准二级压缩喷气增焓技术在多联机上的应用

准二级压缩喷气增焓技术在多联机上的
应用
摘要：本文提出了准二级压缩喷气增焓技术的多联式空调机组系统，该系统
采用的具有准二级压缩的节能喷气增焓技术，大幅提升系统低温制热能力、同时
保证高温制冷效果，可以充分应用到现有的热泵产品上，尤其是使用广泛、市场
存量巨大的多联机产品上。

关键词：准二级压缩；喷气增焓；多联机；
Quasi-Secondary Compression Jet Enthalpy Technology Application on VRF
Li Huayong
(GD Midea Heating&Ventilating Equipment Co., Ltd,Foshan, Guangdong, 528311)
Abstract: In this paper, a VRF unit system with quasi-two-stage compression jet enthalpy increasing technology is proposed. The system adopts energy-saving jet enthalpy increasing technology with quasi-
two-stage compression, It can greatly improve the low-temperature heating capacity of the system, while ensuring the high-temperature cooling effect. It can be fully applied to existing heat pump products, Especially on VRF products that are widely used and have a huge market stock.
Key words: Quasi-Secondary Compression; air jet enthalpy; VRF
1背景
而随着全球气候变暖，极端天气频发。

超高温制冷需求、超低温制热需求变
得越来越迫切。

与此同时国家节能减排的需求也日益紧迫，国内对空调产品能力
能效的要求也变得更高。

国家标准委员会对多联机的评价标准进行全方位的升级，借鉴日本、美国等国家对热泵空调的评价标准，采用全年性能系数APF值对多联
机空调能效进行衡量。

这意味着对多联机空调系统制冷制热能效的综合考量。

众所周知，广泛用于多联机组的常规涡旋压缩机因其压比、排气温度等原因
受限，对应的产品应用范围通常在-15℃~48℃之间，过低环境温度制热会导致系
统压比过大，过低回气压力过会导致低制热能力剧烈衰减；过高的环境温度会导
致排气温度过高，超出压缩机运行范围，碳化润滑油严重影响系统的可靠性。

因
此开发出一种既能够大幅提升低温制热效果又能够保证高温制冷可靠性，同时在
超宽范围内高效运转的控制技术并将其应用到多联机组，迫在眉睫。

2准二级压缩喷气增焓技术的多联式空调机组系统系统设计
下图为本文提出的基于准二级压缩喷气增焓技术的多联式空调机组系统简图。

其中，1、压缩机；2、四通阀；3、室外风机；4、室外风冷换热器；5电子
节流部件1；6、电子节流部件2；7、气液分离器；8、室外机液侧截止阀；9、
室外机气侧截止阀；10、板式换热器；（11，13）、室内机换热器；（12，14）、室外机节流部件；15、高压压力传感器；16、低压压力传感器；17~20、温度传
感器。

图1基于准二级压缩喷气增焓技术的多联式空调机组系统简图
3高能效喷气增焓系统热力学设计
喷气增焓压缩机比普通压缩机多一个喷射口，使得来自经济器的冷媒直接进入中压级的压缩腔，大幅提高压缩机的总排量。

同时其压缩过程被补气过程分割成两段,变为准二级压缩过程。

喷气降低排气温度，同时也降低了排气过热度，减少冷凝器的气相换热区的长度，提高冷凝器的换热效率，当蒸发温度和冷凝温度相差越大会产生越好的效果，所以在低温环境下效果更明显
图2喷气增焓系统循环流程图图3喷气增焓系统压焓图
喷气增焓系统分为一次节流与二次节流系统，图1所示系统为目前比较常见的一次节流系统。

参照图2，普通单级压缩制冷循环的工作过程为
1m→2s→3→6→1m。

而喷气增焓系统增加了一路喷射以及经济器的共同作用，主路的工作过程为1m→1s→1i→2→4m→5m→1m ，辅路的工作过程为
1i→2→3→4i→4g →1i，其中1i为 4g与1s 的混合点。

为了对该喷气增焓系统进行热力学分析，并将之与普通单级压缩制冷循环（后简称普通循环）做比较，分析该系统的优势。

首先需做以下假设：a、经过经济器后辅路的冷媒在被压缩机吸入前的状态达到饱和状态，即图2中点。

b、各换热器与压缩机工作近似绝热过程。

c、普通循环与喷气增焓循环在蒸发器处制冷循环量相同，设为单位1kg/s，而区别在于辅路补气量为αkg/s。

3.1系统制冷量对比
参照图3，喷气增焓系统的制冷量为：
(3-1)
普通循环的制冷量为：
(3-2)
又根据经济器的能量平衡关系，即：
(3-3)
得出，喷气增焓系统制冷量的增量为：
(3-4)
可以看出喷气增焓系统制冷量相对于普通循环制冷量是有所增加的，而增加
量主要取决于两个因素，其一为喷射量，其二为经济器的换热量。

即在系统中间
压力、蒸发冷凝温度不变的情况下，经济器的换热效果越好，系统的喷射量越大，则喷气增焓系统相对于普通系统的制冷增量越明显。

3.2系统制热量对比
喷气增焓的制热量计算中选取有效制热量，即在冷凝器中的制热效果，对应
图2的状态2→状态3，即：
(3-5)
普通系统的制热量为：
(3-6)
得出喷气增焓系统制热量的增量为：
(3-7)
由计算可以看出，喷气增焓系统制热量的增量取决去冷凝器的换热量、喷射
量以及排气过热减少的制热量。

而排气过热的制热量相对于整个冷凝器的冷凝换
热量来说一般比较小，故排气过热减少的换热量相对来说整体来说一般也较小，
故喷气增焓系统制热量总体来说是增加的。

即在系统中间压力、蒸发冷凝温度不变的情况下，冷凝器换热效果越好，系统喷射量越大，喷气增焓系统相对于普通系统制热增量越明显。

3.3压缩机耗功对比
喷气增焓系统压缩机耗功可分为喷射前与喷射后两段，即：
(3-8)
普通系统的耗功为：
(3-9)
喷气增焓系统耗功增加量为：
(3-10)
假设1i→2，1s→2s 两条绝热压缩线近似平行，则有：
(3-11)
于是(3-10)式可以简化为：
(3-12)
为了进一步分析，可把制冷剂看作理想气体，因而其耗功增加量表示为：
(3-13)
式中为压机排气量，为制冷剂气体的等熵系数。

可以知道，当中间压力为冷凝压力或蒸发压力时，相当于没有喷射。

则喷射与普通循环是等同的，即。

于是可知必然存在一个极值。

故将对求偏导，并令其偏导数为0，可以得出极值时压比为：
(3-14)
此时的最大耗功差别为：
(3-15)
由此可见喷气增焓的压机耗功由于喷气的存在，要高于普通循环的压机耗功。

且耗功差别与压机排量、喷射量、冷凝压力、制冷剂的绝热指数以及中间压力有关，且因中间压力的不同而存在一个极大值。

3.4制冷能效系数对比
联立(3-1)、(3-8)与(3-11)式求得喷射循环的制冷能效系数：
(3-16)
联立(3-2)、(3-9)可得普通循环的制冷能效系数：
(3-17)
对比(3-16)与(3-17)可以发现，喷射循环比普通循环式中多出的一部分为，基于数学角度的分析可以得知，当时，。

对比循环图中可以发现，要达到上述
要求，近似于要求喷射辅路循环的制冷系数大于普通循环的制冷系数。

基于前述
的分析可以得知随着中间压力的上升，在喷射量基本不变的情况下，喷射回路的
制冷量不断上升，而喷射回路的耗功存在极大值。

也就是当中间压力取得合适值时，会出现的情况。

3.5制热能效系数对比
联立(3-5)、(3-8)与(3-11)式求得喷射循环的制冷能效系数：
(3-18)
联立(3-6)、(3-9)可得普通循环的制冷能效系数：
(3-19)
因压缩机排气过热减少的这一段相对于较小，为方便对比近似取其相等。

则(3-19)相对于(3-18)多出的部分为。

参照图3系统循环图可以
看出，此部分近似等同于喷射辅路循环的制热系数。

显然有。

故可
知喷射循环的制热系数要始终大于普通循环的制热系数。

3.6实验结果分析
依照GB/T 18837-2015多联式空调（热泵）机组规定的测试方法与测试要求，在名义制冷与制热工况下，采用空气焓差法对一套多联机系统分别运行普通循环
与喷气增焓循环时进行了的能力能效对比测试。

A、名义制冷工况测试结果
从表1中可以看出，对于制冷来说，喷气增焓比普通循环能力与功率均有提升，与前述的理论分析相符。

而能效EER稍有下降，同样在（4）中有过类似的
分析对比，在一定的中间喷射压力下会出现这样的情况。

表1 普通循环与喷气增焓循环制冷测试结果
项目
制冷量
/KW
制冷
功率/KW
E
ER
普通循环27.77
11.6
7
2
.38
喷气增焓循环29.62
12.4
4
2
.38
喷气增焓提升比106.7%
107.
2%
1
00%
B、名义制热工况测试结果
从表2中可以看出，对于制热来说，喷气增焓无论是在能力还是能效上均较普通循环有较大的提升，这与前面的分析也是相符合的。

表2 普通循环与喷气增焓循环制热测试结果
项目
制热
量/KW
制热功
率/KW
COP
普通循环33.7812.29
2.7
5
喷气增焓循环37.3313.31
2.8
喷气增焓提升比
110.5
%
108.3%
101
.8%
C、低温制热工况
为了对比喷气增焓与普通循环在低温制热情况下的差别，选取蒸发侧-15℃干球温度，冷凝侧20℃干球，15℃湿球进行测试。

从表3中可以看出，对于低温制热来说，喷气增焓无论是在能力还是能效上均较普通循环有较大的提升，这与前面的理论分析相符合。

表3 普通循环与喷气增焓循环低温制热测试结果
项目
制
热量/KW
制热
功率/KW
CO
P
普通循环
27.
02
14.1
4
1.
91
喷气增焓循环
33.
59
16.8
7
1.
99
喷气增焓提升比
124
.3%
119.
3%
10
4.2%
4结论：
本文提出了准二级压缩喷气增焓技术的多联式空调机组系统，该系统采用的具有准二级压缩的节能喷气增焓技术，大幅提升系统低温制热能力、同时保证高温制冷效果，可以充分应用到现有的热泵产品上，尤其是使用广泛、市场存量巨大的多联机产品上。

该技术可以大幅提升低温环境下的制热能力，拓宽制热运行范围；降低高温环境的排气温度，拓宽制冷运行范围。

同时在节能性和可靠性上得到显著提高，作为本项目研究的目的和意义，为节能减排提供新的方案选择，同时提升使用舒适性。

参考文献
[1] 吴业正,李红旗,张华等.制冷压缩机[M].北京:机械工业出版社，2010
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[3]冉小鹏,邹臣堡,李芦剑,王林,翟晓强.喷气增焓空气源热泵低温运行性能的实验研究[J].制冷技术;2018年04期。