同时供冷供热的双级压缩制冷热泵循环性能研究

　　0 前 言

　　随着经济的发展和人们生活水平的提高，在日常生活的许多领域同时存在着供冷和供热需求，如宾馆、餐馆和医院等;另外，在食品加工等工业领域中也存在大量的此种需求[1]。当前比较节能的技术方案是采用具有热回收功能的制冷机或空调机组，在制冷的同时依靠所回收的冷凝热来满足热负荷的需求[2-9]。然而这一方案在实际使用过程中存在如下缺陷:其供热量受制冷量的制约，只能用于制冷量大而供热量小的场合;对于所回收的冷凝热不能满足热负荷需求的场合，必须有辅助热源。目前常用的辅助热源有热泵热水器、电加热器或燃油燃气锅炉。众所周知，采用热泵热水器会增加初投资，而采用电加热器或燃油燃气锅炉，不但会增加初投资，而且使用电、燃油或燃气供热，如提供生活热水，则会导致整个系统的一次能源使用效率降低，因此对于这种热负荷大而制冷负荷小的场合，必须研究更经济、更节能的方案。本文针对这种实际需求，提出了一种冷热量可同时独立调节的双级压缩制冷热泵循环，并进行了理论分析和计算。需要指出的是，依据这一循环所设计的制冷机只能用于热负荷大而制冷负荷小的场合或设备中，如水环热泵空调系统中具有大量生活热水需求的内区用户(如理发店和餐馆等)或冰箱与热泵热水器一体化的冰箱热水器和多功能空调热泵热水器。可以预见，在上述应用中，多功能空调热泵热水器将是这一循环未来的主要应用之处。众所周知，目前常见的多功能空调热泵热水器在夏季使用时，只能依靠制冷兼热回收循环来满足用户的同时制冷和生活热水需求:在盛夏时段使用时，依靠热回收通常能满足用户的生活热水需求，但在夏初夏末使用或需要连续制冷而冷负荷又较小时，一般都不能满足使用要求，所以必须有辅助热源。如果多功能空调热泵热水器除了能实现制冷兼热回收循环，还能够实现本文所提出的双级压缩制冷热泵循环，则在夏初夏末时段使用时，也能同时满足用户的制冷和生活热水需求，可不再需要设置辅助热源。文献[10]～[12]给出了既能实现制冷兼热回收循环，又能实现本文所提出的双级压缩制冷热泵循环的多功能空调热泵热水器的几种具体方案。

　　1 双级压缩制冷热泵循环原理及热力计算

　　1. 1 循环的工作原理

　　双级压缩制冷热泵循环的工作原理如图 1 所示，蒸发器 E 用于生产冷冻水，热源侧换热器 D 用于从低温热源(如室外空气或水)中吸取热量，生产冷冻水所产生的冷凝热以及从低温热源中吸取的热量通过热水加热器 C 生产生活热水。其工作流程为:从高压压缩机 B 排出的高温高压制冷剂过热蒸汽先进入热水加热器 C 生产生活热水，制冷剂蒸汽放出热量后，变成高温高压制冷剂液体，再进入储液器 F，然后分成 2 路:一路经节流阀 G 节流后，变成中温中压的制冷剂气液两相混合物，进入热源侧换热器 D 从低温热源中吸收热量，制冷剂吸热后变成中温中压的制冷剂气体，再进入高压压缩机 B 入口端管道，另一路经节流阀 H 节流后，变成低温低压的制冷剂气液两相混合物，进入蒸发器 E 生产冷冻水，制冷剂在蒸发器 E 中吸热后，变成低温低压的制冷剂气体，再经低压压缩机 A 压缩后，变成中温中压的制冷剂过热蒸汽，也进入高压压缩机 B 入口端管道，在高压压缩机 B 入口端管道与第 1 路制冷剂混合后，再次进入高压压缩机 B 被压缩。