2018-11-08 09:08  制冷百科

      1、低温空气源热泵的现状与发展

  空气源热泵应用于寒冷地区冬季制热时,系统制热量随着室外温度的降低而迅速下降。同时,随着吸气压力的降低,压缩机压力比迅速升高,导致排气温度急剧上升。解决空气源热泵的低温适应性,主要应从以下几方面着手研究:增加低温工况下系统工质循环量、控制机组排气温度、优化机组压缩机内部的工作过程、选用适用于大工况范围的制冷剂。针对空气源热泵在低温环境出现的弊端,众多学者对其进行了大量的研究,使得机组的稳定性、制热性能和COP 等都有了很大的提高。主要包括以下几个方面:

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  1.1 补气增焓热泵系统

  补气增烩技术能够较好地改善低温环境下压缩制冷循环的效率,降低压缩机排气温度,提高制冷设备的效率以达到节省能源的目的。采用喷液冷却的压缩机、引入辅助换热器和性能优良混合工质对单级压缩空气源热泵系统的低温适应性有了一定的提高,但仍然无法从根本上解决压缩比大和排气温度高的问题,系统的可靠性也没有得到本质提高,对于补气增烩技术有待于进一步的研究。

  1.2 双级压缩热泵循环系统

  双级压缩式热泵循环系统通过中间压力补气方式来提高系统低温下的性能,同时可以有效的降低排气温度过高,压比过大等带来的一系列可靠性问题。但对于双级压缩而言,仍存在许多急需解决的问题: 如注油量,油平衡及油迁移,系统的控制策略,变频压缩低高压级的合理的输气量比,最佳中间压力的变化等问题。

  1.3 复叠式空气源热泵系统

  复叠式循环是将一种中、高温制冷剂与一种低温制冷剂相结合,以满足系统在温跨较大时,能效比低、单台压缩机的压缩比大等要求,其最大的优点是两种工质均在最佳的温度范围内工作。目前,对于复叠式循环的研究,主要停留在利用热力学理论循环方法,以制冷效率为目标,选取最佳中间冷凝温度和其他相关设计参数,对于制热方面的研究仍处于实验阶段,尚缺乏基础理论性以及指导方向性的研究。

  1.4 空气源热泵的除霜技术

  除霜可以有很多方法实现:停机除霜,电加热除霜、热气旁通除霜、逆循环除霜等。其中,逆循环除霜是目前最常用的除霜方式。逆循环除霜是通过使用四通换向阀,使制冷剂流向改变,将制热过程转换为制冷过程。在除霜期间,压缩机排出的过热状态制冷剂蒸汽被送进室外盘管进行融霜。当融霜完成后,热泵运行再次逆转,重新开始供热。这种方法无需附加任何设备,只需在需要除霜时调节四通换向阀即可。

  逆循环除霜是一个复杂的过程,只持续几分钟的瞬态循环可能会导致制冷剂温度、金属盘管温度、空气温度和其他因素的变化。

  逆循环融霜过程的能量主要来自于储存在室内金属盘管的能量和对压缩机输入的功,但对于快速除霜是不足的。在此情况下,除霜能量供给不足,除霜时间延长,并由此带来一系列的运行问题。另一方而,除霜过程中,对室内无热量供给,导致室内温度降低,影响室内人员的热舒适。

  尽管除霜过程本身可能会引出很多问题,如:

  (1) 需要额外热量来融霜而降低了热泵的COP;

  (2)除霜过程中热泵机组会中断供热,降低了室内舒适度;

  (3)由于额外辅助加热元件而增加了设备投资,降低了设备可靠性等。但除霜可使热泵机组重新回到额定工况运行,其利大于弊。因此,国内外许多专家学者对此进行了深入研究。纵观国内外研究现状,人们对空气源热泵的除霜有了很大的改进,但是在实际运行中常规除霜性能仍难以令人满意,除霜过程的稳定性与可靠性也远没有解决。究其原因,所做研究在特定实验条件下,其应用是否具有广泛性还需要进一步研究。此外,融霜机理十分复杂,从传热传质的机理上揭示蒸发器的除霜过程有待于进一步的深化和完善。因此,如何从根本上解决除霜问题,成为今后研究的重点方向。

  1.5 空气源热泵中新型工质的替代

  由于R22 具有对臭氧层的破坏作用及温室效应,使全世界空调和热泵行业面临严峻的考验,研究开发、寻找新型环保制冷剂替代传统的高ODP、高GWP 值的制冷剂是一项急需研究的课题。目前对空气源热泵研究的新型制冷工质主要有CO2,R32,8407C 和R410A,8290 等。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一,在热水器应用方面尤为突出。

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