准二级压缩空气源热泵系统的变工况试验研究

　　实验,综合考虑制热量、COP和机组工作稳定性,得出准二级压缩热泵系统最佳中间补气压力为1200kPa~1400kPa。研究结果可为准二级压缩系统设计与应用提供参考。

　　1 前言

　　空气源热泵系统吸收空气中的低位热能,通过热泵循环将低位热能转化为品位较高的热能输出,且其安装使用便利,因而空气源热泵系统成为目前使用最为广泛的热泵系统。但是传统的空气源热泵应用于我国华北、西北等寒冷地区时,出现制热能力衰减、制热不足,甚至无法正常运行等情况。传统热泵系统无法在这样的低温环境中正常工作[1]。

　　对于上述问题,国内外的相关学者和技术人员进行了一系列的技术研发和改进。我国哈尔滨工业大学马最良教授提出三种方案: (1)空气源热泵(提供10~20e水)+水-空气热泵系统;(2)空气源热泵(提供10~20e水)+户式水-水热泵; (3)空气源热泵(提供10~20e水)+集中式水-水热泵[2]。总的说来,这些技术虽然解决了空气源热泵系统在低温工况下的运行可靠性问题,但是它们要么使热泵系统变得复杂,成本增加;要么就是能量利用效率较低,未从根本上解决问题[3]。除此,针对上述问题的解决方案大体可分为: (1)双压缩机的二级压缩循环; (2)带经济器的蒸汽喷射循环; (3)带经济器和吸气回热器的蒸汽喷射循环; (4)用于过冷冷凝液的独立热泵回路。而在上述四类系统中,带经济器的涡旋压缩机热泵系统是目前最为经济、有效的改善方案[4-5]。

　　准二级压缩系统相对于普通空气源热泵多了一个中间补气回路,中间补气压力的大小对准二级压缩空气源热泵系统的性能有着很大的影响。为了全面反应机组在环境温度变化时的工作状况,本文对带经济器的涡旋压缩机准二级压缩热泵机组进行了大范围变工况实验研究。

　　2 准二级压缩热泵系统

　　气态制冷剂喷射(Gas Refrigerant Injection)系统,又称经济器系统或中间补气系统,它是在液态制冷剂喷射系统的基础上改造而成,相对于普通空气源热泵机组添加了中间补气回路。又因其在压缩过程中和二级压缩相似,故该系统又被称为准二级压缩系统。

　　准二级压缩系统主要有以下两种形式:一种是一级节流经济器系统,它主要是换热器式制冷剂喷射系统;另一种是二级节流经济器系统,它主要是闪发器式制冷剂喷射系统。本文针对一级节流经济器系统的准二级压缩过程进行实验研究。

　　图1为一级节流经济器系统的流程图和p-h图。压缩机的高温高压排气进入冷凝器,经冷凝器冷却后的液态制冷剂分为主路和辅路两路,辅路制冷剂通过手动膨胀阀节流到中间压力成为气液两相,与未被节流的主路制冷剂进行热交换,使主路制冷剂过冷,而辅路制冷剂在吸取主路制冷剂显热后变为饱和或者过热气体进入压缩机的补气口,主路制冷剂得到过冷冷却后通过热力膨胀阀节流到更低压力,进入蒸发器蒸发吸热后以一定过热度进入压缩机吸气口,进行一段近似等熵压缩后和由补气口进入的辅路制冷剂混合,随后再进行多变压缩,完成准二级压缩热泵循环。