223-双压冷凝空气源热泵系统的研究2.0.pdfVIP

双压冷凝双压蒸发空气源热泵系统的开发 与研究 河北科技大学 王振辉 摘要:本文介绍了在室内设置两台换热器能实现双压冷凝双压蒸发的一种新型空气源热 泵系统，冬季利用压缩机排出的蒸气热实现强制对流、辐射双温供暖，夏季利用制冷剂的双 压蒸发实现辐射、强制对流双温供冷。对系统在不同工况下工作时的热力性能进行了模拟研 究，给出了不同室外温度、不同风量、不同过热度条件下的机组性能参数，采用双压冷凝热 泵COPH 提高近10 %。 关键词：双压冷凝 空气源 热泵 补气增焓 双级压缩 0 引言 北方大中型城市雾霾作为一种新的污染方式趋于常态化，在众多解决雾霾污染举措中， 北方农村地区冬季采暖的合理解决是缓解雾霾污染问题中的重要因素之一。随着我国治理雾 霾工作的深入开展，空气源热泵是适合于华北地区农村住宅的一种很好的采暖形式，是取代 燃煤的有效手段之一。同时，热泵被列为可再生能源之一，正在北方大面积推广[1]。我国寒 冷地区冬季气候干燥，随着室外环境温度的下降，建筑热负荷增加，空气源热泵的制热量却 是随之减少，其次随着环境温度的降低，循环工质的吸气压力降低，导致压缩机的压缩比不 断增大，排气温度迅速升高，热泵机组运行效率下降，热泵的可靠性变差。从目前用户反馈 的问题来看，由低温造成的主要有：水温上不去、室温达不到设计要求、用电量大、主机结 霜化霜不彻底、水泵冰裂、噪音大、主机启动频繁等[2] 。 北方燃煤锅炉采暖室内采用散热器，而 “煤改电”项目中主要加热设备改为空气源热 泵，空气源热泵效率随出水温度升高而降低，散热器要求供水温度至少60℃以上[3] 。特别 当机组运行在较高的温度时，不仅效率会有明显下降，还会有压缩机超负荷及压缩机排气温 度过高等方面的隐患，为了改善工作环境，目前采用强制对流热交换器来降低空气源热泵出 水温度。空气源热泵最适合与低温地板辐射采暖相结合，热量以辐射为主的换热方式向室内 供暖, 其能量转换效率高。但存在启动的时间长、温升慢，机组启动工况恶化，难以实现自 动控制[4] 。 本文建立了以制冷剂为热媒的双压冷凝空气源热泵机组,采用热力学第一定律建立热力 分析模型,通过模拟对比分析评价不同工况下热泵系统的热力性能,为系统优化和各组成部 件能效特性提供理论依据。 1 双压冷凝空气源热泵系统 热泵冬季运行时是从室外空气吸收热量并将其泵送到较高温度的室内。室内得热量等于 从室外空气吸收的热量加上压缩机在蒸气压缩过程中输入的功。通过热泵系统获得热量将有 助于节省总体能源成本。冷凝热量是制冷剂蒸气的过热冷却、冷凝潜热和过冷冷却三部分组 成，该热量属于低品质[5] 。 作者：王振辉 出生年月：1960.10 职称：教授 邮政编码:050018 通信地址:河北科技大学新校区 联系电 话:031181668652 E-mail:zhenhuiwang@126.com 然而，在大多数已安装的热泵设备中没有考虑冷凝热量的阶梯利用。本文通过对室内供 暖设备的供热方式及使用需求的全面研究，开发了采用双冷凝器实现双压冷凝的空 气源热泵供暖系统。双冷凝器分别为强制对流冷凝器和平板辐射冷凝器。强制对流冷凝 器实现室内空气快速升温，平板辐射冷凝器充分回收冷凝热实现能量阶梯利用，提高热泵系 统的能源利用率。 双压冷凝空气源热泵系统如图1 所示，包含一台空气源热泵室外机、一台直膨室内风机 盘管和一组地板辐射采暖平板。为了从冷凝热中回收尽量多的热量，在前端设计为一个强制 对流热风供暖的冷却冷凝器，逆流运行，其中进入的空气首先与冷凝的制冷剂蒸气接触再与 过热制冷剂蒸气接触，达到比蒸气的冷凝温度高的热空气。后端设计为一个低温平板辐射供 暖冷凝器，进一步降低制冷剂温度，实现制冷剂的充分热回收。 图1 双压冷凝双压蒸发空气源热泵工作原理图 2 双压冷凝空气源热泵的热力学分析 2.1 双压冷凝空气源热泵工作流程 双压冷凝空气源热泵系统热力循环压焓图如图2 所示，来自室外蒸发器1 点的制冷剂蒸 气经低压压缩机绝热压缩到2 点，2 点的过热蒸气与经济器出来的饱和蒸气混合为3 点进入 到高压压缩机，经过高压压缩机绝热压缩到4 点，4 点的过热蒸气首先进入到强制对流冷凝 器中，在基本恒定压力下完成过热冷却过程（4-5）和部分冷凝热过程（5-6），随后经过分 液器与膨胀阀降压过程（6-7）在相对低的压压力下