闪发器热泵系统与单级压缩系统性能比较_刘桂兰
两级压缩和单级补气式滚动转子压缩机应用于热泵系统的理论与实验研究
郭 宏
（ 广东美芝 制冷设备有限公司 研发中心 ，广东 佛 山 ５ ２ ８ ３ ０ ０ ）
摘 要 ：热 泵是 一种 重要 的 节能 装 置 ，但是 理 论 与 实践证 明传 统热 泵 系统在 一１ ５℃ 以下
低 温环境无法正常工作 。两级 压缩和单级补气技术是 目前针对空气源热泵低 温制热改
善 方案 中 实 际应 用相 对 较 成 熟技 术 。对 两种技 术方 案 进行 了理 论 分析 及 实验 对 比 ，分
析 结果表 明，单级补 气及两级 压缩均能较好地改善低温制热效果 ，单级补气结构相对
简单 ，在较 大温度 范 围具 有 能力及 能 效优 势 。
关 键 词 ：热 泵 ；两级压 缩 ；补 气 ；制 热量 ；ＣＯＰ
第 １ ３卷 第 ３期
２ ０ １ ５年 ７月
顺 德 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｍａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｕｎ ｄ ｅ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ
Ｖｏ ｌ ＿ １ ３ ＮＯ ． ３
Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０ １ ５
两级压缩和单级补气式滚动转子压缩机 应用于热泵系统的理论与实验研究
中图分 类 号 ：Ｔ Ｂ ６ １ ４ 文献标 志 码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ６ ７ ２ — ６ １ ３ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ — ０ ０ １ ５ — ０ ４
多种制冷剂热泵循环性能的对比分析
随着我国社会的高速发展和人民生活水平的提高，经济发展与环境保护的矛盾也日益突出。
为减少采暖燃煤使用量、改善空气环境、提高能源使用效率，我国北方开始推广“煤改电”、“煤改气”等一系列政策。
北京怀柔区实施“煤改电”政策后，在电价方面将取消阶梯电价，并且在采暖期最低可享受0.1元/度的优惠电价；在采暖设备方面，对空气源热泵按照实际供热面积每平米200元补贴。
基于节能环保的环境要求和供热采暖的生活需求，采暖用空气源热泵代替传统锅炉已成为一种发展较快的趋势。
1 研究现状1.1热泵发展近况近年来国内外众多高校、研究机构和企业都一直致力于解决热泵在全年长期运行中的问题，尤其是在低温工况下运行的问题。
早在2003年，清华同方就宣称将某热泵产品进行技术革新，使得该产品的工作环境从（-8～7）℃扩大到（-15～45）℃。
2006年，南京工业大学的学者王伟设计并搭建了一台可单双级切换的压缩空气源热泵热水器，制冷剂选用R134a，得到双级压缩热泵热水器在-20℃的环境下运行COP能保持在1.5左右，相对于电热水器有较明显的优势。
广东长菱空调气冷机公司陈俊骥设计搭建一套采用中间喷射的涡旋热泵热水器并进行了实验，实验表明：该系统能在-20℃～43℃的环境温度下正常运行，制取热水的水温达到65℃；在-15℃的环境温度以下，该设备COP依然能保持在2.0以上。
国外对低温空气源热泵热水器的研究主要集中在日本、美国和一些西欧国家。
美国学者Wang X等在2009年以R410A 为工质建立一个11kW的实验台，比较了经济器和闪发器对制冷制热的影响，得出结论：外界环境为46.1℃时，闪发蒸汽喷射相对于单级系统制冷量和制冷系数分别提高14%和4%；外界环境为-17.8℃时，制热量和制热系数分别提高30%和20%。
1.2热泵循环研究进展基于热泵技术的发展要求，许多国内外学者对不同的热泵循环进行了理论对比分析，也根据不同的循环理论进行实验研究。
单、双级压缩空气源热泵的热力学仿真与研究对比分析
单、双级压缩空气源热泵的热力学仿真与研究对比分析空气源热泵以其使用方便、能源利用率高、不产生环境污染等特点在我国广大地区得到了广泛的应用。
而由于我国地域辽阔,东西和南北跨度较大,又受到海洋气流和西伯利亚寒流的交替影响,气候复杂多样。
面对复杂多样的气候,空气源热泵在冬季应用的过程中出现了一些问题。
首先,在长江中下游等夏热冬冷地区,由于冬季环境湿度较高,室外蒸发器结霜较为严重,导致蒸发器的换热效果严重降低,进而导致空气源热泵的整体的热效率下降和供热能力衰减;其次,在我国北方寒冷地区,冬季室外环境温度很低,室外蒸发器的蒸发温度和蒸发压力也会变得很低,导致空气源热泵的压缩机的排气温度上升,使系统热效率下降和系统运行的不稳定性增加。
本文针对现在最为常用的单级压缩空气源热泵系统在寒冷地区供暖的应用中所出现的问题,研究了一种带有中间冷却器的双级压缩空气源热泵系统。
基于传热学和热力学第二定律,建立单、双级压缩空气源热泵系统的热力学仿真模型,对比了双级压缩空气源热泵优于单级压缩空气源热泵的特点。
本次研究对于空气源热泵的更新换代和在寒冷地区的推广应用具有重要的意义。
本此研究主要集中在以下几个方面:选取一种带有中间冷却器的双级压缩空气源热泵系统和普通的单级压缩空气源热泵为研究对象,分别建立他们的热力学仿真模型。
该仿真模型综合了空气的性能参数、制冷剂工质的热力学参数、部件的型号类别等方面,能够较为真实地反映出空气源热泵的工作原理和实际运行状况。
在模型建立的方法上,采用动态分布参数法,使模型的计算精度更高。
同时引入PID控制算法,建立一种基于PID控制算法的全过程循环分布参数模型,使模型的计算速度和精度大幅度提高。
在制冷剂工质的状态参数和空气的状态参数的选取上,一方面在前人研究的基础上,采用经验公式,并对比已有的实验数据进行验证;另一方面利用已有的实验数据,通过matlab工具进行拟合出较为准确的计算模型。
以建立的单、双级压缩空气源热泵的热力学仿真模型为研究基础,分别改变模型运行的环境温度和蒸发温度等参数,使模型运行出计算的结果。
热泵系统研究及其制冷性能优化
热泵系统研究及其制冷性能优化随着社会的发展，低碳环保的理念逐渐深入人心。
热泵系统作为一种节能环保的空调制冷方式，逐渐得到了人们的青睐。
然而，其制冷性能也成为人们关注的焦点。
本文将从热泵系统的研究角度出发，探讨热泵系统制冷性能优化的方法和手段。
一、热泵系统研究热泵系统最初是由热能源与热能负载之间的温度差驱动的热泵，用于取暖。
随着技术的发展和完善，热泵系统在制冷方面也得到了广泛应用。
热泵制冷系统采用循环工质对低温热源进行吸收，经压缩提高温度，使空气达到制冷目的。
热泵系统的特点是制冷能耗低，运行成本低，环保节能。
热泵系统的研究与发展关键在于如何提高其制冷效率。
研究表明，热泵系统的制冷效率受到多种因素的影响。
其中，工质种类和循环方式是最主要的因素。
工质种类主要有三种，分别为制冷工质、传热工质和混合工质。
其中，制冷工质的性能直接影响热泵系统的整体制冷效率。
循环方式有单级循环和多级循环两种。
多级循环的热泵系统在制冷效率上有比单级循环更大的优势。
二、热泵系统制冷性能优化为了提高热泵系统的性能和制冷效率，热泵系统制冷性能优化是必要的。
在这方面，有几种优化方案可以采用。
1. 工质选型优化工质的选择对热泵系统的性能起着至关重要的作用。
制冷工质的选择应该以综合性能考虑，包括环保性能、热物理性能和经济性能。
传热工质在冷却系统中的应用主要是改善换热器的传热性能和防止结垢。
混合工质的优点是在满足冷却需求的同时，还可以利用传热工质的优点，提高热泵系统的性能，但也要注意其工作高压和耐腐蚀性。
2. 循环选型优化循环选型优化主要是针对多级循环热泵系统。
多级循环热泵系统比单级循环热泵系统在制冷效率上更具优势。
但多级循环热泵系统的复杂性也更高，需要实现优化。
在多级循环热泵系统中，可以采用串联式、并联式、间接串联式等多种循环方式。
不同的循环方式有着不同的应用场景和适用条件。
根据具体情况选择不同的循环方式，可以达到更加优化的制冷效果。
3. 设备参数优化设备参数的优化包括制冷剂质量流量、冷凝器和蒸发器的尺寸、压缩机效率等方面。
武汉某办公楼地源热泵能效测评
14:20
图 4 测试期间流量变化曲线（左：工况一，右：工况二）
15:00
15:50
500.0
350.0
400.0
300.0
300.0
250.0 200.0
200.0
150.0
100.0
m 0.0 .co 9:22
该办公楼是一座集办公、实验、对外接待的 办公大楼。总建筑面积 27242 ㎡，共计 19 层，
1 系统设计工况
地下一层为车库及设备用房(2413.54 ㎡)；1～4 1.1 负荷
层为实验室用房、单身公寓及餐厅（主楼+裙楼）；
建筑物空调冷热负荷[1]。夏季空调逐时冷负
5～19 层为办公用房，其中 9 层为计算机用房。 荷综合最大值：主楼夏季冷负荷 1800kW，冬季
AN OFFICE BUILDING IN WUHAN ENERGY EFFICIENCY ac EVALUATION OF GROUND SOURCE HEAT PUMP v Hu xianfang Li yuyun Ma yong Huguihua Zhao yazhou .eh (Wuhan University of Science and Technology, Wuhan,430070)
表 3 测试仪器参数一览表
序
名称及型号
范围
准确度
1
超声波流量计
DN50～DN700 ±1.0%
回水温度高于 35℃（设计工况点），冷却塔运行。
线 夏天，多余的冷凝热负荷一部分通过冷却塔散发 在 到大气，另一部分冷凝热
调 负荷提供单身公寓、餐厅卫生热水。全回收
2
超声波流量计
DN12～
±1.0%
热泵系统的性能分析与优化
热泵系统的性能分析与优化随着能源需求的不断增长和环保意识的逐渐提高，热泵系统作为一种可再生能源利用技术，逐渐成为人们关注的研究热点之一。
热泵系统不仅能够提供供暖和制冷，还能在热水和温水供应上起到重要的作用，极大地提高了节能减排的效果。
然而，对于热泵系统的性能分析与优化，目前仍存在着一定的挑战和难点。
本文将就热泵系统的性能分析与优化进行探讨，希望能够为相关科研人员提供一些有益的参考。
一、热泵系统的原理与种类热泵系统是一种利用制热或制冷方式改变环境温度的设备。
水源热泵、空气源热泵、地源热泵和海洋热泵等不同类型的热泵系统，其基本原理都是使用电能或其它能源，以周期的方式将低温热能转移到高温环境中，从而达到供暖和制冷的目的。
其中，地源热泵系统是当前应用最广泛的一种系统，通过在地下埋设热交换管道和地面上的热井之间来实现制热和制冷。
但由于不同地区的水源和气候条件各异，其适应的热泵系统也不尽相同。
因此，针对不同地区的能源环境，应该选择相应的热泵系统。
二、热泵系统的性能分析在实际应用中，热泵系统的性能主要指其制冷或制热能力与能耗之间的关系，以及其在不同环境条件下的能效表现。
为了对热泵系统的性能进行评价，需要对其主要参数进行测量和分析。
常见的热泵系统参数包括制热量、制冷量、制热效率、制冷效率、能耗等。
1、制热量和制冷量的测量热泵系统的制热量和制冷量是指在单位时间内，在制热或制冷模式下传递给空气、水或地面的能量。
所测量的制热量和制冷量是与环境温度和湿度等参数有关的，因此在测量过程中需要对环境参数进行严格的控制。
常用的测量方法包括热电偶法、涡街流量计法、多点测温措施等。
2、能效与能耗的分析在热泵系统中，能效是指能够传递给空气、水或地面的热能与所消耗的电力之比。
在不同环境条件下，热泵系统的能效会有所变化。
能耗是指在单位时间内，热泵系统所消耗的电力。
能耗是热泵系统运行成本和能源利用效率的重要指标。
因此，在热泵系统的性能分析中，需重视能效和能耗的测量和分析。
涡旋压缩机闪发器热泵系统的试验研究_赵会霞
文章编号:0254-0096(2006)04-0377-05涡旋压缩机闪发器热泵系统的试验研究收稿日期:2004-11-16基金项目:北京市自然科学基金(3042004)赵会霞,刘思光,马国远,刘忠宝(北京工业大学环境与能源工程学院,北京100022)摘 要:介绍了涡旋压缩机闪发器热泵系统,并在结构特点方面与对应的过冷器系统作了比较。
对研制的闪发器热泵系统原型机进行了试验研究和性能分析。
结果表明:随蒸发温度的降低,原型机的制热量有所减少,但减少的速度明显低于普通热泵系统,压缩机耗功有所增加,但增加的幅度不大;闪发器系统在低温工况下比过冷器系统可以更有效提高空气源热泵的低温制热性能,是寒冷地区用小型空气源热泵比较适宜采用的系统。
关键词:热泵;经济器;闪发器;涡旋压缩机中图分类号:TK523 文献标识码:A0 前 言空气源热泵可从环境大气中吸取丰富的低品位能量、使用便利,因而成为应用最为广泛的空调热泵[1]。
但是,空气源热泵的应用范围受到气候条件的约束,在热泵技术较为领先的日本曾有/采暖度日数HDD <3,0000的推荐使用标准,在我国使用范围曾被划定在长江中下游地区。
目前指导工程设计的各种文献将冬季室外计算温度tw =-3e 定做热泵使用的最低线[2]。
因此,传统的空气源热泵如果不加任何改进就应用于黄河流域、华北等寒冷地区,它在冬季将无法正常运行,还会产生空气源热泵不能在寒冷地区使用的误区。
近年来,针对空气源热泵在低温环境下制热量不足和可靠性差的问题,相继提出了各种解决的办法:¹带双压缩机的二级压缩循环;º带经济器的蒸汽喷射循环;»带经济器和吸气回热器的蒸汽喷射循环;¼用于过冷冷凝液的独立热泵回路。
衡量改进方案经济有效的标准就是:结构简单、易于实施;在较低环境温度时能够安全、稳定、可靠的运行,制热量能够满足需热量的要求;在较高的环境温度时有较高的性能系数[3]。
涡旋压缩机闪发器系统性能的模拟分析
２０ ０ ６年第 ３ ４卷第 ９期
文章 编 号 ： １ ５－ ３９ ２０ ） ０ －－ ２ （０６０ ０ － － ０ １— ０ ５ ６
流
体
机
械
１ ５
涡旋 压缩 机 闪发 器 系统 性 能 的 模 拟 分 析
赵 会 霞 。 马国远
（． 京 工 业 大 学 ， 京 １北 北 １０ ２ ； ． 京 工 贸技 师 学 院 ， 京 ００ ２２ 北 北 １０２ ） ００２
摘
要 ： 介绍 了带 涡旋压缩机经 济器的三种典 型热泵系统 ， 即前节 流闪发器 、 后节流 闪发器 及过 冷器系统 ， 利用 基于热
力 学 第 一 律 和 实 验 数 据 建 立 的分 析 模 型 ， 闪 发 器 系 统 的性 能 特 性 进 行 详细 的模 拟 分 析 ， 出 了 闪 发 器 系 统 中 间 补 气 定 对 指
Ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｉ ｌ ｔｏ ｎ Ｅｃ ｎ ｍｉｅ ｙ ｔｍ ｕ ｅ 、ｉ Ｓ ｒ ｌ Ｃｏ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｏ ｚ ｒ Ｓ ｓｅ Ｃｏ ｐｌｄ ｖｔ ｃ ｏｌ ｍ ｒ ｓ ｏ ｈ
Ｚ ＨＡＯ Ｈｍ — ｉ ＭＡ １ Ｖｌｌ ｘａ 一． Ｇｕ３ ｌ ｌ － ａ
（ ．ｅ ｉ ｎ ｅｓｙｏ ｅｈｏｏｙ ｅ ｉ ００ ２ ￣ ａ １Ｂ ｉ ｇＵ ｉ ｒｔ ｆ ｃｎｌ ，Ｂｉｎ １０２ ，Ｃ ｎ ； ｊ ｎ ｖ ｉ Ｔ ｇ ｊｇ
２ Ｂ ｉｎ ｄ ｓ ｙａｄＴ ａ ｅ ｅｈｎ￣ Ｉ ｔｕ ， ｅ ｉ ０ ０ ２ Ｃ ｉ ） ． ｅ ｉ Ｉ ｕｔ ｎ ｒ ｃ ｉ ｊ ｇｎ ｒ ｄ Ｔ ｅ ｎ ｉ ｔ Ｂ ｉｎ １０ ２ ， ｈ ａ ｓｔ ｅ ｊ ｇ ｎ
１ 前 言
各种热泵系统性能比较
各种热泵系统性能比较地源热泵是一种利用浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。
地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。
水源/地源热泵有以下几种形式:1、地下水式地源热泵：是直接利用水源进行热量传递的热泵系统。
该系统需配备防砂堵，防结垢、水质净化等装置。
地下水式地源热泵地源热泵机组通过机组内闭式循环系统经过换热器与由水泵抽取的深层地下水进行冷热交换。
地下水排回或通过加压式泵注入地下水层中。
此系统适合建筑面积大，周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群落。
A、优势：①采用热泵的形式为建筑物供热可大大降低一次能源的消耗，提高一次能源的利用率，因此地下水源热泵系统具有高效节能的优点。
②地下水源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套系统。
系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。
③地下水温度较恒定的特征，使得地下水源热泵系统运行更稳定可靠，整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。
B、劣势：①地质问题：地下水属于一种地质资源，大量采用地下水源热泵，如无可靠的回灌，将会引发严重的后果。
地下水大量开采引起的地面沉降、地裂缝、地面塌陷等地质问题日渐显著。
②水质问题：现在国内地下水源热泵的地下水回路都不是严格意义上的密封系统，回灌过程中的回扬、水回路中产生的负压和沉砂池，都会使外界的空气与地下水接触，导致地下水氧化。
C、适用地质条件：水源热泵系统对地质要求严格，水源热泵取水是取深层地下水，和水质、回灌量、出水量有很大关系，地质水渗率决定是否采用水源热泵。
单级压缩机与双级压缩机在超市应用中的比较
单级压缩机与双级压缩机在超市应用中的比较超市是现代人们购物的主要场所之一。
为了保持超市内货物的新鲜和品质，压缩机在超市制冷系统中起到了至关重要的作用。
在超市应用中，单级压缩机和双级压缩机是两种常见的制冷设备。
本文将比较和探讨这两种压缩机在超市应用中的优缺点，以及适用的具体情况。
1. 单级压缩机单级压缩机是一种将压缩机和冷却装置结合在一起的制冷设备。
它通过将压缩机的气体喷射到冷却装置中，使其冷却并传递到制冷系统中的货架和展示柜。
单级压缩机的主要特点如下：优点：a) 简单而紧凑的结构：单级压缩机由一个压缩腔和一个冷却腔组成，结构相对简单且紧凑，易于维护和安装。
b) 低成本：单级压缩机的制造成本相对较低，适用于中小型超市。
c) 适用于低温制冷：单级压缩机能够产生较低的制冷温度，适用于需要低温冷藏和冷冻的超市商品。
缺点：a) 较低的制冷效率：由于单级压缩机只有一个冷却腔，无法充分利用压缩机的功率，其制冷效率相对较低，能耗较高。
b) 温度控制较困难：单级压缩机在面对不同温度要求时，温度控制相对较困难，可能导致超市中货物的质量受损或过期。
2. 双级压缩机双级压缩机是一种将压缩机和冷却装置分开的制冷设备。
它通过将压缩机产生的高温高压气体先冷却，然后再进行二次压缩，以提高制冷效率。
双级压缩机的主要特点如下：优点：a) 高制冷效率：双级压缩机通过二次压缩，能够更充分地利用压缩机的功率，提高制冷效率，降低能耗。
b) 温度控制精确：双级压缩机通过调节二次压缩的气体比例，可以实现精确的温度控制，适用于不同温度要求的超市商品。
c) 适用于大型超市：双级压缩机的制造成本相对较高，适用于大型超市，能够满足较大规模的制冷需求。
缺点：a) 复杂的结构：双级压缩机由压缩腔、冷却腔和二次压缩腔组成，结构相对复杂，需要更高的维护成本和专业技术支持。
b) 高成本：由于双级压缩机具有更高的制造成本，相对于单级压缩机，其价格也较高。
综上所述，单级压缩机和双级压缩机在超市应用中各有优缺点。
热泵工作原理
热泵工作原理标题：热泵工作原理引言概述：热泵是一种能够实现热能转换的设备，通过循环工作来实现热量的传递。
热泵工作原理涉及热力学、热传递等多个领域知识，下面将详细介绍热泵的工作原理。
一、蒸发器部份1.1 蒸发器是热泵循环系统中的一个重要组成部份，其作用是将低温低压的工质吸收外界热量并蒸发成气体。
1.2 在蒸发器中，工质通过吸收外界热量而蒸发，此过程需要吸收外界热量来提供蒸发所需的能量。
1.3 蒸发器中的蒸发过程是热泵工作的第一步，也是热泵吸热的阶段。
二、压缩机部份2.1 压缩机是热泵循环系统中的另一个重要组成部份，其作用是将低温低压的气体压缩成高温高压的气体。
2.2 压缩机通过提供外部功率，将气体压缩，使其温度和压力升高，从而增加气体的焓值。
2.3 压缩机中的气体压缩过程是热泵工作的第二步，也是热泵增压的阶段。
三、冷凝器部份3.1 冷凝器是热泵循环系统中的另一个重要组成部份，其作用是将高温高压的气体放热并冷凝成液体。
3.2 在冷凝器中，气体通过放热而冷却，从而将热量释放到外界，使气体冷凝成液体。
3.3 冷凝器中的冷凝过程是热泵工作的第三步，也是热泵放热的阶段。
四、膨胀阀部份4.1 膨胀阀是热泵循环系统中的另一个重要组成部份，其作用是将高温高压的液体通过膨胀阀降压成低温低压的液体。
4.2 膨胀阀通过限制液体流速，使其压力和温度降低，从而实现液体的膨胀。
4.3 膨胀阀中的膨胀过程是热泵工作的第四步，也是热泵降压的阶段。
五、循环过程5.1 热泵工作原理是通过蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四个部份的协同作用来实现热量的传递。
5.2 在循环过程中，热泵不断地吸热、增压、放热和降压，从而实现热量的转移和利用。
5.3 热泵循环过程中的各个部份密切配合，确保热泵能够高效地工作，并实现热能的转换。
结论：热泵工作原理是一个复杂的热力学过程，通过蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四个部份的协同作用来实现热能的转换。
深入了解热泵的工作原理，有助于提高热泵系统的效率和性能，为热泵技术的发展提供重要参考。
带经济器的空气源热泵系统研究综述
带经济器的空气源热泵系统研究综述唐逸飞;赵军【摘要】为了解决热泵系统无法在低温工况下工作的问题,国内外学者提出了在空气源热泵系统中增加一个经济器,引入强化补气(EVI)技术.采用闪发器前节流的热泵系统可以实现更佳的制热效果与可靠运行;涡旋压缩机结构简单且容积较小,广泛应用于小型户式空气源热泵机组的研究;采用改变环境温度的实验方法研究系统的中间补气量,发现不同环境温度下,均存在一个最优补气量且数值均不同;采取控制参数法、划分系统切换区域研究经济器的控制策略;采用微元控制体分析法等建立数学模型进行系统仿真,研究仿真误差因素;将经济器应用到中高温工况下的热泵系统与单级吸收式系统,其应用效果都比较良好.对经济器的控制策略将是研究重点,除湿工况下经济器的应用将作为今后研究工作方向之一.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2018(036)004【总页数】7页(P93-99)【关键词】空气源热泵;强化补气(EVI)技术;经济器;闪发器;微元控制体分析法;控制参数法【作者】唐逸飞;赵军【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5随着我国经济、工业的整体实力不断提升，人们的生活质量得以改善，人们对采暖供热的需求也不断提升。
同时，环境保护与节能意识的增强，促进了我国空气源热泵的研究发展。
空气源热泵使用较为方便、能源利用率较高且对环境基本不产生污染。
我国长江三峡以东地区已广泛采用了空气源热泵系统。
可是，北方冬季取暖依然大量采用烧煤的方式，空气污染的问题日益凸显。
但是，在北方冬季供暖时，随着室外温度的降低，热泵受到压缩循环特性的影响，系统性能系数CCOP会急速衰减，压缩机不能有效运行，导致空气源热泵无法在低温工况下工作。
为了有效解决空气源热泵系统在低温工况下制冷能力不足和压缩机排气温度过高等问题，国内外学者提出了带经济器的空气源热泵系统，并且在一定程度上拓宽了热泵系统的应用范围。
空气能热泵专用压缩机与普通压缩机对比
空气能热泵专用压缩机与普通压缩机对比对于很多家庭来说，热泵是一种新兴的家电产品。
而在家中使用空气能热泵专用压缩机可以获得更好的制冷效果。
一：压缩机的优势压缩机是空气能热泵专用的关键部件之一。
与普通压缩机相比，压缩机具有以下优势：1、使用高性能的冷媒来替代热油。
冷媒可以有效地降低压力损失和提高机器效率，并且不会对环境产生污染；2、采用了先进的冷却技术来保证压缩机工作在最佳温度点之上。
通过对风扇转速进行优化控制，可以使机器的噪声大大降低。
此外，为了达到最好的制冷效果，还需要安装更好的换热器系统。
所以说，除了性能要求较高之外，压缩机还有一个重要因素就是噪音问题。
二：普通热泵与专用热泵对比压缩机是热泵系统的关键部件，它决定了整个热泵系统的性能。
不同种类的空气源热泵专用压缩机具有不同特点和优势，因此在选择热泵专用压缩机时需要考虑以下几点：1、额定制冷能力：普通热泵主机通常具有较低的额定制冷量，而专用压缩机则要求具备更高的制冷能力。
2、排气温度：一般情况下,使用同一型号的通用压缩机比较好,但如果要根据实际工况进行调节时,应该选用专门针对特定工况设计的产品。
3、使用寿命：一般情况下,使用相同规格、转速的通用压缩机寿命相对较长,而专用压缩机使用寿命则取决于其内部结构及材料特性,所以使用寿命也不确定。
三：使用寿命、噪声和制冷性能压缩机的使用寿命取决于两个因素：排气量和内部结构。
排气量是指压缩机在工作时所能吸入空气的体积，普通热泵压缩机常用1.5L、2L或3L等规格的气缸；而专用热泵压缩机通常采用更大的活塞直径或者更长的缸径，以便能更多地利用系统中的热量。
此外，使用不同规格的压缩机也会导致压缩机寿命长短不一。
为了保证良好的性能，必须确保其内部结构相对较好。
例如，如果压缩机的活塞杆较短，则可以更有效地压缩气体;相反，如果活塞杆较长，则可能导致气流不顺畅，进而影响压缩机的工作效率。
因此，选择合适的压缩机对整个系统来说至关重要。
热泵专用压缩机和普通压缩机
普通型空气源热泵热水机运行性能受到很大影响，主要表现在几个方面：一、制热量随着环境温度的下降而逐步衰减。
吸气量的大小与其吸气饱和温度一一对应，吸气饱和温度越高，吸气越大，反之反。
随着环境温度逐步下降，系统蒸发温度降低，压缩机吸气比容增大，输气系数减小，导致制热量减少，系统能效比(COP)相应下降，经济性降低。
二、是机组特别是压缩机运行的可靠性问题。
低温环境下，蒸发温度过低时，压缩机压缩比增大引起排气温度快速升高，使润滑油黏度急剧下降，影响压缩机润滑，系统还会出现回液、回油不正常，严重时会导致压缩机损坏等问题。
爱默生公司推出的谷轮ZW系列热泵专用压缩机，根据中国南方区域环境变化太大的特点，推出适应南方型ZWKA型系列和北方型ZWKA型热泵专用压缩机系列，保证了压缩机能在中国大部分区域能安全、高效、稳定运行。
谷轮ZW热泵专用压缩机和普通压缩机在热泵热水机上应用对比
1、普通压缩机
1)低温工况运行时，压缩机高压缩比、产生过热、润滑油变质、涡旋盘磨损等
高温工况运行时，电机过载、轴承磨损、电机绕组超过极限。
2)高水温运行时，高冷凝温度，电机过载、过热;润滑油变质，涡旋盘磨损、轴承磨损，电机绕组超过极限。
3)在低温工况时，能力不够和能效比低, 经济性差，在-10C以下能力衰减可达40%以上, COP<1.5W/W。
2、谷轮ZW热泵专用压缩机
1)采用浮动密封设计，适应制高温热水时高压比的需求。
2)定涡旋盘及动态排气阀设计，设计适应高压差的需求。
3)EVI设计，保证机组具有安全的排气温度。
热泵应用的什么原理
热泵应用的原理1. 什么是热泵热泵是一种利用热力学原理，将低温热能转化为高温热能的装置。
它可以实现室内空调、供暖、热水等多种用途。
2. 热泵的工作原理热泵的工作原理基于热力学的两个基本原理：热力学第一定律和热力学第二定律。
2.1 热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，它表明能量在系统内是守恒的。
在热泵中，这个原理表示能量不会自行消失或产生，只能由一种形式转变为另一种形式。
2.2 热力学第二定律热力学第二定律描述了热能在温度梯度下的传递方向。
根据这个定律，热能会自然地从高温区域流向低温区域，而不会反向流动。
3. 热泵的运作流程热泵的运作流程包括四个基本步骤：蒸发、压缩、冷凝和膨胀。
3.1 蒸发通过蒸发过程，热泵从低温区域吸收热能。
在蒸发器中，低压的制冷剂将热能从周围环境吸收到自己身上，并转化为蒸汽状态。
3.2 压缩在压缩过程中，蒸汽被压缩成高压状态。
这个过程需要消耗一部分能量，通常通过驱动冷媒流动的压缩机来完成。
3.3 冷凝冷凝过程发生在冷凝器中，高压蒸汽被冷却并转化为液体状态。
在这个过程中，热能被释放到环境中，并供应给所需要的热源。
3.4 膨胀在膨胀阀中，高压液体通过窄小的通道流动，压力和温度都会降低。
这个过程将制冷剂准备好进行下一轮循环。
4. 热泵的应用热泵的应用非常广泛，包括以下几个方面：4.1 室内空调热泵可以通过吸收室内的热能并将其排放到室外来实现室内的制冷。
它比传统的空调系统更加节能，减少了能源的浪费。
4.2 室内供暖热泵可以通过吸收室外的热能并将其传导到室内来实现室内的供暖。
这种供暖方式不仅高效，而且环保，减少了对化石燃料的依赖。
4.3 热水供应热泵也可以用于热水供应。
它可以从环境中吸收热能供应给热水器，从而加热水源。
4.4 工业应用热泵在工业领域也有广泛的应用，例如冷库、生物制药、化工等。
它可以为这些领域提供高效、稳定的制冷和加热。
5. 热泵的优势与局限5.1 优势•高效节能：热泵可以从周围环境中吸收热能，因此能够非常高效地转换能源。
低温热泵与单机空调对比
分体空调与低温空气源热泵比较关于空气源热泵和分体空调的优缺点，下面分别从初投资、运行费用、舒适性、实用性、可靠性等方面进行分析。
1、初投资分体空调以1.5匹壁挂机为例，目前的市场价格为3000-4000元左右；厂家推荐的适用房间面积是15-25㎡左右。
参2015年市场大概报价，以3500元/台考虑（考虑了大批量安装情况下的实际价格优惠），房间适用面积按照20㎡考虑，每平方米投资：3500÷20＝175元/㎡。
（考虑到冬季采暖、选用1.5匹壁挂机最为合理，1匹壁挂机无法满足冬季采暖要求）低温空气源热泵（以选用风冷机组＋风机盘管方案为例）约每平方米的投资为220元左右（谷轮压缩机、优质品牌组件）。
二者初投资方案的差值为220-175＝45元/㎡。
如果以360㎡的建筑考虑，则初投资的差距为45元×360㎡＝16200元。
2、效率：衡量空调制冷工作效率的重要指标是“能效比”（英文缩写是COP）。
其实，COP值就是机组制冷量与机组能耗（包括燃料释放出的能量和电能）之比。
COP值越大，说明机组效率越高，也就越省电。
目前实施的空调行业新的国家能效标准分为5个级别，能效比为3.4以上者为一级，随后依次为二级3.2、三级3.0、四级2.8,五级2.6。
与此同时，新国标的强制性执行也意味着能效比低于2.6的空调将被清除出局。
形象地讲，当cop=4.0时，意味着输入1KW的电能可以产生4KW的制冷量。
而当cop=2.6时，即输入1KW的电能只能产生2.6KW的制冷量。
制冷：1）目前主流的分体空调制冷工况的COP值在2.6-2.8，个别新款机型能达到2.9，但最高不会超过3.0。
2）空气源热泵风冷冷水机组制冷工况的COP值在3.0以上，我公司生产的“能至霸”牌低温空气源热泵，这个数值还会更高。
（平均不低于3.5）。
制热：1）目前主流的分体空调制热工况的COP值在0.9-1.2，个别新款机型能达到1.5，但最高不会超过2.0。
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发器的制冷剂 流 量；ｍｋ 为 冷 凝 器 的 制 冷 剂 流 量；
ｖ２ 为 点 ２ 的 制 冷 剂 比 容；Ｒ 为 制 冷 剂 的 气 体 常
数；ｋ 为 制 冷 剂 的 等 熵 指 数；Ｔ６ 为 点 ６ 的 制 冷 剂
温度；ｐ２、ｐ６ 为点２、６的制冷剂 压 力；ξｐ 为 补 气 过
程 的 压 力 损 失 系 数 ，其 值 由 实 验 确 定 ，取 值 范 围 为
升高而降低，因此必然 存 在 中 间 补 气 压 力 使ａ１＝ ａ２，此时系统达到平衡并处于稳定的 运 行 状 态，所 对应的中间补气压力称为平衡补气压力。
第４期
刘 桂 兰 ，等 ：闪 发 器 热 泵 系 统 与 单 级 压 缩 系 统 性 能 比 较
４４９
３ 模 拟 仿 真 计 算
３．１ 迭 代 算 法 与 计 算 流 程 平衡补气压力 的 求 得 可 通 过 迭 代 的 方 法，计
式。目前，我国空气源热泵应用日趋广泛，在建筑 低的情况持续时 间 一 般 较 短，因 而 系 统 的 整 体 经
节能、替代燃煤供 热 等 工 程 中 发 挥 着 越 来 越 重 要 济性变得非 常 差。 如 何 兼 顾 机 组 在 正 常 的 制 冷／
的作用。空气源 热 泵 以 电 能 为 驱 动 力，将 室 外 环 制热以及低温制热工况下运行时的经济性和可靠
ａ２
＝
ｈ４ ｈ６
－ｈ５ －ｈ４
（３）
其中，ｈ４、ｈ５、ｈ６ 分别表示状态４点、５点、６点的焓
值 。 由 （２）式 可 知 ，压 缩 机 所 能 容 纳 的 中 压 相 对 补
气 量 随 中 间 补 气 压 力 的 升 高 而 升 高 ，而 由 （３）式 可
知，闪发器的相对 闪 发 蒸 汽 量 随 中 间 补 气 压 力 的
梁 平 原 （１９７２－ ），男 ，湖 南 涟 源 人 ，博 士 ，吉 首 大 学 副 教 授 ，硕 士 生 导 师 ．
４４８
合 肥 工 业 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
第 ３５ 卷
式的 切 换，有 关 这 方 面 的 研 究 比 较 少，为 此，笔 者 建立了带闪发器前节流的涡旋压缩机热泵系统的 数 学 模 型 ，以 哈 尔 滨 的 气 象 参 数 为 例 ，利 用 迭 代 算 法 ，对 带 闪 发 器 的 热 泵 系 统 进 行 了 模 拟 仿 真 计 算 ， 比较了闪发器补气系统和普通单级压缩系统的性 能，得出闪发器系 统 模 式 和 普 通 单 级 压 缩 系 统 模 式的最佳切换区 域，使 系 统 根 据 室 外 温 度 的 变 化 进行运行模式的 切 换，保 证 系 统 既 可 靠 又 经 济 地 运 行 ，提 高 系 统 的 整 体 运 行 经 济 性 。
Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｆｌａｓｈ－ｔａｎｋ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩＵ Ｇｕｉ－ｌａｎ１， ＹＵＡＮ Ｑｕａｎ１， ＬＩＡＮＧ Ｐｉｎｇ－ｙｕａｎ２
图 １ 闪 发 器 前 节 流 系 统
该系统采用带辅助进气口的涡旋压缩机。涡 旋压缩机排出的高温、高压制冷剂 气 体（３ 点），经 冷凝 器 将 热 量 传 递 给 载 热 介 质 后 变 为 液 体 （４ 点），升温后的载 热 介 质 可 用 于 采 暖 或 其 他 用 途。 从冷凝器出来的高压制冷剂液体经膨胀阀 Ａ 节
２ 数 学 模 型 的 建 立
这里以带闪发器前节流的涡旋压缩机热泵系
统为例，将涡旋压 缩 机 的 补 气 过 程 模 型 简 化 为 绝
热 增 压 、等 容 混 合 的 过 程 ，不 考 虑 补 气 过 程 的 压 力
损 失 ，应 用 变 工 质 的 热 力 学 第 一 定 律 ，则 压 缩 机 所
算时应先假 定 中 间 补 气 压 力 ｐｍ，根 据 补 气 －压 缩 过程的计算模型、闪 发 器 的 能 量 平 衡 方 程 式 分 别 计算出ａ１、ａ２，看 ａ１、ａ２ 的 误 差 是 否 小 于 设 定 值， 并且保证补气 －压 缩 结 束 时 压 缩 腔 中 的 制 冷 剂 压 力小于中间补 气 压 力ｐｍ，结 束 迭 代 过 程，否 则 重 新假定中间补气压力 ｐｍ，继续迭 代 计 算。 整 个 补 气 －压缩过程的迭代算法如图２所示。
０．２～０．４。 影响补气过程的压力损失系数的主要因素为
中间 补 气 压 力，中 间 补 气 压 力 越 大，取 值 越 小；反
之 ，取 值 越 大 。
根据闪 发 器 的 能 量 平 衡 方 程 （１＋ａ２）ｈ４ ＝ ａ２ｈ６＋ｈ５，闪 发 器 能 够 供 给 的 相 对 补 气 量 即 循 环 相对闪发蒸汽量可以表示为：
值 ，进 行 补 气 前 内 压 缩 过 程 的 性 能 计 算 ；主 要 计 算 指标为制热量、制热 ＣＯＰ、电功率、排气温度等。
（３）根 据 补 气 －压 缩 过 程 的 迭 代 计 算 模 型 计 算补气结束时的 参 数，进 行 补 气 结 束 后 内 压 缩 过 程的性能计算，计 算 出 闪 发 器 系 统 的 主 要 性 能 指 标 ；主 要 计 算 指 标 同 以 上 步 骤 （２）。
闪发器热泵系统与单级压缩系统性能比较
刘 桂 兰１， 袁 泉１， 梁 平 原２
（１．广州铁路职业技术学院 机械与电子学院，广东 广州 ５１０４３０；２．吉首大学 信息科学与工程学院，湖南 吉首 ４１６０００）
摘 要 ：文 章 建 立 了 带 闪 发 器 前 节 流 的 涡 旋 压 缩 机 热 泵 系 统 的 数 学 模 型 ，以 哈 尔 滨 的 气 象 参 数 为 例 ，利 用 迭 代 算 法 ，对 带 闪 发 器 的 热 泵 系 统 进 行 了 模 拟 仿 真 计 算 ，比 较 了 补 气 系 统 和 单 级 压 缩 系 统 的 性 能 ，得 出 闪 发 器 系 统 模式和普通单级压缩系统模式的最佳切换区域。 关 键 词 ：热 泵 系 统 ；闪 发 器 ；单 级 压 缩 ；涡 旋 压 缩 机 ；低 温 制 热 中 图 分 类 号 ：ＴＢ６５１．８ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００３－５０６０（２０１２）０４－０４４７－０５
泛的应用 。 ［１］ 而 对 于 我 国 北 方 寒 冷 地 区，长 期 依 循环 特 性 的 限 制，会 迅 速 衰 减，无 法 正 常 工 作，从
靠燃煤、燃油取暖，严重的空气污染给环境带来巨 而限制 了 空 气 源 热 泵 的 应 用 范 围。 针 对 这 一 问
大压力，因此，对于以上地区，探寻出一种清洁、节 题，有学者提出了带经济器的涡旋热泵系统，有效
能的取暖方式已成为当务之急。空气源热泵是环 地解决了空调热泵系统在低温工况下制热能力不
保型高效节能的 供 热 装 置，其 低 位 热 源 是 环 境 空 足和压缩 机 排 气 温 度 过 高 等 问 题［２－６］，使 热 泵 系
气，具有无污染物排放的特点，符合供暖的理想模 统的应用范围得到了扩展。但由于环境温度特别
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｆｒｏｎｔ－ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｆｌａｓｈ－ｔａｎｋ ｉｎ ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｉｓ ｂｕｉｌｔ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ ｆｏｒ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｆｌａｓｈ－ｔａｎｋ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｇａｓ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ ｆｌａｓｈ－ｔａｎｋ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ；ｆｌａｓｈ－ｔａｎｋ；ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈｅａｔｉｎｇ
能容纳的中压相对补气量可以表示为：
ａ１
＝
ｍｂ ｍ０
＝
ｍｋ －ｍ０ ｍ０
＝
ｖ２ ＲｋＴ６
（ｐ２′
－ｐ２）（１）
计算时，若考虑 补 气 过 程 中 压 力 损 失，则 （１）
式成为：
ａ１
＝
ｍｂ ｍ０
＝
ｍｋ －ｍ０ ｍ０
＝
ｖ２ ＲｋＴ６
（ｐ６
－ｐ２）ξｐ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ （２）
其中，ｍｂ 为通过补气回路的制冷剂流量；ｍ０ 为蒸
１ 闪 发 器 前 节 流 系 统 循 环
经济器系统 的 基 本 型 式 有 ２ 种：闪 发 器 系 统 和过冷器系统，闪 发 器 系 统 又 可 分 为 闪 发 器 前 节 流系统和闪发器 后 节 流 系 统，闪 发 器 前 节 流 是 两 级节流的经济器系统 。 ［７］
闪发器前节流系统如图１所示。
第３５卷 第４期 ２０１２ 年 ４ 月
合 肥 工 业 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＦＥＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－５０６０．２０１２．０４．００４
Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２０１２
境空气作为冷、热源，向被调节对象提供冷、热量。 性，使系统根据室外温度的变化，进行不同运行模