空氣源熱泵空調機組具有夏季制冷、冬季制熱的雙重功能, 因而受到越來(lái)越多用戶(hù)的青睞。然而,其應用也受到一定的限制。在某些地方冬季運行時(shí),由于室外空氣溫度較低,蒸發(fā)器表面容易結霜,影響其正常供熱;隨著(zhù)室外空氣溫度的降低,房間熱負荷增大,但空調機組供熱能力卻逐漸減少,滿(mǎn)足不了用戶(hù)的使用要求。因此,提高空氣源熱泵在低溫環(huán)境下的制熱能力, 已成為近年來(lái)非常重視的研究課題。 空氣源熱泵應用于寒冷地區冬季制熱時(shí)，系統制熱量隨著(zhù)室外溫度的降低迅速下降。同時(shí)，隨著(zhù)吸氣壓力的降低，壓縮機壓力比迅速升高，導致排氣溫度急劇上升。解決空氣源熱泵的低溫適應性，主要應從以下幾方面著(zhù)手研究：增加低溫工況下系統工質(zhì)循環(huán)量、控制機組排氣溫度、優(yōu)化機組壓縮機內部的工作過(guò)程、選用適用于大工況范圍的制冷劑。通常在同一個(gè)低溫空氣源熱泵系統中綜合了多個(gè)解決途徑。 1. 單級低溫熱泵系統 在室外溫度為-30℃，冷凝溫度為60℃的工況下，采用專(zhuān)為低溫制冷設計的壓縮機的單級熱泵系統仍然可以穩定運行。這種壓縮機主要采用R507、R404為工質(zhì)，在大壓縮比下仍可穩定運行，不會(huì )因過(guò)熱而停機。但是相對其他低溫熱泵系統來(lái)說(shuō)，它的COP相對較低。同時(shí)，由于壓縮機專(zhuān)為低蒸發(fā)壓力工況設計，在較高室外氣溫下其性能降低。隨著(zhù)室外溫度的升高，系統的制熱量逐漸增加，但是室內采暖熱負荷減小，這使得熱泵系統運行時(shí)間短，從而降低系統運行效率。單級低溫熱泵系統可以綜合變頻技術(shù)、并聯(lián)壓縮機或可替換壓縮機方式、蓄熱系統，但是這樣會(huì )增加單級系統的投資，從而丟掉了其最大的優(yōu)點(diǎn)——低廉的安裝費用。 2. 帶油冷卻的單級壓縮熱泵系統 在壓縮過(guò)程中使用在排氣管路中分離出的大量的油來(lái)降低制冷劑溫度是另一種降低排氣溫度的方法。冷卻過(guò)程發(fā)生在冷凝器中，換熱后的油回到壓縮機油路進(jìn)口。較低的排氣溫度使得壓縮機輸入功率減小，同時(shí)系統在較低的吸氣壓力下進(jìn)行。但是油的溫度高于蒸發(fā)溫度，因而增加了系統過(guò)熱度，從而增加壓縮機功耗，同時(shí)降低了系統COP?？傊?，如果系統設計合理，在不用過(guò)多增加安裝費用的情況下可以提高系統的運行效率并且可以在較低室外溫度下穩定運行。  3. 帶中間冷卻器的二級壓縮熱泵系統 帶中間冷卻器的二級壓縮熱泵系統主要是應用于蒸發(fā)溫和冷凝溫度相差較大的工況，并且在室外氣溫較高時(shí)可以單獨使用一個(gè)壓縮機，從而減少制熱量。通過(guò)兩級壓縮之間對制冷劑的冷卻，第二級壓縮后的排氣溫度明顯降低，這使得空氣源熱泵運行的溫度適應性大大提高。但是由于中間冷卻器是由循環(huán)熱水來(lái)進(jìn)行冷卻，這樣冷卻器的溫度較高，低壓級壓縮機的制冷劑不能被冷卻至飽和狀態(tài)，這樣會(huì )使得系統運行不能達到最佳COP。 4. 帶經(jīng)濟器的二級壓縮熱泵系統 帶經(jīng)濟器的二級壓縮熱泵系統,在帶經(jīng)濟器的二級壓縮熱泵系統高壓級壓縮機吸氣處，一定量的兩相制冷劑與低壓級壓縮機排出的高溫氣態(tài)制冷劑相混合。這樣壓縮機排氣溫度過(guò)高現象得以解決，同時(shí)，由于經(jīng)濟器中的換熱，使得從冷凝器出來(lái)的制冷劑在進(jìn)入膨脹閥之前過(guò)冷，從而提高系統的COP。但是該系統要準確控制好進(jìn)入高壓級壓縮機制冷劑狀態(tài)。帶經(jīng)濟器的二級壓縮熱泵系統相對于其他低溫熱泵系統有較高的運行效率。但是它的安裝費用較高，在逆運行除霜及空調用方面有一定的局限性。 5. 帶經(jīng)濟器的準二級壓縮熱泵系統 在80年代中期國內學(xué)者提出了帶經(jīng)濟器的準二級壓縮熱泵系統，并在螺桿機組中得到成功應用。經(jīng)研究，在-30℃工況下，該系統完全可以取代雙級壓縮系統。但是螺桿機組容量一般較大，同時(shí)其相對于雙級壓縮系統的優(yōu)點(diǎn)隨蒸發(fā)溫度的上升而不明顯，長(cháng)期以來(lái)它的研究?jì)H僅局限于低溫制熱情況。 帶輔助進(jìn)氣口的渦旋壓縮機實(shí)現帶經(jīng)濟器的準二級壓縮空氣源熱泵于2000年被提出，用來(lái)提高空氣源熱泵在低溫工況下的制熱性能。經(jīng)濟器系統分為過(guò)冷器系統和閃發(fā)器系統。帶過(guò)冷器的渦旋壓縮機準二級壓縮熱泵系統結構簡(jiǎn)單，無(wú)需對常規系統進(jìn)行很大改造。在較低環(huán)境溫度時(shí)能夠穩定運行，且制熱量能夠滿(mǎn)足冬季采暖熱負荷。通過(guò)啟閉補氣回路的截止閥來(lái)實(shí)現準二級壓縮模式與單級壓縮模式之間的轉換，使系統在正常制熱/制冷及低溫制熱工況下的經(jīng)濟性得到較好兼顧。 通過(guò)理論與實(shí)驗數據的分析比較得出：在低溫工況下，閃發(fā)器前節流系統比過(guò)冷器系統更能有效地提高空氣源熱泵的低溫制熱性能，同時(shí)由于其結構簡(jiǎn)單，成為寒冷地區用小型空氣源熱泵的較佳選擇。 6. 雙級耦合熱泵系統 雙級耦合熱泵系統由一級側循環(huán)（空氣—水熱泵機組）和二級側循環(huán)（水—水熱泵機組）通過(guò)中間水環(huán)路耦合在一起。該系統可根據室外氣溫進(jìn)行單、雙級交替運行，使其可以很好地適應室內負荷波動(dòng)。在雙級工況下，一級側循環(huán)運行條件和供暖特性均得以有效改善，且中間水環(huán)路不存在回灌等技術(shù)難題。因此雙級耦合熱泵系統也是一種適用于寒冷地區的新型供暖系統。 對于各種系統，其不足之處可采用變頻技術(shù)、輔助加熱器系統、復疊式蒸汽壓縮系統、單級循環(huán)與復疊循環(huán)相結合的空氣源熱泵。在室外氣溫很低條件下,按復疊循環(huán)方式制熱仍能達到壓縮比小,排氣溫度低,制熱量高要求。在低溫條件下,以復疊循環(huán)方式運行比單級運行的能量利用效率更高。熱泵在在最佳節能控制條件下運行可實(shí)現最大限度節能。 新型熱泵不但能滿(mǎn)足在正常工況下用戶(hù)對冷熱的要求,而且還能滿(mǎn)足夏季酷熱冬季嚴寒條件下對冷熱要求,能實(shí)現在環(huán)境溫度為40 ℃～ - 30 ℃范圍內對冷熱的要求,溫度適用范圍寬,工作性能穩定,控制調節簡(jiǎn)單方便;能夠隨環(huán)境溫度的變化,使系統COP 值總趨于較大值,系統總是朝最有利于節能的趨勢工作。對解決我國北方寒冷地區的低溫適用和節能等問(wèn)題具有重要指導意義。 |
