二氧化碳热泵热水器技术与性能的对比分析

摘要 ： 绿 色 环 保 天 然 工 质 二 氧 化 碳 以 其 优 良的 热物 性 成 为 热 泵 系 统 中 合 成 工 质 最 有 潜 力 的替 代 物 之 ～ 。介 绍 了 二 氧化 碳 热 泵 的原 理 、 二 氧 化碳 热 泵 在 热 水 器 上 的应 用 以及 二 氧 化 碳 热 泵 技 术 在 国 内 外
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ ９ １ ９ 作者 简 介 ： 杨德 宇 （ １ ９ ８ ８ ） ， 男， 硕士生， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ａ ｄ ｅ ｙ ｕ ＠
ｂ ｉ ｐ ｔ ．ｅ ｄ ｕ ． Ｃ ｒ ｌ 。

１ 国 内外 技 术 研 究及 主 要 Ｃ Ｏ 热 泵热 水 器 品牌 的产 品特 点
属 于超 临界循 环 ， 即 在 冷 凝 器 端 ＣＯ。 是 不 会 被
容 积制冷 量是 Ｒ ２ ２的 ５ 倍 ； Ｃ Ｏ 的流 体密度 比 较高； 与 润滑 油不 反 应 ， 对 装 置无 腐 蚀 作 用 ； 其 黏 度较低 ， 传热 性能 比较好 ； 采用 Ｃ Ｏ 后 ， 循 环
系统 具有 较 小 的压 力 比 ， 可 以提 高压 缩 机绝 热 效率； 同时 ， 系统 的压 力 高 ， 在 管 道 及换 热 器 中
关键词 ： 二 氧 化 碳 ；热 泵 ；热水 器 中图分类号 ： Ｔ Ｂ ６ ５ ７ 文献标志码 ： Ａ
由于 氟利 昂制冷 剂 的逐 步 禁 用 ， 工质 替 代
理， 指 出其 在热 泵 领域 将 发 挥 重要 的作 用 。近
年来 ， 一些 发达 国家 （ 如 日本 、 美 国） 的研究 者们 通过 研 究试 验 努 力 尝试 将 Ｃ Ｏ。 应 用 于制 冷 行
２ ０ １ ３ 年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
二 氧 化 碳 热 泵 热 水 器 技 术 与 性 能 的对 比分 析
杨 德 宇 。 ，俞 建 荣 ，蒋 小 明 ，张 洋
（ １ ． 北 京石 油 化 工 学 院机 械 工 程 学 院 ， 北京 １ ０ ２ ６ １ ７ ； ２ ． 北 京 化 工 大 学 机 电 工程 学 院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ）
业 和热泵 系统 。
成 为人们 越来越 关 心的 问题 。在 寻找新 的制 冷 剂的同时， 许 多 人 将 目光 又 重 新 投 向了 Ｃ Ｏ 。 。
由于考 虑 到 环境 保 护 的 问题 ， 二 氧 化碳 制 冷 剂 再一 次 被 加 以 应 用 。二 氧 化 碳 无 毒 、 无色、 无 味， 不可燃 ， 一 般情 况下不 助燃 ， 没有 闪点 ， 消耗 臭 氧潜 能值 Ｏ ＤＰ （ ０ｚ ｏ ｎ ｅ Ｄ ｅ ｐ ｌ ｅ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ １ ） 为 ０ ， 全 球 变 暖 潜 能值 ＧＷＰ （ Ｇｌ ｏ ｂ ａ ｌ Ｗａ ｒ ｍｉ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ １ ）为 １ ， 是 空气 中常 见 的 一 种化 合 物 。 除 了具有 环境 友好 性 之外 ， ＣＯ 还 具有 优 良的 热 物性质 ， 如 ＣＯ 的容 积 制 冷 量较 高 ， Ｃ Ｏ 的
热泵是 一种利 用 高位能使 热量从 低位 热源 流 向高 位 热 源 的节 能 装 置 。Ｃ Ｏ。热 泵 就 是 使
用Ｃ Ｏ 作为工 质 的新一代 热 泵 ， 目前 流行 于 日
本 等发 达 国家 。Ｃ Ｏ。热 泵 系 统 的基 本 组 成 与 常 规工 质 的热 泵 系统 相 比没 有 大 的 区别 ， 主要 由 ４大 部件 构 成 ： 压缩 机 、 气 体 冷却 器 、 蒸 发器 和 节流装 置 。有 时热 泵系统 还设有 内部 热交换 器／ 回热器 、 储 液器 、 油 分 离器 及 其 他 一些 辅 助 设备 ， 如 自动控 制装 置 和安 全 阀等 等 。Ｃ Ｏ 热 泵 采用 Ｃ Ｏ 作制 冷剂 ， 普 通 热泵 一般 采用 氟利 昂作为制 冷剂 ， 两者 的工作 原理基 本是 一样 的 ， 都 属 于蒸 汽压 缩 式 ， 但 也 稍有 不 同 ， Ｃ Ｏ： 热 泵
相 对低 的压 降值使得 压差影 响变小［ １ ］ 。正 因为
上述原因， 所 以压 缩 的 效 率 高 ， Ｃ Ｏ 热 泵 系 统 也 具有 较 高 的效 率 。例 如 在 ｃ ０ 热 泵 型 热 水
冷 凝 成液 体 的 ， 而氟 利 昂冷 媒在 冷 凝 器端 是被 冷 凝成 液体再 节流 的 。伴 随着对 热泵 系统和装 置 的 不 断改进 ， 系统 的经济 性 能也 会 得 到相 应 提高。
器 中， 水 可 以加 热到 ９ Ｏ℃ ， 而 在普 通 的 热泵 系
统 中， 热 水温 度一般 只能 达到 ５ ５。 Ｃ。所 以前 国 际制冷 学 会 主 席 Ｇ． Ｌ ｏ ｒ ｅ ｎ ｔ ｚ ｅ ｎ认 为 Ｃ （ ） 是 无
可取代 的制 冷工质 ， 并提出 ｃ （ ） ｚ 跨 临 界循 环原
第 ２ １ 卷
第 ２期
北 京 石 油 化 工 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ
Ｐｅ ｔ ｒ ｏ — ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏｌ ＿ ２ｌ ＮＯ ．２
的发展现状 ， 并 且 将 不 同 品 牌 的 二 氧 化碳 热泵 热 水 器 进 行 了 比较 分 析 ， 最 后 通 过 计 算 将 二 氧 化 碳 热 泵 热
水 器 与 其 他 热 源 的热 水 器 的经 济 性 能 进 行 了 比较 分 析 。结 果 表 明 ， 二 氧 化 碳 热 泵 热 水 器 无 论 在 经 济 性 方 面 还 是 在性 能 系统 方 面都 要 比其 他 热 水 器 更 有 优 势 ， 因此 发 展 空 间 很 大 。