低环境温度空气源热泵能效标准分析

京津冀地区大气污染问题突出,为实现治理雾霾和节能减排目标,京津冀开始无煤化行动。低环境温度空气源热泵经过十多年的研究和试制,已经取得成功,并在京津冀等地规模应用。本文重点研究低环境温度空气源热泵名义工况下COP和综合部分负荷值,即IPLV(H);并通过具体算例,利用热力学完善度分析相关标准下的IPLV(H),可供今后制定有关标准参考。     

小型低温空气源热泵用转子和涡旋压缩机对比

空气源热泵是一种利用高位能使能量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。阐述了小型低环境温度空气源热泵（输入功率在1～4 kW,工作环境温度可达−20 ℃）的概念和用能效率评定方式。介绍了适用于小型低环境温度空气源热泵的两种全封闭压缩机：转子压缩机和涡旋压缩机。对比了两类压缩机的压缩原理;通过技术分析和产品调研,对两类压缩机的基本特性、喷气增焓和喷液增焓技术、变频技术和适用工况等方面进行了分析,并对其变压比特性进行阐述;对其制造工艺进行比较。得出了两种压缩机的适用性对比。     

低环境温度空气源热泵在北方区域供热中的应用

为满足2020全面实现小康社会目标中对空气质量的要求,我国正逐步实施"煤改电"等环保措施。和燃煤相比,热泵更为高效节能,适合区域供暖。空气源热泵是其中的关键技术。空气源热泵是一种利用高位能使能量从低位热源空气流向高位热源的节能装置,在北方地区得到了广泛应用。本文介绍了空气源热泵在"煤改电"地区的应用情况,空气源热泵压缩机组的选择。供热需求的容量在200k W以下,压缩机多采用多台涡旋式压缩机或转子式压缩机,当容量大于200k W,多采用多台机组并联方式或采用螺杆机组。随着磁悬浮技术的发展,磁悬浮离心机组是未来各大中空气源热泵机组厂家的发展目标。     

转子压缩机与涡旋压缩机的对比与发展

空气源热泵压缩机的性能是适合不同气候条件的热泵的关键。本文回顾了转子与涡旋压缩机的发展历程,早期房间空调器用压缩机为活塞式,后期出现了转子压缩机和涡旋压缩机,压缩机效率得以提升。转子式压缩机和涡旋式压缩机均向适应低环境温度工况的方向发展。介绍了影响这两种压缩机发展的关键技术,改进电机与压缩机的结构来提升压缩机效率,通过变压比、喷气增焓、部分负荷下调节等技术,提升了压缩机系统性能系数COP与综合部分负荷性能系数IPLV(H)。采用直流电机替代交流电机,可提高两种压缩机的电机效率和频率调节范围。通过对涡旋压缩机进行不对称涡旋盘设计,可减小噪音与泄漏量;对转子压缩机的双转子进行对称布置,增大了压缩机的容量。带排气阀的涡旋压缩机可在一定程度上实现变压缩比,而转子式压缩机有排气阀,在变工况方面具有明显的优势。两种压缩机均可采用喷气增焓技术,实现热泵低环境温度较大的压缩比。     

我国空调与热泵的能效和标准现状与分析

本文总结了我国空调热泵的能效标准,阐述了季节能效比SEER、综合部分负荷值IPLV和热泵热水机组全年能源消耗效率APF之间的关系,分析我国能效(分级)标准发展历程。其中,空调与热泵的能效标准,风冷从单一工况的制冷能效比EER或性能系数COP,发展到SEER和供热季节性能系数HSPF;水冷从单一工况COP,发展到综合部分负荷系数IPLV。提出低环境温度空气源热泵IPLV(H)的3级能效划分建议值。同时,指出能效标准的共性与问题,如理论工作还有待加强,评价指标不统一,部分能效标准缺失,能效标准未能及时与产品标准相对应等,并对今后能效标准的研究思路和方向给出了建议。     

润滑油对CO_2气体冷却器性能的影响

本文对含有PAG润滑油的CO2气体冷却器建立了理论模型,通过人工神经网络对含油的CO2对流换热系数进行预测,通过与实验结果进行比较,验证了模型的准确性。进一步分析和计算结果表明:气冷器的热效率随管道的长度的增加而增大,但增幅逐渐放缓。对于实际使用的气冷器,考虑设备运行的经济性,应合理设计气冷器的长度。对于小管径的气冷器(Dh≤2mm),少量的润滑油(ω≈1%)即会明显削弱气冷器的传热系数与热效率;但对于大管径的气冷器(Dh≥4 mm),少量的润滑油对气冷器的影响不明显。在实际小管径气冷器运行过程中,要尽量降低进入气冷器中的润滑油含量,以保证气冷器较高的换热性能。气冷器的热效率随CO2侧压力的增加而增大,但增幅逐渐变缓。CO2侧压力越接近临界压力,由于润滑油的存在导致气冷器热效率降低的幅度越大,并且气冷器的管径越小,降低幅度越明显。     

CO2跨临界热泵系统热力性能提升与经济性分析

CO₂跨临界热泵系统热力性能优化,往往其设备的初始投资成本会增加,在设备生命周期内其对总体费用的影响不明确。本文建立了常规CO₂跨临界热泵系统（BASE）、CO₂双级压缩热泵系统（TSCHPS）和CO₂/CO₂机械过冷热泵系统（MSHPS）的热力学与经济学模型,其中在经济学模型中定义了综合考虑设备初投资及运行费用的目标函数,研究了3种热泵系统在小温差风机盘管、地暖以及暖气片作为散热终端下热力性与经济性之间的关系,讨论了系统升级后的生命周期经济性变化。研究结果表明：在3种散热终端的系统名义工况下,TSCHPS、MSHPS的能效比（COP）均比BASE系统提升15%以上,但其生命周期经济性却不一定得到改善;BASE系统热力性与经济性之间相互关联,TSCHPS、MSHPS的热力性与经济性之间关联性不强;系统升级后的经济性变化与蒸发温度及供热量有关,给出了3种散热终端下不同应用范围内经济性最优系统。     

一种带引射器和经济器的CO2跨临界制冷系统

在蒸发温度较低的工况下,CO₂跨临界循环高低压差过大,运行效率下降。针对CO₂跨临界循环特性,提出了一种带引射器和经济器的CO₂跨临界制冷系统,通过引射器部分回收工质膨胀功减小能量损失,可增加制冷量;合理设计CO₂压缩机和中间补气孔,采用经济器进行中间补气可减少系统压缩过程的能量损失。构建了热力学模型,研究表明该系统在较低蒸发温度工况下,相比于基础CO₂跨临界制冷系统系统性能可提升40%左右,其中压缩机排气温度可降低40℃左右,有利于系统稳定运行。同时对准二级压缩过程中分段效率计算问题提出近似公式,在一定范围内相比于传统计算方式误差从5%降低至2%。     

超临界CO2/R41小通道内的换热特性

对R41和混合工质CO₂/R41 (20.5/79.5)、CO₂/R41(51.4/48.6)在直径为2 mm的水平光滑圆管中的超临界冷却流动换热特性进行了实验研究。质量流速范围为400～800 kg·m^-2·s^-1,压力为6.0～8.0 MPa,热通量为12～48 kW·m^-2,流体温度为20～80℃。3种工质的对流传热系数的极值随CO₂含量的增加而增大,在相同条件下R41的传热系数小于CO₂/R41的传热系数。混合物的超临界传热系数变化规律与纯R41相同。实验条件下,3种流体的传热系数在2～25 kW·m^-2·K^-1之间,压力的影响显著,越接近临界压力对应压力条件下的传热系数极值越高。在远离准临界点的区域传热系数随热通量变化不明显,而在准临界点附近对流传热系数的极值随热通量的增加而小幅减小。将实验结果与经验关联式计算结果进行了比较,有4个关联式的预测效果较好,误差均在±30%以内,预测误差随CO₂含量的增加而下降。