基于SINDA平台的二氧化碳热泵热水器仿真
跨临界CO2热泵热水系统标准化热水供应的仿真模型与实验研究
跨临界CO2热泵热水系统标准化热水供应的仿真模型与实验研究王哲龚毅吴学红侯锋李亚强郑州轻工业学院制冷与低温研究中心河南郑州450002摘要：使用CO2天然制冷剂作为空气源或水源热泵介质技术已经逐步商业化，跨临界CO2热泵热水系统的研究有助于节能减排，优化住宅热水供应。
本文的目标是在研究不同热水需求量变化对热泵热水系统性能影响的实验基础上，针对热泵和水箱系统的相关性能参数建立了跨临界CO2热泵和储水箱的数学模型。
实验结果表明：在±20%热水需求量变化范围内，热泵系统性能参数呈现平稳变化趋势；高压侧压力对热泵系统COP和热水流量，温度等参数均有影响。
关键词：跨临界CO2、热泵、COP、水箱、仿真模型、实验研究Experimental Study and Simulation Model of a CO2Transcritical Heat Pump Water Heating System under a Standardized Demand Wang Zhe GongYi Wu-Xuehong HouFeng Li-YaqiangZhengzhou University of Light Industry,Henan Zhengzhou450002Abstract:Water-to-water or air-to-water heat pumps using CO2as a natural refrigerant have been developed and commercialized.They are expected to contribute to energy saving in residential hot water supply.The goal of this paper is in experimental basis on the different hot water demand changes in the heat pump and hot water system performance ing of performance parameters to establish the mathematical model of a transcritical CO2heat pump and storage tank.The experimental results show that:in the range of±20%of hot water demand,heat pump system performance parameters show a steady trend;The high-pressure side pressure changes affect the COP of the heat pump system and the flow and temperature of the hot water system.Keyword:Transcritical CO2,Heat pump,COP,Water tanks,Simulation model,Experimental study 1.引言使用自然工质CO2的空气源和水源热泵热水器已经逐步走向商业化，而通过实际验证跨临界CO2热泵热水系统的应用有助于节能减排，优化住宅热水供应等[1]。
CO2跨临界循环在热泵热水器中的应用研究
CO2跨临界循环在热泵热水器中的应用（郑州轻工业学院机电工程学院）摘要全球正面临着严重的温室效应和臭氧层破坏问题，各国都致力于研究出氟利昂的替代制冷剂。
CO2是一种天然工质，它优于其它常用制冷剂的性能表现正好符合现在的环境要求，是热泵热水器系统最具潜力的替代工质之一。
分析目前市场上出现的各种热水供应设备，将CO2和其他制冷剂做性能比较，给出了CO2跨临界循环的典型流程和特点；对CO2跨临界特性、设备的开发以及循环的可靠性和安全性进行综合分析。
说明CO2跨临界循环在热泵热水器中应用的优越性，以及该技术在国内的应用前景和方向。
关键词二氧化碳跨临界循环热泵热水器A Study on The Application of CO2 Transcritical Cycle inHeat Pump Water Heater(College of Mechanical and Electrical Engineering in Zhengzhou University of LightIndustry)Abstract We are facing serious whole world green-house effect and the ozone layer destroyed in recent years, every country is focusing on the research of a replaced refrigerant of the HFC.CO2is a natural substance, it has a more excellent performance than the other refrigerants, which is competent for the enviromental request nowadays. So it can be the most potential refrigerant in heat pump water heater to replace the HFC. By analysing a series of devices, providing hot water, saled in the markets, and comparing CO2 with the the other refrigerants, this article tells the typical diagram and the characteristic of the CO2transcritical cycle and anlyses the properties of CO2refrigeration transcritical cycle, the equipment exploitation and the security and reliability of the CO2transcritical system.The aim is to introduce the superiority of the application of CO2 transcritical cycle in heat pump water heater, and tell us the potentiality and the direction of CO2 transcritical cycle technology in China. Keywords CO2 transcritical cycle heat pump water heater0前言二氧化碳作为制冷剂已经超过100年。
电动汽车CO2热泵循环EXV控制仿真研究
)压缩机p;上海交通大学!)%$'&
压缩机功率的影响比较大 通过尽量小的膨胀阀开度开 %N&李海军!李旭阁!周光辉!等&纯电动汽车超低温热
度e(%%通过大温差提实现较高的换热量g0&'1.d 泵型空调系统特性模拟研究% Q&&低温与超导!)%$3!3)
转速下的膨胀阀]Uo开度仿真分析主要结论如下
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在 的极低温环境下压缩机需要运行在比 $ p)%q
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问题1 针对此问题李海军等人N 进行了模拟计算研 人$3 利用!EG:A=在多种低温工况下对串联式_") 热泵
究热泵系统在低温工况下的制热性能衰减
系统进行仿真并与试验数据进行对比验证了制热性能
由于]Uo电子膨胀阀的调节对_") 热泵系统的 的仿真误差可控制在MX以内
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车内气体冷却器和暖芯制冷剂侧
_") 作为自然工质无温室效应无毒不可燃是理想 传热系数采用V#f!等关联式$$制冷剂压降系数采用
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等关联式 空气侧传热系数采用 等 [d6Y]]
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热性能M吸气密度和体积潜热较高以减少系统在低温 的实验关联式 根据]Uo通过步进电机等手段使阀芯产
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CO2热泵空调控制系统的Simulink模型设计与仿真黄巧琳王文帅杨春华曹锋张子瀚
CO2热泵空调控制系统的Simulink模型设计与仿真黄巧琳王文帅杨春华曹锋张子瀚发布时间：2023-06-22T10:01:37.019Z 来源：《中国科技信息》2023年7期作者：黄巧琳王文帅杨春华曹锋张子瀚[导读] 车用CO2热泵空调控系统制逻辑与算法比较复杂，尤其是台架试验与路试更是耗时耗力。
为缩短控制器开发周期与调试周期，本文介绍了Simulink软件的应用，其中包括了状态机搭建以识别九种工作工况、控制模型的搭建与测试用例仿真，并详述了电动压缩机与电子膨胀阀的控制模型的设计。
豫新汽车热管理科技有限公司河南新乡 453000摘要：车用CO2热泵空调控系统制逻辑与算法比较复杂，尤其是台架试验与路试更是耗时耗力。
为缩短控制器开发周期与调试周期，本文介绍了Simulink软件的应用，其中包括了状态机搭建以识别九种工作工况、控制模型的搭建与测试用例仿真，并详述了电动压缩机与电子膨胀阀的控制模型的设计。
关键词：CO2热泵空调；Simulink模型；仿真1.前言CO2热泵空调应用在新能源汽车热管理系统中，具有温度范围广、耗能小等优点。
CO2是天然制冷剂，化学性质稳定，作为制冷剂的安全等级为A1，其ODP为零，GWP仅为1，对环境影响极小。
此外，CO2作为制冷剂的热力学性能良好，在制冷量以及流动阻力方面优于其他制冷剂，此外，其在低温下的制热性能优良的特点十分适用在纯电动汽车的空调系统。
跨临界CO2循环系统与传统工质热泵系统在装置组成上区别不大，一般由压缩机、室外换热器、蒸发器、除霜换热器、节流装置、回热器等部分组成。
本文介绍的CO2热泵空调热管理架构如图1.1所示。
图1.1 整车热管理架构图（制冷循环）CO2热泵空调系统工作工况比较多，其控制逻辑与算法也极其复杂，尤其是台架试验更是耗时耗力。
本文介绍用Simulink软件搭建此控制模型并进行仿真验证，并且利用Simulink自带的生成代码功能，将仿真后的模型直接生成可移植的C语言代码，这样就大大缩短了热管理控制器的开发周期。
二氧化碳热泵热水器研究
二氧化碳热泵热水器研究日本家用二氧化碳热泵热水器研究开发现状摘要：二氧化碳是热泵系统工质替代中最有潜力的天然工质之一。
二氧化碳跨临界系统气体冷却器端的温度滑移可以与变温热源较好的匹配，它在热泵热水器方面的应用具有其它供热方式无法比拟的优势。
日本主要家电公司联合科研院所纷纷对二氧化碳热泵热水器进行了深入的研究和开发，本文对其研究开发现状进行了分析，总结了开了中存在的问题和关键技术。
结果表明二氧化碳热泵热水器与电或燃气热水器相比较具有较高的性能系统（COP），其商业开发已经初步开始，市场前景极为广阔。
CO2是热泵系统工质替代中最有潜力的天然工质之一。
CO2跨临界系统气体冷却器端的温度滑移可以与变温热源较好的匹配，它在热泵热水器方面的应用具有其它供热方式无法比拟的优势。
日本主要家电公司联合科研院所纷纷对CO2热泵热水器进行了深入的研究和开发，本文对其研究开发现状进行了分析，总结了开了中存在的问题和关键技术。
结果表明CO2热泵热水器与电或燃气热水器相比较具有较高的性能系统（COP），其商业开发已经初步开始，市场前景极为广阔。
1 引言CO2作为制冷工质具有一些独特的优势：对环境无害的自然界天然存在的物质（ODP=0，GWP=1）；优良的经济性，且无回收问题；良好的安全性和化学稳定性，CO2安全无毒，不可燃，适应各种润滑油及常用机械零部件材料，即便在高温下也不分解产生有害气体；具有与制冷循环和设备相适应的热力学性质，CO2的蒸发潜热较大，单位容积制冷量相当高；具有良好的输运和传热性质，CO2优良的流动和传热特性，可显著减小压缩机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑。
由于CO2的临界温度很低（304.21K），因此CO2的放热过程不是在两相区冷凝，而是在接近或超过临界点的区域的气体冷却器中放热。
在CO2跨监界制冷循环中，其放热过程为变温过程，有较大的温度滑移。
这种温度滑移正好与所需的变温热源相匹配，是一种特殊的劳伦兹循环，当用于热泵循环时，有较高的放热系统，如图1所示。
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中山大学学报 （自然科学版 ） Ａ Ｃ Ｔ Ａ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｔ Ｉ Ａ Ｒ Ｕ Ｍ Ｎ Ａ Ｔ Ｕ Ｒ Ａ Ｌ Ｉ Ｕ Ｍ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ａ Ｔ Ｉ Ｓ Ｓ Ｕ Ｎ Ｙ Ａ Ｔ Ｓ Ｅ Ｎ Ｉ
Ｖｏ １ ． ５ ３ Ｎｏ ． １
热水动态过程进行 仿真 ，得到温度 、压力等参数 的沿程 分布特 征和实 时运行 规律 。通 过与实 验数据 的对 比，模 型计算误差为 １ ０ ％左 右。仿真模型可用于二氧化碳热 泵热水器气 冷器等关键 部件设计 ，以及系 统超 临界 运行 的 控制参数优化 。
关键 词 ：二氧化碳 ； 热泵热水器；Ｓ Ｉ Ｎ Ｄ ＿ Ａ ／ Ｆ Ｌ Ｕ Ｉ Ｎ Ｔ ；仿真 中图分类 号 ：Ｔ Ｈ ４ ８ 文献标 志码 ：Ａ 文 章编 号 ： ０ ５ ２ ９ — ６ ５ ７ ９（ ２ ０ １ ４ ）０ １ — ０ ０ ４ ７— ０ ６
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ＣＯ ２ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｕ ｍｐ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ Ｉ ＮＤＡ ／
Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ Ｈｅ ａ ｔ Ｐｕ ｍｐ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｈｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ＣＯ２
Ｔ ｉ ｎ ｇ ｘ ｕ ｎ ． Ｌ Ｉ Ａ ＮＧቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ｊ ｉ ｅ ｒ ｏ ｎ ｇ
ＦＬＵＥＮＴ．Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｏ ｒ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ — ｕ ｐ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｏ ｐ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｄ ｕ ｒ ｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ．Ｔ ｈｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄｉ ｎｇ ｔ ｅ ｎ－
态 下运 行 。 由于跨 临界运 行 ，二 氧 化碳热 泵 系统放 热过 程 的压力 可 达 ９～１ ０ ＭＰ ａ ，远 高 于常规 制３／ 热 泵 系统 的许可 最 大压力 。另 外 ，跨 临界运 行时 高压 侧没 有相 变发 生 ，其温 度 和压力 独立 变化 ，与 常规 系统 比较 ，跨 临 界 二 氧化 碳 循 环 系统 多 一个 自由 度 ，因此 系统 的运 行状 态控 制更 为复 杂 。 正是 由于 Ｃ Ｏ 超 临界 系 统 的 复 杂 性 ，仿 真 分 析一 直是 研 究 其 运 行 特 征 的 重 要 手 段 之 一 。 比如
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ４
基于 Ｓ Ｉ Ｎ Ｄ Ａ平 台的二氧化碳热泵热水器仿真
李延 勋 ，梁杰 荣
（ １ ． 中山大 学工 学院 ，广 东 广 州 ５ １ ０ ７ ２ ５ ； ２ ． 广 东 申菱空调 设备 有 限公 司 ，广 东 顺德 ５ ２ ８ ３ １ ３ ）
摘 要 ：基于 Ｓ Ｉ Ｎ Ｄ Ａ ／ Ｆ Ｌ Ｕ Ｉ Ｎ Ｔ平台建立了二氧化碳热泵热水器分布参数模型，并对系统稳态过程 、开机及制取
ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｍｏ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｉ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ １ ０ ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ．Ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ＣＯ ２ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｕ ｍｐ ｈ ｏ ｔ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ
体 ，因此 ，Ｈ Ｆ Ｃ ｓ 只能是一种替代工质 而不是 能长 久使 用 的制 冷剂 。从 对 环境 的长 期安 全来 看 ，重用 自然 工 质 是 一 种 出 于 长 远 考 虑 而 又 安 全 的选 择 。
逐 渐淘 汰 。而 臭 氧 消耗 潜 能 （ Ｏ Ｄ Ｐ） 为 ０的 Ｈ Ｆ Ｃ 类 制冷 工质 （ 如Ｒ １ ３ ４ ａ ）物 质属 于需 减排 的温室气
冷 剂气 体密度 较 高 ，绝 热 指数较 大 ，能制 取较 高温
度 的热 水 。
３ ）临界温度 （ ３ １ ． １ ｏ Ｃ）低 ：系统在跨临界状
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｕ ｎ Ｙ ａ ｔ — ｓ ｅ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ７ ２ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｌ ｉ ｎ ｇ Ａ ｉ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｒ Ｌ Ｔ Ｄ， Ｓ ｈ ｕ ｎ ｄ ｅ ５ ２ ８ ３ １ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ＣＯ２；ｈｅ ａ ｔ ｐ ｕ ｍｐ ｈ ｏ ｔ ｗａ ｔ ｅ ｒ ；ＳＩ ＮＡＤＡ／ＦＬ ＵＥＮＴ；ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
出于保护臭氧层和减排温室气体 的需要 ，空调 制 冷剂． Ｒ ２ ２在发 展 中 国家 于 ２ ０ １ ３年实 施 冻 结 ，并