Energy, exergy, economic and environmental analyses and optimization of a novel vapor injection autocascade heat pump for high-temperature water heating

性能系数 带宽遏流 锅炉(水暖) 火用 热泵 可用能 环境科学 采暖系统 工艺工程 核工程 混合热 级联 热力学 材料科学 废物管理 热交换器 工程类 机械工程 物理 气体压缩机 化学工程
作者
Jiaheng Chen,Qi Chen,Xiang Qin,Dingbiao Wang
出处
期刊:Energy Conversion and Management [Elsevier]
卷期号:267: 115909-115909 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.enconman.2022.115909
摘要

Aiming to develop a high-efficiency and low-cost high-temperature heat pump with large temperature lift ability, a novel vapor injection autocascade heat pump for high-temperature water heating is proposed in this paper. The proposed system utilizes the vapor injection technique to improve the limited performance of the conventional autocascade system and can achieve outstanding heating performance with over 100 °C heating temperature. The energy, exergy, economic and environmental performance of the proposed system are investigated by simulation method and compared with those of the conventional autocascade heat pump. The proposed system averagely improves the heating coefficient of performance and capacity by 51.8% and 104.3% over the conventional system when the evaporating temperature ranges from 0 °C to 20 °C, respectively. The exergy analysis indicates that the excellent exergy performance of the proposed system mainly benefits from the irreversible loss reductions in the throttling valves and cascade condensers. The proposed system possesses the lowest energy cost except for the coal-fired boiler, and produces the minimum pollutant emission except for the gas-fired boiler. The heating coefficient of performance of the proposed system is improved by 12.4% ∼ 14.0% through single-objective optimization. The optimal coefficient of performance and levelized cost of energy are 2.59 and 0.070 $ kWh−1, respectively.

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