寒冷地区用空气源热泵技术进展.doc

寒冷地区用空气源热泵技术进展 08级设备一班 21号 李涑瑶摘要：空气源热泵技术是一项节能技术，推广其应用对于环境保护具有重要的意义。综述了寒冷地区用空气源热泵技术的进展，包括采用双级压缩(包括准二级压缩)和复叠循环来降低压比；采用变频压缩机在制热时加大制冷剂的循环量；采用Turbo技术、高效压缩机技术、高效换热器技术等来提高空气源热泵的低温制热性能；用电加热气液分离器以及它到压缩机之间的吸气管路，提高蒸发温度和蒸发压力等。指出空气源热泵用于寒冷地区的采暖在技术上是可行的，但是需要付出代价。在此基础上提出了一种可以充分利用室外侧换热器的复叠循环系统。关键词：空气源热泵；双级压缩循环；复叠循环；寒冷地区变频技术；辅助电加热0 前言空气源热泵能够以较低的能量消耗，实现把低温位热能输送至高温位的功能，能大量利用自然资源和余热资源中的热量，有效减少了输入能，很好地满足了冬季采暖的要求。具有安装使用方便、能量利用效率高、减少温室效应、环保等优点，在世界范围内得到广泛应用。然而，空气源热泵应用于寒冷地区冬季制热时，随着室外环境温度的降低，制冷剂吸气比容增大，使得机组吸气量随着外温的降低迅速下降，这样机组的制热量也就相应按比例下降；而且随着室外环境温度的降低，吸气压力的降低，压缩机的压比增大，机组的压力比严重偏离最优值，系统压缩过程严重偏离正常压缩过程，导致机组排气温度急剧上升。压缩比增大造成压缩机的输气系数、输气量及效率下降，同时压缩机排气温度过高，使润滑油的粘度急剧下降，影响压缩机的润滑。压缩比过大使得热泵在北方最寒冷的时候无法正常运行；压缩机排气温度超温，系统频繁启停，无法正常T作。阻碍了很节能的热泵产品在北方寒冷地区的推广应用。就现在看来，解决这些问题的技术措施主要有：通过双级压缩(包括准二级压缩)、复叠循环来降低压比；采用变频压缩机在制热时加大制冷剂的循环量；用电加热气液分离器以及它到压缩机之间的吸气管路，提高蒸发温度和蒸发压力。本文将介绍采用双级压缩(包括准二级压缩)和复叠循环空气源热泵技术的最新发展。1 准二级压缩空气源热泵技术为解决低温制冷时机组的性能与投资关系问题，在20世纪80年代中期有学者提出了带经济器的准二级压缩系统，并在螺杆机组中得到成功应用。研究指出这种系统在低温 况下的节能效果显著，对于蒸发温度在1540范围内的低温工况，采用这种经济器系统可以使得制冷量增大l944，制冷系数提高730，研究表明在30的工况下，该系统完全可以取代双级压缩系统。在储蓄罐和涡旋压缩机之间设置了向涡旋压缩机喷射液态制冷剂的旁通流路和喷射液态制冷剂控制阀。在向房间加热时，向压缩机中喷射一部分液态制冷剂；另外，对应于室内空气温度的状况控制涡旋压缩机的转速。在室外气温低时，边通过液态喷射进行压缩机冷却，边使涡旋压缩机高速运转，可以提高房间加热能力，得到针对寒冷地区的热泵空调机。由于在此低室外温度时涡旋压缩机可以在高斥力下运转，因而通过增加涡旋的圈数，或在涡旋压缩机的排泄口设置阀，就可以实现高效率运转：另外，伴随涡旋压缩机的高压力比化的高温化通过将从液态喷射回路供给的液态制冷剂提供给压缩机内，就可以适宜地保持压缩机驱动电机的线圈温度、制冷剂排泄温度通过如此构成室外空气源热泵空调机，即使室外空气温度不足15，也能通过高压力比运转压缩机进行高效率运转。另外，由于压缩机的高速运转可以发挥高的房间加热能力，得到针对室外温度不足一l5的寒冷地区的热泵空调机。2 双级压缩空气源热泵技术针对空气源热泵冷热水机组在寒冷地区冬季使用时结霜、热效率低等问题，在冬季，用放置在室外的空气源热泵冷热水机组制备1020的温水，通过水环路送至室内的水一空气热泵或者水一水热泵系统从水中提取热量，以达到供暖目的。整个系统通过水回路将空气源热泵和水源热泵组成耦合的双级热泵供暖系统。在严寒冬季制热工况下，该双级压缩低温热泵装置中的高压级单元投入运行。一方面，低温低压的气态制冷剂由低压级压缩机压缩成为温度较高的中压气态制冷剂，经高压级四通阀流向高压级压缩机吸气管；另一方面，由高压贮液器流出并进入中间冷却器的高温高压制冷剂分为两路，一小部分经电磁阀进入中间节流热力膨胀阀，在此节流成中温中压的气液混合制冷剂后进入中间冷却气的中温中压制冷剂通道，吸收流经中间冷却器高温高压制冷剂通道内液态制冷剂的热量而蒸发，同时高温高压液态制冷剂得到充分的过冷，蒸发出的中温中压制冷剂与由四通阀流出的温度较高的中压制冷剂蒸汽混合，混合后的气态制冷剂进入高压级压缩机，压缩成高高压气态制冷剂，再经高压级四通阀流入制冷剂水换热器，将所携带的热量释放给水路中循环水以加热循环水，实现制取热水的目的；高温高压的制冷剂蒸气在此冷却、冷凝成为高温液体，在通过单向阀进入高压 液器中；南高压贮液器流出的高压液态制冷剂一小部分经电磁阀、中间节流热力膨胀阀进入中间冷却器的中温中压制冷剂通道，大部分高压液态制冷剂流经中间冷却器高温高压制冷剂通道，吸收中温中压制冷剂通道内制冷剂的蒸发潜热而实现大幅度的过冷；得到充分过冷的高压液态制冷剂，经制热用热力膨胀阀节流降压成为低温低压的液态与气态混合制冷剂，再进入制冷剂空气换热器，吸收室外空气的热量蒸发成低温低压的气态制冷剂，再流经四通阀、气液分离器返回压缩机，完成制热循环。采用该系统的热泵装置不仅具有普通热泵装置在夏季和一般冬季况下的性能和功用，而且能在18的低温环境中稳定、可靠地长期运行，且具有足够的制热量和较高的性能系数，压缩机排气温度始终低于130，能够在没有辅助热源的条件下满足寒冷地区冬季的采暖要求.3 复叠循环空气源热泵技术在研究空气源热泵的低温制热问题时，系统采用复叠循环技术，夏季制冷工况和普通冬季制热T况工作时，只开启高压侧压缩机；低温制热工况时，开启低压侧和高压侧压缩机，低压侧压缩机的高温排气在冷凝蒸发器冷凝，高压侧压缩机的排气通过制冷剂水换热器和制热膨胀阀后进入冷凝蒸发器蒸发。把制冷剂水换热器和水泵分别换成制冷剂空气换热器和分机，可以直接向房间送风。本系统可以充分利用室外侧换热器。4 结论空气源热泵技术是一项节能环保的技术，但是空气源热泵在寒冷地区应用时受到压比、排气温度过高等问题。文中综述了寒冷地区用空气源热泵技术的新进展，包括采用准二级压缩循环、二级压缩循环、复叠循环、辅助电加热等。通过介绍，可以发现空气源热泵技术用于寒冷地区的采暖是可行的，但是需要付出代价。在此基础上提出了一种可以充分利用室外侧换热器的复叠循环系统。参考文献1张积太空气源热泵冷热水机组在胶东地区的运行效果设计尝试及技术经济分析 暖通空调，1997，27(6)：17202 连之伟，张欧风冷热泵机组在西安地区的运行效果测定及分析暖通空调，1998，28(6)：65673 黄虎，李志浩，束鹏程低温环境风冷热泵机组设计中的两个问题 暖通空调，1999，29(6)：2224 4 沈明，宋之平空气源热泵应用范围北扩的可能性分析及其技术措施述评 暖通空调，2002，32(6)：37395 柴沁虎，马国远空气源热泵低温适应性研究的现状及进展J能源工程，2002，f5)：25316 朱世平，郑心快速除霜空调器P中国：992282179，2000537 谷东照，袁良法一种带有低温制热辅助装置的空调器P中国：022 14365320024288 尚振围，张术学单机双级丙烷螺杆压缩机组J制冷与空调，20