以高溫熱泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝產(chǎn)生蒸汽，具有經(jīng)濟性和環(huán)保性，符合我國低碳發(fā)展目標。本項目對已開發(fā)的170kW級R245fa高溫熱泵機組進行測試分析，確定機組在熱源溫度50-70℃下均可實現(xiàn)100℃以上供熱，分析了系統(tǒng)的優(yōu)越性和應用前景。本項目針對實驗中發(fā)現(xiàn)的閃蒸循環(huán)式蒸汽系統(tǒng)能效低和熱泵系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定時間長的問題，提出蒸汽直出冷凝換熱器結(jié)構(gòu)設計方案和高溫熱泵系統(tǒng)動態(tài)控制優(yōu)化方案，經(jīng)仿真驗證顯著改善了熱泵蒸汽系統(tǒng)性能和動態(tài)響應特性。

項目的總體目標是對已開發(fā)的高溫熱泵機組進行部件設計實現(xiàn)蒸汽直出并實現(xiàn)控制方面的優(yōu)化，完成實驗測試與性能分析：

1）設計蒸汽直出的兩相冷凝器結(jié)構(gòu)，建立冷凝器傳熱傳質(zhì)數(shù)學模型，對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行分析優(yōu)化；

2）設計該高溫熱泵機組的動態(tài)控制策略，實現(xiàn)針對負荷追蹤和能效提升的雙目標優(yōu)化；

3）建立高溫熱泵數(shù)學模型，搭建機組Simulink仿真平臺和蒸汽直出冷凝換熱器CFD模型，對系統(tǒng)進行預測和評估；

4）與企業(yè)合作完成熱泵機組的90℃以上穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能測試并驗證具體應用場景下的可行性。

項目對高溫熱泵機組進行測試分析得出數(shù)據(jù)，機組 COP可達5.86，?效率可達54.25%，能效表現(xiàn)佳；機組相比燃煤鍋爐，年運行成本減少22%，產(chǎn)生24%的碳減排效益，實現(xiàn)節(jié)能減排目標。項目設計了蒸汽直出冷凝換熱器，對其進行數(shù)學建模及CFD仿真分析，利用工業(yè)生產(chǎn)中的余熱，使用高溫熱泵機組實現(xiàn)直接蒸汽供應，提高蒸汽生產(chǎn)能效、減少成本。項目開發(fā)了基于PI雙環(huán)控制和經(jīng)濟模型預測控制（EMPC）的動態(tài)控制優(yōu)化策略。經(jīng)仿真驗證，后者通過目標追蹤和能效提升的雙目標控制將COP從未受控制時的3.68提升至4。兩種控制策略在熱泵機組上實體部署，能有效改善穩(wěn)定時間長的問題，提高長期運行效率。