低环温空气源热泵系统的试验研究

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1、低环温空气源热泵系统的试验研究申江李园园(天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津300134)摘要介绍了研制出的带闪蒸器的涡旋压缩机低环温空气源热泵机组的样机，并对样机进行了试验研究及性能分析．试验结果表明：在一120C的低温环境中，该系统仍可以提供足够的热量，能够满足低温环境的采暖要求．并分析了热泵系统的制热性能随着电子膨胀阀开度的变化规律。关键词热泵；涡旋压缩机；闪蒸器0前言空气源热泵可从环境大气中吸取丰富的低品位能量，使用便利，因此空气源热泵成为热泵诸多型式中应用最为广泛的一种．但足传统的空

2、气源热泵应用于我国华北、西北等寒冷地区时制热能力衰减，无法在冬季正常运行。针对这一问题，国内外相关学者与厂家进行了许多技术研发和改进。日本有则报道，采用煤油燃烧器在低环境温度时辅助加热室外换热器，来提高热泵的低温性能【2】。美国的开利公司研制出两种类型的使用非共沸工质的带精馏塔的空气源热泵系统(文献【3】，【4】)，在低温环境温度下制热运行时可以通过精馏塔除去混合物中大部分低压力组分，把制冷剂改成更具有挥发性的混合物。哈尔滨建筑科技大学马最良教授提出采用空气源热泵与水一水热泵或水一空气热泵组成耦合的双

3、级热泵供暖系统来解决在寒冷地区低温制热时热泵性能恶化问题【5】．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低，未从根本上解决问题。分析涡旋压缩机的工作特性，发现这种压缩机类似螺杆压缩机连续压缩的方式，这就有可能像在螺杆压缩机上一样，在涡旋压缩机也配用经济器系统，以有利r热泵系统在低温情况下运行并且具有较高的制热能力和供暖温度【6~9】引。本文主要对带闪蒸器的涡旋压缩机热泵系统的性能进行全面的试验研究和分析，通过

4、试验结果得到闪蒸器机组适宜的运行方式和设计参数。试验结果表明：闪蒸器系统在低环温工况下可以有效地提高空气源热泵的低温制热性能，是寒冷地区用小型空气源热泵比较适宜采用的系统．1涡旋压缩机闪蒸器系统带闪蒸器的空气源热泵系统可分为闪蒸器前节流系统和闪蒸器后节流系统。当中间补气压力的大小是靠调节闪蒸器前节流膨胀阀的开度来实现时为闪蒸器前节流系统，靠调节闪蒸器后节流膨胀阀(即补气回路上)的开度来实现时为闪蒸器后节流系统。1．1闪蒸器前节流系统闪发器前节流的空气源热泵系统如图1所示，该系统采用带辅助进气口的涡旋压

5、缩机．涡旋压缩机排出的高温、高压制冷剂气体(4点)，经冷凝器将热鼍传递给载热介质后变为液体(5点)，升温后的载热介质可用于采暖或其它用途。从冷凝器出来的高压制冷剂液体经节流装置A节流到某一压力变为汽液混合物(6点)后进入闪蒸器，在闪蒸器中，处于上部的闪蒸气体通过辅助进气口(9点)被压缩机吸入，此回路称为辅路；蒸气的不断闪蒸致使闪蒸器下部的液体过冷，过冷后的液体(7点)再经节流装置B节流到蒸发压力(8点)后进入蒸发器，此回路称为主路。在蒸发器内，主路的制冷剂吸收低温环境中的热量而变为低压气体通过吸气口(

6、1点)被压缩机吸入，压缩到一定压力后(2点)和辅路吸入的制冷剂(9点)在压缩机工作腔内混合(3点)，再进一步压缩后排出压缩机外(4点)，从而构成了封闭的工作循环。1．2闪蒸器后节流系统闪蒸器后节流的空气源热泵系统如图2所示，与闪蒸器前节流系统所不同的是：从冷凝器出来的高压制冷剂液体直接进入到闪蒸器，在闪蒸器中，处于上部闪发蒸气(6点)经节流装置A节流到中间压力(9点)后通过辅助进气口被压缩机吸入，此路成为辅助回路；闪蒸器下部过冷的液体(7点)再经节流装置B节流到蒸发压力(8点)后进入蒸发器，此路成为主

7、路。从上面两个系统的循环图可以看出，闪蒸器前节流的热泵系统是两级节流的经济器系统，它更接近于两级压缩循环，其系统构成较简单，并且进入压缩机辅助进气口的气体更接近于饱和蒸气；而闪蒸器后节流的热泵系统，是一级两次节流的经济器系统，但是由于高压制冷剂饱和蒸气经辅助回路上的节流阀节流后补入压缩机，造成压缩机辅助进气口的气体可能会存在更大的过热度【10】．因此，从理论上来看，与闪蒸器后节流系统相比，闪蒸器前节流系统在低温工况下可以更有效地改善压缩过程，有利于提高低环温空气源热泵的低温制热性能和可靠性。本试验只对

8、闪蒸器前节流系统进行了试验研究。2试验台装置原理试验采用R22制冷剂，所采用的压缩机是某厂家所生产的型号为VRl61KF—TFD的带有辅助进气口的5HP涡旋压缩机。图3所示为低环温空气源热泵系统试验样机的原理图。采用室外换热风机作为蒸发器的冷却源，通过调节室外风机的进出口温度和风速来稳定环境温度。利用焓差试验台对低环温空气源热泵机组进行性能试验，本试验用低环温空气源热泵机组样机可以进行制热及制冷性能的测试，但本试验的目的是测试样机在低温工况下的制热性能，