在*近公布的国家能源领域长期规划中具体提出了2020年能源科技发展思路，即把节约能源放在首位，促进节能型社会的建立；以煤炭为主体，以电力为中心，加快发展水电、核电，保障油气安全；坚持远近结合，积极推进可再生能源和新能源的发展。其中优先主题之一是加强发展节能和提高能效的技术，开发和推广新型先进冷暖空调系统及设备是建筑领域的节能技术重点之一。燃气热泵空调系统是一种以天然气为主要能源、以发动机驱动蒸气压缩式热泵的空调系统，其一次能源利用率高达1. 4以上，具有高效、环保、实现电力削峰及燃气填谷等诸多优点，供热运行模式下的能源利用率约高出空气源热泵50 %。
1混合动力燃气热泵空调系统及其能量分析模型1. 1混合动力燃气热泵空调系统在燃气热泵空调运行过程中，燃气发动机通常在部分负荷工况下运行，当运行工况随热泵空调负荷频繁变化时，发动机通常偏离标定工况，发动机工况的改变主要通过控制燃料流量来实现，随着燃料流量的变化，发动机的工况频繁变动，发动机运行稳定性变差，热效率降低，排放增大。在对已有的混合动力技术和燃气热泵技术的研究基础上，本文提出了一种新型的将混合动力系统和热泵有机融合在一起的混合动力燃气热泵空调系统（hybrid power GHP ，HPGHP）。在该系统的动力系统中，燃气发动机和蓄电池组这两种动力源的合理匹配可以使燃气发动机保持在*佳油耗经济区运转，同时使燃气发动机的排放得以改善，实现系统排放低和燃油经济性好的目标。
1并联式混合动力燃气热泵空调系统原理1. 2 HPGHP系统中燃气发动机动态负荷特点在并联式混合动力燃气热泵系统中，通过电动机启动克服了传统燃气发动机启动的缺点，在规定的工况下系统控制策略始终控制发动机工作在高效区域，如所示。
发动机高效区域有一个上临界功率P t，有一个下临界功率P d，燃气发动机启停的临界功率为P 0。当压缩机需求功率P c在P t～+∞范围内时，燃气发动机在P t工况下运行，不足的功率由蓄电池组承担；当压缩机需求功率P c在P d～P t范围内时，燃气发动机通过自动调节转速来适应P c；当P c在P 0～P d范围内时，燃气发动机在P d工况下运行，富裕的功率向蓄电池充电；当P c在0～P 0范围内时，燃气发动机停止运转，P c完全由蓄电池组来承担。
1. 3 HPGHP系统中蓄电池动态负荷特点与燃气发动机类似，为了提高蓄电池的循环使用寿命和充放电性能，蓄电池也有一个荷电状态（state of charge ，SOC）上下临界点（20 %～80 %） ，如所示。在系统运行过程中，蓄电池的荷电状态必须始终处在SOC临界范围内，当SOC接近下临界点时，需立即停止放电，否则会导致蓄电池过度放电，影响蓄电池的性能，此时需改为由发动机承担压缩机负荷，并向蓄电池充电；当SOC接近上临界点时，需立即停止充电，否则会导致蓄电池充电过度，也会影响蓄电池的性能。
通过对燃气发动机工作区域、蓄电池SOC状态的控制，在满足空调负荷的同时，建立相关控制策略和方法，以系统*小燃料消耗量、*佳热泵空调系统性能为控制目标，可以达到节能、提高燃料利用率的目的。
1. 4 HPGHP系统中两种动力能量耦合简化数学模型与常规燃气热泵空调系统（ GHP）的发动机相比，HPGHP系统发动机的标定功率要小些，这是因为在HPGHP系统中，蓄电池组对燃气发动机功率起到了削峰填谷的作用，满足空调负荷的压缩机需求功率可以超过发动机的*大功率，而在常规GHP系统中，满足空调负荷的压缩机需求功率必须在发动机的功率范围之内。HPGHP系统中两种能量耦合的流程如所示。
为了简化计算，作如下假设：1）假设HPGHP系统中蓄电池组经过一个压缩机需求负荷周期后，荷电状态SOC恢复到初始的荷电状态，即蓄电池组在一个压缩机需求负荷周期内所充的电全部放掉，所放的电全部来自所充的电；2）不考虑蓄电池组在充放电过程中的散热；3）假设在一个压缩机需求负荷周期内，压缩机需求负荷按照负荷率100 %，75 %，50 %，25 %阶段跳跃式变化，且各自的概率因子为A ， B ， C， D；4）假设在一个压缩机需求负荷周期内，发动机始终工作在75 %～100 %输出功率范围内，发动机额定输出功率与制冷系统*大需求负荷匹配。
根据以上假设，混合动力燃气热泵系统对压缩机输送功率的热效率ηh为ηh = { β+η12η2η3η4（1 -β） }η5（1）常规的燃气热泵系统对压缩机输送功率的热效率ηc为ηc =η11 A +η12 B +η13 C +η14 D（2）式（1） ，（2）中η11，η12，η13，η14分别为发动机输出负荷100 %，75 %，50 %，25 %时的热效率；β为发动机直接对压缩机输送的功率占整个压缩机功率的比例；η2为逆变器交直流互变的效率；η3为发电机效率；η4为电动机效率；η5为动力合成装置和压缩机之间的轴效率。
2模拟结果与分析2. 1参数选择在HPGHP系统中，η2取0. 85 ，η3取0. 9 ，η4取0. 9 ，η5取0. 98.发动机负荷率100 %，75 %，50 %，25 %时的热效率分别为0. 38 ，0. 36 ，0. 32 ，0. 28.
2. 2计算结果分析要比较GHP系统和HPGHP系统的性能，只需比较两种热泵对压缩机提供动力的热效率。可以看出，当概率因子A ， B ， C， D不变时，β值有一个临界值β0，当β=β0时，ηh =ηc，当ββ0时，ηh >ηc。表明在HPGHP系统中，β高于某个临界值时， HPGHP系统的热效率ηh比GHP系统的热效率ηc高。
变化关系（ A = 0. 25 ，B = 0. 25 ， C = 0. 25 ， D = 0. 25）表明，临界值β0随概率因子A ， B ， C， D取值的不同而发生变化，其中A ， B取值越大，临界值β0越大，表明在HPGHP系统中，当压缩机功率高负荷运行工况占多数时，β应该比较大，否则HPGHP系统的热效率ηh会低于GHP系统的热效率ηc；反之，当压缩机功率低负荷运行工况占多数时，β取较小的值时（也就是蓄电池组对压缩机输送的功率占压缩机总需求功率的比例较大时） ，就可以使得HPGHP系统的热效率ηh高于GHP系统的热效率ηc。
与不同部分负荷概率因子及β的变化关系综上所述，要提高混合动力燃气热泵空调系统中动力系统的热效率，亟待解决的关键问题是动力合成装置与制冷系统压缩机的动态负荷匹配，对蓄电池组和燃气发动机功率进行有效的能量管理是解决问题的一个有效途径。蓄电池组容量不仅与动力系统有关，还与热泵空调负荷、系统初投资、蓄电池组散热损失等因素有关，如何确定蓄电池组容量与发动机功率的匹配是需要深入研究的问题。
3结论3. 1在HPGHP系统中，对蓄电池组的荷电状态SOC和发动机输出功率进行合理而有效的能量管理是获得整个系统*佳燃料经济性的有效途径。
3. 2在HPGHP系统中，发动机直接对压缩机输送的功率与整个压缩机功率的比值是影响动力系统热效率的关键因素之一，只有当这个比值高于某个临界值时，HPGHP系统的动力系统的热效率才高于常规的GHP系统的动力系统。
3. 3在HPGHP系统中，当压缩机需求功率低负荷运行工况占多数时，蓄电池组对压缩机输送的功率在一定的比例范围内增大，可以保证HPGHP系统的动力系统的热效率高于GHP系统的动力系统。
