第 24 卷第 4 期 2005 年 ] 月 文章编号 %1003-0344&2005 ’04-024-6
建 筑 热 能 通 风 空 调
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_/IJ247‘/J47 N,:J72005J24Z2]
寒冷地区用空气源热泵技术进展
饶荣水 1)*2**谷波 1**周泽 2**申建军 2**孔波 2
!"""" 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 出这种系统在低温工况下的节能效果显著 ! 对于蒸发 温度在 -15～-40! 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 19%～44% ! 制冷系数提 高 7%～30%! 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 " 最近 ! 尚振国等对单机双级
马国远等人经过研究 " 成功利 用 带 辅 助 进 汽 口 的 涡旋压缩机实现带经济器的准二级压缩空气源热泵 系 统来提高空气源热泵在低温工况下的制热性能 [14～15]! 该 研究可以有效提高热泵在低温工况下的性能 " 系统的 基本型式如图 4 所示 ! 机组具有以下优点 $) 样机可以 在 -15! 的低温环境中稳定 # 可靠地运行 " 具有足够的 制热量 " 能够满足低温环境的采暖需求 ! *中间补气 可以增加机组的制热量和功率消耗 " 但制热量增加的 速度大于功耗增加的速度 " 因此通过补气可以 提高系 统的 !"#+ 随着蒸发温度的升高 " 补气改善 !"#+ 的效 果越来越小 " 当蒸发温度高于 -1,! 时 " 补气所 带来的 效果可以忽略 ! - 中间补气可以明显降低压缩机的排 气温度 ! 机组在各低温工况下运行时 " 排气温度是稳 定的 " 且始终未超过 13,! 的限制 !
&1* 上海交通大学制冷与低温工程研究所 $2* 河南新飞电器有限公司 ’
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 +,-./ 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
丙烷螺杆压缩机组进行了研究 $周刚等对用于 空调
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工况的双级压缩循环进行了分析计算 [10]" 但是由于螺 杆机组容量一般较大 ! 很少有应用于小型户式空气源 热泵的情形 ! 同时这种系统相对于二级压缩系统的优
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建 筑 热 能 通 风 空 调
0,,5 年
热泵空调机 ! 由于在此低室外温度时涡旋压缩机可以 在 高 压 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 !
!""""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 !
[5]
图 1:::适合于寒冷地区用的热泵型柜式空调机
小国研作等提出了一种用于寒冷地区的热泵空 调机 !其构成如图 2 所示 " 在储蓄罐和涡旋压缩机之
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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
Development of Air Source Heat Pump for Cold Regions
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收稿日期 %2004-12-X 作者简介 % 饶荣水 R1XY2ZM ! 男 ! 博士 ! 工程师 ! 副所长 $ 河南省新乡市河南新飞电器有限公司空调研究所 R453002M $03Y3-5066141 $
@-P;5I[*-/2:3B,5-;/\163J264
第 24 卷第 4 期来自饶荣水等 % 寒冷地区用空气源热泵技术进展
温适应性问题 % 增加低温工况下系统的工质循环量 # 控制机组排气温度# 优化机组压缩机内部的工作过 程 ! 选用适用于大范围工作状况的制冷剂[5]" 空气源热泵的本质是要从空气中吸收热量并输 送到室内需要采暖的场所 ! 随着室外温度 的降低 ! 只 有更低的蒸发温度才能从空气中吸收热量 ! 这必然造 成压缩机压比的升高和制冷剂循环量的减少 " 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 [6～8]" 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 "
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