喷气增焓涡旋低温空气源热泵制热性能的分析

喷气增焓涡旋低温空气源热泵制热性能的分析

发表时间：2018-03-14T15:13:51.607Z 来源：《基层建设》2017年第34期作者：丁兆宣[导读] 摘要：随着科技的进步，各行各业得到了迅猛的发展，随之而来的节约能源和加强环境保护的主题也就被推到了时代需求的风口浪尖。

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摘要：随着科技的进步，各行各业得到了迅猛的发展，随之而来的节约能源和加强环境保护的主题也就被推到了时代需求的风口浪尖。在暖通行业中，空气源热泵系统的应用越来越广泛，同时，也备受人们的关注。但在寒冷地区，空气源热泵的推广却受到很大的限制。若要使其具备较好的经济可行性，还需搭配其它经济性节能技术，以及政府财政补贴等扶持政策，才能进一步共同收回初投资。

关键词：喷气增焓涡旋低温空气源热泵制热

引言

空气源热泵是把丰富的空气作为系统的低温热能，利用逆卡诺原理，消耗少量的电能，将空气中大量的低温热能转变为高温热能的节能、高效、环保的热泵技术。近些年来，空气源热泵技术凭借其来源广泛、机组的安装位置灵活、节省空间等优点，其应用范围得到不断的扩大。但是在夜间或极端天气的情况下，空气源热泵系统不但无法满足负荷的需求，而且系统自身也无法保证安全稳定的运行。

1.喷气增焓涡旋压缩机的技术特点

图1为喷气增焓压缩机的典型结构，整个压缩机有两个进气口，吸气口与蒸发器相连，中间喷气口与闪发器或经济器气侧出口相连，通过中间喷气口，增加压缩机排气量（吸气量与中间喷气量之和），从而增加冷凝器内制冷剂流量；通过中间器（经济器或闪发器）对工质深度过冷，增强从低温取热的能力。基于这两点，可以看出：（1）喷气增焓技术能大大增强热泵机组的低温制热能力；（2）对涡旋压缩腔喷入蒸汽，冷却涡旋内的压缩气体，降低排气温度，改善压缩机的可靠性；（3）在低蒸发温度时，增强涡旋内气体的质量流量，保证动静涡旋之间有足够的油气润滑。

图 1 喷气增焓压缩机结构

表 1描述了普通涡旋压缩机与喷气增焓涡旋压缩机实测性能数据对比，可以看出，在蒸发温度- 13℃，冷凝温度 49℃，吸气过热 11℃的运行状态下，应用喷气增焓技术，对于R22制冷剂，制热量提高 19%，C O P 提高 9%，排气温度降低 12%；对于 R134a 制冷剂，制热量提高约 24%，C O P提高约 16%，排气温度降低 8%

表 1 喷气增焓压缩机性能数据对比

由于低的环境温度及高的热水温度，压缩机压缩比急剧增大，因此，针对于空气源热泵市场的喷气增焓涡旋压缩机，在涡旋排气口处应安装有单向阀，传统的涡旋压缩机涡旋排出的气体直接进入排气缓冲室，但对于低温热泵热水机组，由于低的环境温度，高的热水温度，压缩比很大，泄漏或重复压缩导致排气温度升高，影响压缩机可靠性。在低温热泵机组中，涡旋排气口增加单向阀能有效降低压缩机的排气温度和提高低温运行时的系统性能。涡旋排气单向阀的应用，随着室外环境温度的降低，能显著提高系统的 C O P 及有效降低压缩机的排气温度（相对于无涡旋体排气单向阀），保证压缩机低温运行可靠性。

2.热泵制热的热力学分析

喷气增焓涡旋空气源热泵与常规空气源热泵在结构上的最大区别是搭载了涡旋压缩机和喷气增焓支路，如图 3所示。其中，喷气增焓支路中的换热器是过冷器，也可以是闪发器。闪发器适用于 3675 W（5 hp）以下的小型热泵，过冷器适用于3675 W（5 hp）以上的大型热泵。因技术示范工程多为大型的商业项目，故在此选用过冷器作为喷气增焓支路的换热器。

图3热泵制热流程

复杂的结构致使热泵的换热过程和影响热泵制热性能的因素也更加复杂，如图 3 所示，涡旋压缩机的工作过程也不能理想地简化为单纯的多变压缩过程。对应图 3 中的制冷剂状态点 1 至 2、2与 9 混合至 3、3 至 4，涡旋压缩机的运行过程依次为补气前压缩 W 1 －2、混合补气 W 2＆9 －3、补气后压缩 W 3 －4。其中，混合补气 W 2＆9 －3 是电动机驱动小偏心距曲柄轴转动，进而驱动涡旋盘平动的耗电过程，虽不属于压缩机直接压缩制冷剂耗功，但是压缩机控制高低压制冷剂混合的耗能过程，其机械动作与直接压缩制冷剂的机械动作一致，故混合补气 W 2＆9 －3 被列入压缩机能耗计算项。

3.低环境温度空气源热泵的应用研究

空气源热泵由于其在初投资，运行费用及环保等方面具有很大的优势，因此，在不同的地域得到越来越广泛的应用，并取得了较好的节约效果。但其在低温环境下（我国的寒冷地区）的应用却因为制热量衰减过多、需要带电辅助加热、制热 COP 降低、内机或热水机出风（水）温度过低、压缩机能力或热交换器的能力得不到充分利用等状况受到了很大的限制。近年来，在国内外热泵研究人员的不懈努力下，用于低环境温度下的空气源热泵技术取得了突破性的进展，其产品在工程中的应用也愈来愈多。日本是当前世界上特别注重发展空气源热泵技术与产品的国家。应用之广泛，技术水平之高均居世界领先。其技术路线主要为变频，双级压缩，多联等。2007年度日本热泵展上三菱公司推出一款高效能机组，其EER 达到 4.3。热力完善度高达 70 %。大金公司也推出了一款 -20 ℃工况下，COP 高达 2.5 的新产品。我国目前的研发思路主要有：采用闪蒸中间补气、变频压缩机、数码涡旋压缩机、双级压缩机、大压缩比的压缩机、高低温回路复叠循环、改换制冷工质、先进的除霜技术等办法。在机组内部的部件组配中，充分利用出压缩机的高温高压的过焓热（冷却冷凝热）和液相工质的过冷热。

4.结束语

对喷气增焓技术进行介绍，揭示了喷气增焓涡旋压缩机在低温应用的性能及可靠性，得出喷气增焓涡旋压缩机是开发低温空气源热泵热水机组的首选方案。

参考文献：

[1].马国远，彦启森.涡旋压缩机经济器系统的性能分析[J].制冷学报，2003，（3）：20- 24.