补气增焓热泵机组运行性能模拟研究

　　0 引言

　　空气源热泵以其一机两用、节能环保及安装方便等优势，在我国长江以南地区得到普遍采用[1]。而长江以北地区，由于冬季室外温度较低，热泵机组在低温工况下制热量衰减，不能满足人们对于室内温度的需求，从而影响其大范围的应用[2]。应用补气增焓系统是解决空气源热泵机组低温运行性能下降的有效途径。笔者通过模拟仿真计算的方法来研究这一系统相对于无补气的单级压缩系统在机组排气温度、制热量等参数方面的优势，并找出机组参数随补气压力的变化规律。

　　1 数学模型的建立及算法设计

　　仿真计算热泵机组参数：额定制冷量 3300W，额定制热量 3800W，压缩机为补气压缩机，理论输气量 0.1m3/min;蒸发器为翅片式换热器，管长33.91m，换热面积 16m2，管内有效容积 0.0016m3;冷 凝器为板式换热器BL26-28D， 换热面 积0.176m2，管内容积 0.6L。假定流经低压级的制冷剂质量为 1kg 时，补气量为 ykg。

　　1.1 无补气热泵机组的模拟

　　1.1.1 压缩机模拟

　　蒸发温度取低于环境温度 10℃时，蒸发过热度为 5℃。将蒸发器中制冷剂蒸发过程看作定压过程[3]，则可由蒸发温度确定蒸发压力 Pc，压缩机吸气压力为：

　　式中，ΔPc为吸气压力损失，ΔPc=(0.10～0.15) Pc

　　由过热度获得压缩机进口处制冷剂焓值 h1及压缩机吸气比容 vsuc;冷凝温度取 60℃，将冷凝器中制冷剂冷凝过程看作定压过程，可得冷凝压力Pc。压缩机排气压力为：

　　式中，ΔPe为排气压力损失，ΔPe=(0.05～0.07) Pe

　　压缩机制冷剂流量为：

　　式中，vsuc为开式压缩机环节吸气口的制冷剂气体比容，λ为输气系数，Vth为压缩机理论容积输气量。

　　排气温度为：

　　式中，T3'为排气温度;T1为吸气温度;P3为排气压力;P1为吸气压力;k 为多变压缩指数(一般取 1. 05～ 1. 18)[4]。

　　压缩机功率按下式计算：

　　式中，h1和 h3'分别为压缩机吸、排气焓值;ηi为压缩机指示效率;ηm为压缩机机械效率。排气焓值由排气温度及排气压力求出。

　　输入电功率为：

　　式中，ηmo为压缩机的电动机效率(一般取0.8)。

　　1.1.2 冷凝器模拟

　　冷凝器入口焓值由入口温度及入口压力确定，出口焓值由出口温度及压力确定，冷凝器换热量为：

　　式中，he'为制冷剂入口焓值;h4为制冷剂出口焓值。

　　综上，制热系数计算如下：