空氣源熱泵空調(diào)機(jī)組具有夏季制冷、冬季制熱的雙重功能, 因而受到越來(lái)越多用戶的青睞。然而,其應(yīng)用也受到一定的限制。在某些地方冬季運(yùn)行時(shí),由于室外空氣溫度較低,蒸發(fā)器表面容易結(jié)霜,影響其正常供熱;隨著室外空氣溫度的降低,房間熱負(fù)荷增大,但空調(diào)機(jī)組供熱能力卻逐漸減少,滿足不了用戶的使用要求。因此,提高空氣源熱泵在低溫環(huán)境下的制熱能力, 已成為近年來(lái)非常重視的研究課題。 空氣源熱泵應(yīng)用于寒冷地區(qū)冬季制熱時(shí)，系統(tǒng)制熱量隨著室外溫度的降低迅速下降。同時(shí)，隨著吸氣壓力的降低，壓縮機(jī)壓力比迅速升高，導(dǎo)致排氣溫度急劇上升。解決空氣源熱泵的低溫適應(yīng)性，主要應(yīng)從以下幾方面著手研究：增加低溫工況下系統(tǒng)工質(zhì)循環(huán)量、控制機(jī)組排氣溫度、優(yōu)化機(jī)組壓縮機(jī)內(nèi)部的工作過(guò)程、選用適用于大工況范圍的制冷劑。通常在同一個(gè)低溫空氣源熱泵系統(tǒng)中綜合了多個(gè)解決途徑。 1. 單級(jí)低溫?zé)岜孟到y(tǒng) 在室外溫度為-30℃，冷凝溫度為60℃的工況下，采用專為低溫制冷設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)的單級(jí)熱泵系統(tǒng)仍然可以穩(wěn)定運(yùn)行。這種壓縮機(jī)主要采用R507、R404為工質(zhì)，在大壓縮比下仍可穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)因過(guò)熱而停機(jī)。但是相對(duì)其他低溫?zé)岜孟到y(tǒng)來(lái)說(shuō)，它的COP相對(duì)較低。同時(shí)，由于壓縮機(jī)專為低蒸發(fā)壓力工況設(shè)計(jì)，在較高室外氣溫下其性能降低。隨著室外溫度的升高，系統(tǒng)的制熱量逐漸增加，但是室內(nèi)采暖熱負(fù)荷減小，這使得熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間短，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行效率。單級(jí)低溫?zé)岜孟到y(tǒng)可以綜合變頻技術(shù)、并聯(lián)壓縮機(jī)或可替換壓縮機(jī)方式、蓄熱系統(tǒng)，但是這樣會(huì)增加單級(jí)系統(tǒng)的投資，從而丟掉了其最大的優(yōu)點(diǎn)——低廉的安裝費(fèi)用。 2. 帶油冷卻的單級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng) 在壓縮過(guò)程中使用在排氣管路中分離出的大量的油來(lái)降低制冷劑溫度是另一種降低排氣溫度的方法。冷卻過(guò)程發(fā)生在冷凝器中，換熱后的油回到壓縮機(jī)油路進(jìn)口。較低的排氣溫度使得壓縮機(jī)輸入功率減小，同時(shí)系統(tǒng)在較低的吸氣壓力下進(jìn)行。但是油的溫度高于蒸發(fā)溫度，因而增加了系統(tǒng)過(guò)熱度，從而增加壓縮機(jī)功耗，同時(shí)降低了系統(tǒng)COP?？傊绻到y(tǒng)設(shè)計(jì)合理，在不用過(guò)多增加安裝費(fèi)用的情況下可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率并且可以在較低室外溫度下穩(wěn)定運(yùn)行。  3. 帶中間冷卻器的二級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng) 帶中間冷卻器的二級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng)主要是應(yīng)用于蒸發(fā)溫和冷凝溫度相差較大的工況，并且在室外氣溫較高時(shí)可以單獨(dú)使用一個(gè)壓縮機(jī)，從而減少制熱量。通過(guò)兩級(jí)壓縮之間對(duì)制冷劑的冷卻，第二級(jí)壓縮后的排氣溫度明顯降低，這使得空氣源熱泵運(yùn)行的溫度適應(yīng)性大大提高。但是由于中間冷卻器是由循環(huán)熱水來(lái)進(jìn)行冷卻，這樣冷卻器的溫度較高，低壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑不能被冷卻至飽和狀態(tài)，這樣會(huì)使得系統(tǒng)運(yùn)行不能達(dá)到最佳COP。 4. 帶經(jīng)濟(jì)器的二級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng) 帶經(jīng)濟(jì)器的二級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng),在帶經(jīng)濟(jì)器的二級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng)高壓級(jí)壓縮機(jī)吸氣處，一定量的兩相制冷劑與低壓級(jí)壓縮機(jī)排出的高溫氣態(tài)制冷劑相混合。這樣壓縮機(jī)排氣溫度過(guò)高現(xiàn)象得以解決，同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)器中的換熱，使得從冷凝器出來(lái)的制冷劑在進(jìn)入膨脹閥之前過(guò)冷，從而提高系統(tǒng)的COP。但是該系統(tǒng)要準(zhǔn)確控制好進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī)制冷劑狀態(tài)。帶經(jīng)濟(jì)器的二級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng)相對(duì)于其他低溫?zé)岜孟到y(tǒng)有較高的運(yùn)行效率。但是它的安裝費(fèi)用較高，在逆運(yùn)行除霜及空調(diào)用方面有一定的局限性。 5. 帶經(jīng)濟(jì)器的準(zhǔn)二級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng) 在80年代中期國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了帶經(jīng)濟(jì)器的準(zhǔn)二級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng)，并在螺桿機(jī)組中得到成功應(yīng)用。經(jīng)研究，在-30℃工況下，該系統(tǒng)完全可以取代雙級(jí)壓縮系統(tǒng)。但是螺桿機(jī)組容量一般較大，同時(shí)其相對(duì)于雙級(jí)壓縮系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)隨蒸發(fā)溫度的上升而不明顯，長(zhǎng)期以來(lái)它的研究?jī)H僅局限于低溫制熱情況。 帶輔助進(jìn)氣口的渦旋壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)帶經(jīng)濟(jì)器的準(zhǔn)二級(jí)壓縮空氣源熱泵于2000年被提出，用來(lái)提高空氣源熱泵在低溫工況下的制熱性能。經(jīng)濟(jì)器系統(tǒng)分為過(guò)冷器系統(tǒng)和閃發(fā)器系統(tǒng)。帶過(guò)冷器的渦旋壓縮機(jī)準(zhǔn)二級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需對(duì)常規(guī)系統(tǒng)進(jìn)行很大改造。在較低環(huán)境溫度時(shí)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，且制熱量能夠滿足冬季采暖熱負(fù)荷。通過(guò)啟閉補(bǔ)氣回路的截止閥來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)二級(jí)壓縮模式與單級(jí)壓縮模式之間的轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)在正常制熱/制冷及低溫制熱工況下的經(jīng)濟(jì)性得到較好兼顧。 通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析比較得出：在低溫工況下，閃發(fā)器前節(jié)流系統(tǒng)比過(guò)冷器系統(tǒng)更能有效地提高空氣源熱泵的低溫制熱性能，同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成為寒冷地區(qū)用小型空氣源熱泵的較佳選擇。 6. 雙級(jí)耦合熱泵系統(tǒng) 雙級(jí)耦合熱泵系統(tǒng)由一級(jí)側(cè)循環(huán)（空氣—水熱泵機(jī)組）和二級(jí)側(cè)循環(huán)（水—水熱泵機(jī)組）通過(guò)中間水環(huán)路耦合在一起。該系統(tǒng)可根據(jù)室外氣溫進(jìn)行單、雙級(jí)交替運(yùn)行，使其可以很好地適應(yīng)室內(nèi)負(fù)荷波動(dòng)。在雙級(jí)工況下，一級(jí)側(cè)循環(huán)運(yùn)行條件和供暖特性均得以有效改善，且中間水環(huán)路不存在回灌等技術(shù)難題。因此雙級(jí)耦合熱泵系統(tǒng)也是一種適用于寒冷地區(qū)的新型供暖系統(tǒng)。 對(duì)于各種系統(tǒng)，其不足之處可采用變頻技術(shù)、輔助加熱器系統(tǒng)、復(fù)疊式蒸汽壓縮系統(tǒng)、單級(jí)循環(huán)與復(fù)疊循環(huán)相結(jié)合的空氣源熱泵。在室外氣溫很低條件下,按復(fù)疊循環(huán)方式制熱仍能達(dá)到壓縮比小,排氣溫度低,制熱量高要求。在低溫條件下,以復(fù)疊循環(huán)方式運(yùn)行比單級(jí)運(yùn)行的能量利用效率更高。熱泵在在最佳節(jié)能控制條件下運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)最大限度節(jié)能。 新型熱泵不但能滿足在正常工況下用戶對(duì)冷熱的要求,而且還能滿足夏季酷熱冬季嚴(yán)寒條件下對(duì)冷熱要求,能實(shí)現(xiàn)在環(huán)境溫度為40 ℃～ - 30 ℃范圍內(nèi)對(duì)冷熱的要求,溫度適用范圍寬,工作性能穩(wěn)定,控制調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單方便;能夠隨環(huán)境溫度的變化,使系統(tǒng)COP 值總趨于較大值,系統(tǒng)總是朝最有利于節(jié)能的趨勢(shì)工作。對(duì)解決我國(guó)北方寒冷地區(qū)的低溫適用和節(jié)能等問(wèn)題具有重要指導(dǎo)意義。 |
