舒適家居網(wǎng)訊：高溫熱泵（HTHP）廣泛應用于空間供暖和工業(yè)流程加熱。目前使用天然制冷劑（如氨/R717）開發(fā)HTHP的研究仍處于早期階段。本研究通過MATLAB建模，將HTHP集成于包含光伏光熱（PVT）系統(tǒng)、電池、儲熱裝置及區(qū)域供熱系統(tǒng)的能源系統(tǒng)中。模擬結果顯示，熱泵可實現(xiàn)72°C的溫升（冷凝溫度96°C），性能系數(shù)（COP）達3.55。在上海、蘭州和北京三地的一年期模擬中，夏季熱需求較低且系統(tǒng)表現(xiàn)相似，而冬季蘭州和北京的熱需求顯著高于上海。研究指出需進一步優(yōu)化光伏板面積、電池容量及儲熱系統(tǒng)，以提高供熱的穩(wěn)定性。
1. 引言
自19世紀末以來，全球平均地表溫度上升約0.9°C（NASA, 2020）。建筑能耗占全球能源使用的36%和碳排放的39%（World Green Building Council, 2017）。國際能源署（IEA）數(shù)據(jù)顯示，2018年全球50%的終端能源消耗用于供熱，其中僅10%來自可再生能源。HTHP作為低碳技術，可提供80°C以上的冷凝溫度（Di Wu等, 2020），在集成能源系統(tǒng)中具有潛力。本研究聚焦于中國-挪威合作項目“ChiNoZEN”，旨在通過模擬分析HTHP在集成系統(tǒng)中的運行特性。
2. 方法論
2.1 模型構建
系統(tǒng)模型基于MATLAB開發(fā)，使用REFPROP獲取制冷劑物性數(shù)據(jù)，并集成天氣數(shù)據(jù)（上海、蘭州、北京）。系統(tǒng)核心組件包括：
PVT系統(tǒng)：面積4000 m2，性能比75%。
電池：容量500 kWh，充放電效率80%。
儲熱裝置：容量1000 kWh，效率90%。
雙壓縮機并聯(lián)的HTHP：最大制熱能力255.7 kW。
2.2 假設與算法
忽略壓縮機外的其他功耗。
蒸發(fā)器出口為干飽和蒸汽，冷凝器出口為濕飽和液體。
通過迭代計算冷凝/蒸發(fā)溫度直至收斂（誤差<0.1°C）。
3. 結果與討論
3.1 熱泵性能與電力供應
冬季缺口：蘭州1月熱需求未滿足率高達47.26%，北京為39.49%，上海為13.79%。
夏季表現(xiàn)：三地熱需求均能被完全覆蓋（圖10）。
改進建議：需增加光伏面積、電池容量或引入輔助電源（如風電、電網(wǎng)）。
3.2 溫度與效率
冷凝溫度：高/低溫冷凝器穩(wěn)定于96.02°C和80.20°C（滿負荷時）。
COP變化：部分負荷時冷凝溫度降低，COP升高，但可能導致出水溫度低于80°C（需改進控制策略）。
4. 結論
HTHP在集成系統(tǒng)中表現(xiàn)出潛力，但需優(yōu)化儲能與電源配置以應對冬季高需求。使用氨作為制冷劑需注意安全設計（如泄漏檢測）。未來研究需細化模型以提升準確性，并探索多能互補方案。本工作為綠色HTHP的發(fā)展提供了關鍵見解。
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