热泵/热管复合家用空气源热泵供热装置，特别是多级串联型式可以长时间高效稳定运行；2、热管表面温度高、低差在1 以内，热泵冷凝温度与热管表面温度差距低于1.5 ；3、R32及R410A效果略优于其他氟利昂工质；4、新的热泵能效，乐观估计高于水循环式30%以上没有问题。7、总结与展望1、热管式散热器的超薄化（微通道）？2、常压高效环保的热管内工质的研制。3、热辐射表面涂料的开发。4、带有蓄热功能的热管式暖气片（油和制冷剂混合？）谢谢各位！
