燃氣熱泵（GHP）是一項可同時提供空間制冷、制熱及生活熱水的先進節(jié)能技術(shù)。與電熱泵（EHP）相比，具有一次能源利用率（PER）高、所需配電容量小，低溫下制熱性能幾乎不衰減等優(yōu)勢。中國科學院廣州能源研究所儲能技術(shù)研究室馮自平研究員團隊自2006年主持科技部863計劃項目“燃氣熱泵（GHP）研制關(guān)鍵技術(shù)”起，就燃氣熱泵技術(shù)開展了系列研究，近3年累計公開發(fā)表專利12項、軟著7個，制定企業(yè)標準91項。
近期中國科學院廣州能源研究所儲能技術(shù)研究室馮自平研究員團隊在GHP技術(shù)的多模式性能實驗研究、數(shù)值模型構(gòu)建及控制技術(shù)等方面取得了多項創(chuàng)新性研究成果，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了GHP技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。數(shù)十余篇科技論文成果在Applied Thermal Engineering、International Journal of Refrigeration, Thermal Science and Engineering Progress, 《化工進展》《太陽能學報》等國內(nèi)外知名專業(yè)期刊上相繼發(fā)表。主要研究成果簡介如下：
1. 開發(fā)了國內(nèi)首套使用燃氣發(fā)動機驅(qū)動R410A制冷劑開啟式渦旋壓縮機的高能效GHP系統(tǒng)實驗平臺（含空氣源及水源），開展多模式運行的性能實驗研究。在空氣源GHP系統(tǒng)上開展制冷、制熱、制冷+生活熱水聯(lián)供、制熱+生活熱水聯(lián)供及純生活熱水共計5種模式運行的性能實驗研究，在水源GHP（WGHP）系統(tǒng)上進行冷熱聯(lián)供特性的實驗研究；在不同運行模式中考察了出水溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度、進水流量、制冷負荷率等因素對GHP系統(tǒng)性能的影響。研究將GHP系統(tǒng)的一次能效（PER）解耦成熱泵能效（COP）與發(fā)動機熱效率（ηeng）兩個參數(shù)進行研究，得到了PER變化的本質(zhì)原因；在-20 ℃超低溫環(huán)境下針對多種余熱回收方式（mode-1~mode-4）進行了具體對比分析，補充了低溫制熱實測數(shù)據(jù)空白；WGHP系統(tǒng)的總PER和余熱回收率（Rrec,res）分別為2.479~3.532和70.90%~83.50%，表明了系統(tǒng)具有較高能效的同時還具有良好的余熱回收效果。相關(guān)成果鏈接如下：
原文鏈接：
（1）https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118863
（2）https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2022.10.017
（3）https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120538
（4）https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101726
（5）10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1340
2. 開展了GHP系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究，包含動力系統(tǒng)數(shù)值模擬研究和無外輸電力的GHP系統(tǒng)模型模擬研究。研究首次建立了燃氣熱泵余熱回收系統(tǒng)的多元回歸模型，并創(chuàng)新性地設(shè)計出一種實驗過程及通用算法，可以有效分析缺乏廠商信息參數(shù)的壓縮機的內(nèi)部深層耦合規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)渦旋壓縮機的機械效率和？效率在典型工況下分別為68.20%~97.52%和55.71%~77.12%。針對缺電和完全無電場景，創(chuàng)新性首次提出了一種無外輸電力的熱泵系統(tǒng)（NEHP），包含發(fā)動機變轉(zhuǎn)速與定轉(zhuǎn)速的兩種NEHP系統(tǒng)。對比NEHP-G與電熱泵（EHP）兩系統(tǒng)經(jīng)濟性時需要考慮當?shù)貧怆姳?/span>rge，rge小于等經(jīng)濟氣電比（rge,eq）時，NEHP-G具有比EHP更優(yōu)的經(jīng)濟性。相關(guān)成果鏈接如下：
原文鏈接：
（6）https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120015
（7）10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0854
3. 提出了一種GHP嵌入式控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的靈活精準控制。研究介紹了多輸入輸出控制模塊、發(fā)動機控制模塊、蒸發(fā)溫度控制模塊、人機交互模塊等GHP核心控制模塊的設(shè)計原則和方法，闡述了GHP控制器如何與發(fā)動機ECU實時可靠通訊，進而實現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、啟停等控制。隨著外部環(huán)境和熱負荷的不斷變化，GHP系統(tǒng)具有滯后、非線性和時變特點，需要實時調(diào)整發(fā)動機檔位，通過精細化控制實現(xiàn)GHP系統(tǒng)的出水溫度快速逼近并穩(wěn)定在目標值。通過主控制器對發(fā)動機轉(zhuǎn)速和蒸發(fā)器過熱進行雙閉環(huán)控制，可以保證GHP冷熱水機系統(tǒng)出水溫度的穩(wěn)定性和準確性。
原文鏈接：
（8）https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2022.09.020
（9）10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1776
GHP系統(tǒng)多模式運行原理示意圖
（通過相關(guān)閥體調(diào)節(jié)便可實現(xiàn)5種運行模式自由切換）
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