空气源热泵的稳态仿真及性能比较

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1、空气源热泵的稳态仿真及性能比较摘要：本文建立了空气源热泵的稳态仿真模型，通过对R22和其替代工质R32/R134a（质量百分比30/70）的稳态模拟，得出了系统循环性能随工况变化的曲线。通过对相同工况的两种工质性能比较，得出采用混合工质的系统制热量要低，耗功量要小，制热系数要高的结论。从而显示了混合工质替代纯质的节能优势，为替代工质的性能研究提供了一种理论比较的依据。关键词：空气源热泵,稳态仿真，性能比较Abstract：Thisarticleproposesoutasteady-statesim

2、ulationmodelofageneralairsourceheatpumpsystem,calculatessystemperformancesofusingR22andR32/R134a(30/70ancecurveastheofR22atthesameptionofthesystemofR32/R134aareinferiortothatoftheformer,butitsheatingCOPishigherthantheformerattheloperatureclimate.There

3、fore,itshoixturereplacingpuresubstancehasadvantageofenergysavingsandprovidesatheorybasisforfurtherresearch.　　Keyp;Steady-statesimulation;Performanceparison　　0.研究目的及背景　　R22工质由于不满足环保要求而面临淘汰，有关替代R22的新工质研究正如火如荼地在世界各地展开。在相同热泵系统中，新工质替代R22的性能研究目前主要通过实验获得。目前被

4、认为较有前途的R22替代制冷剂主要有R407C和R410A[1]。R407C是HFC-32、HFC-125和HFC-134a按照23：25：52的质量百分比组成的三元非共沸混合制冷剂，其蒸发压力和冷凝压力与R22非常接近，这是R407C替代R22的最大优点。但是，在空调工况下R407C的单位容积制冷量和COP都小于R22。R410A是HFC-32和HFC-125按照50：50的质量百分比组成的二元近共沸混合制冷剂。其温度滑移不超过0.2℃，这给制冷剂的充灌、设备的更换提供了方便。但是，R410A空

5、调工况下的COP比R22约小9%，其蒸发压力、冷凝压力以及容积制冷量都比R22大很多，不能直接用来替代R22，在使用时要重新设计压缩机、换热器、管路和系统。由于R410A对压缩机、冷凝器的强度要求高，所以其成本也会有所提高。因此，寻找新的替代制冷剂是目前国内外的一个热门课题。本文试图建立一种常规空气源热泵的稳态仿真模型以及研制相应的仿真软件，通过模拟得出替代R22的新工质在同一热泵机组相同工况下的性能，从理论上得出该工质可能的性能效果,为进一步的实验研究提供理论的依据。为了验证仿真模型和软件，本文

6、主要对R22的替代工质R32/R134a（30/70m×2mm的紫铜管组成，内侧流动工质为水；外管为内径φ21mm×2mm的无缝钢管，外侧流动工质为制冷剂。在纯质和定比例混合工质系统计算中长度取10000mm。　　节流装置采用内径为φ0.9mm的毛细管，并联两根。长度依据标况(蒸发器进风7oC，冷凝器进水40oC)下，纯质与混合工质(30/70m；而在定比例混合工质R32/R134a系统中，长度取1500mm。　　蒸发器是冷却介质为空气的平直套片干式蒸发器，长度取10800mm。具体结构参数为φ1

7、0mm×0.7mm的紫铜管，翅片选用δf=0.2mm的铝套片，翅片间距Sf=2.2mm。管束按正三角形叉排排列，垂直于流动方向管间距S1=25mm，沿流动方向管排数=4，分路数Z=2。　　　　图1常规热泵的冬季循环示意图　　　　1.2仿真模型的建立　　图2系统稳态仿真算法流程图　　稳态仿真主要用于预测一定工况下装置稳定运行时所表现出来的系统性能，反映了压缩机、冷凝器、节流元件（毛细管）和蒸发器各部件之间的耦合特性。为了将各部件模型连接起来形成一个可以预测系统性能的系统模型，需要设计相应的算法[2]

8、,算法流程图见图2，为压缩机的质量流量（单位：，以下相同符合的单位同），为毛细管的质量流量。本文采用改进的PT方程[3,4]对R22和R32/R134a二元混合物的热物性进行了计算。　　为了便于各组工况下的性能比较，循环计算中设定：　　(1)蒸发器出口过热度为5oC。　　(2)混合工质系统循环计算时，四大部件中工质的组成配比保持不变。　　(3)冷凝温度和蒸发温度的取法分别为：对于纯质，取冷凝压力和蒸发压力下工质所对应的饱和温度；对于混合工质，冷凝温度取冷凝压力下混合工质的泡点温度，