燃氣熱泵（GHP）是一項可同時(shí)提供空間制冷、制熱及生活熱水的先進(jìn)節能技術(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(xué)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(kāi)展了系列研究，近3年累計公開(kāi)發(fā)表專(zhuān)利12項、軟著(zhù)7個(gè)，制定企業(yè)標準91項。  

　　近期中國科學(xué)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(shí)驗研究、數值模型構建及控制技術(shù)等方面取得了多項創(chuàng )新性研究成果，并在此基礎上實(shí)現了GHP技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。數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(jìn)展》《太陽(yáng)能學(xué)報》等國內外知名專(zhuān)業(yè)期刊上相繼發(fā)表。主要研究成果簡(jiǎn)介如下：  

　　1. 開(kāi)發(fā)了國內首套使用燃氣發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)R410A制冷劑開(kāi)啟式渦旋壓縮機的高能效GHP系統實(shí)驗平臺（含空氣源及水源），開(kāi)展多模式運行的性能實(shí)驗研究。在空氣源GHP系統上開(kāi)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(shí)驗研究，在水源GHP（WGHP）系統上進(jìn)行冷熱聯(lián)供特性的實(shí)驗研究；在不同運行模式中考察了出水溫度、發(fā)動(dòng)機轉速、環(huán)境溫度、進(jìn)水流量、制冷負荷率等因素對GHP系統性能的影響。研究將GHP系統的一次能效（PER）解耦成熱泵能效（COP）與發(fā)動(dòng)機熱效率（η_eng）兩個(gè)參數進(jìn)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(jìn)行了具體對比分析，補充了低溫制熱實(shí)測數據空白；WGHP系統的總PER和余熱回收率（R_rec,res）分別為2.479~3.532和70.90%~83.50%，表明了系統具有較高能效的同時(shí)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(kāi)展了GHP系統的數值模擬研究，包含動(dòng)力系統數值模擬研究和無(wú)外輸電力的GHP系統模型模擬研究。研究首次建立了燃氣熱泵余熱回收系統的多元回歸模型，并創(chuàng )新性地設計出一種實(shí)驗過(guò)程及通用算法，可以有效分析缺乏廠(chǎng)商信息參數的壓縮機的內部深層耦合規律。研究發(fā)現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(wú)電場(chǎng)景，創(chuàng )新性首次提出了一種無(wú)外輸電力的熱泵系統（NEHP），包含發(fā)動(dòng)機變轉速與定轉速的兩種NEHP系統。對比NEHP-G與電熱泵（EHP）兩系統經(jīng)濟性時(shí)需要考慮當地氣電比r_ge，r_ge小于等經(jīng)濟氣電比（r_ge,eq）時(shí)，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，可以實(shí)現系統的靈活精準控制。研究介紹了多輸入輸出控制模塊、發(fā)動(dòng)機控制模塊、蒸發(fā)溫度控制模塊、人機交互模塊等GHP核心控制模塊的設計原則和方法，闡述了GHP控制器如何與發(fā)動(dòng)機ECU實(shí)時(shí)可靠通訊，進(jìn)而實(shí)現發(fā)動(dòng)機轉速、啟停等控制。隨著(zhù)外部環(huán)境和熱負荷的不斷變化，GHP系統具有滯后、非線(xiàn)性和時(shí)變特點(diǎn)，需要實(shí)時(shí)調整發(fā)動(dòng)機檔位，通過(guò)精細化控制實(shí)現GHP系統的出水溫度快速逼近并穩定在目標值。通過(guò)主控制器對發(fā)動(dòng)機轉速和蒸發(fā)器過(guò)熱進(jìn)行雙閉環(huán)控制，可以保證GHP冷熱水機系統出水溫度的穩定性和準確性。  

　　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系統多模式運行原理示意圖

（通過(guò)相關(guān)閥體調節便可實(shí)現5種運行模式自由切換）