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                空氣源熱泵低溫下運行(超低溫空氣源熱泵)

                時間:?2021-11-29 14:09:10 ??來源:?投稿 ??作者:?dxm ??點擊: ?

                中國的空氣源熱泵技術目前處于國際領先地位。近年來通過新的壓縮機技術、變頻技術和新的系統形式,已經把空氣源熱泵的適用范圍擴展到-35℃乃至更低的低溫環境。這就使得空氣源熱泵在絕大多數地區都可高效制熱。

                空氣源熱泵低溫下運行(超低溫空氣源熱泵)

                目前,已應用的低溫空氣源熱泵技術主要包括以下幾個方面。

                1.變頻技術

                制冷劑單位容積制熱量下降是制熱量衰減的主要原因,因此增大壓縮機的實際輸氣量,是解決空氣源熱泵制熱量衰減的有效措施。

                空氣源熱泵低溫下運行(超低溫空氣源熱泵)

                壓縮機變頻(變轉速)技術能夠在壓縮機氣缸工作容積不變的情況下,通過提高壓縮機的運行頻率,來達到增大壓縮機實際輸氣量的目的,從而有效減緩制熱量衰減幅度。

                變頻技術已成為空氣源熱泵制熱量衰減的重要解決措施之一,在實際應用中根據室外環境溫度和室內設定溫度,來調節壓縮機運行頻率以緩解熱量供需矛盾。

                2.準二級壓縮技術

                準二級壓縮技術最早應用于螺桿壓縮機。在國內,20世紀80年代中期就有學者進行了帶經濟器的準二級壓縮系統的研究,并在螺桿機組中得到成功應用。研究指出這種系統在低溫環境下的節能效果顯著,在-30℃的低溫環境下,該系統完全可以取代雙級壓縮系統。

                由于螺桿機組容量一般較大,同時這種系統相對于單級壓縮系統的優勢隨著蒸發溫度的上升逐漸下降,因此這種準二級壓縮的研究長期以來一直局限于低溫制熱,其制冷工況的可行性一直未能得到足夠的關注。

                空氣源熱泵低溫下運行(超低溫空氣源熱泵)

                采用帶中間補氣口的渦旋式壓縮機的空氣源熱泵系統,提高了低溫制熱量和COP,是目前應用最為廣泛且被反復證明的技術手段。與普通空氣源熱泵機組相比,準二級壓縮空氣源熱泵系統機組具有以下兩個突出特點:

                1)壓縮機上設有中間補氣口,通過輔路補入中溫中壓制冷劑,既增加了流經冷凝器的制冷劑循環流量,又降低了蒸發器入口的制冷劑比焓,從而提升低環境溫度下的系統性能。

                2)通過關/開輔路上的節流裝置,可以實現單級壓縮熱泵系統和準二級壓縮機熱泵系統的切換,既能夠確保常溫工況下的系統性能,又能夠確保在室外低環境溫度下的安全、可靠運行。

                采用渦旋式制冷壓縮機的準二級壓縮技術已成功應用于低溫空氣源熱泵系統中,其低溫制熱性能相比于單級壓縮系統提升幅度明顯,在-15℃室外環境溫度下制熱量提升20%以上。

                除了在渦旋式制冷壓縮機和螺桿式制冷壓縮機上實現準二級壓縮之外,在單級滾動轉子式制冷壓縮機上也可以實現準二級壓縮,這種類型的壓縮機稱為準二級滾動轉子式制冷壓縮機。它是在單級滾動轉子式制冷壓縮機的氣缸上增加中間補氣口,由中間補氣口吸入中壓氣體,并通過設置在補氣口上的補氣閥來控制中間補氣口氣流的通斷。

                3.單機雙級壓縮技術

                目前,在小型單機雙級壓縮空氣源熱泵系統中,大多使用滾動轉子式制冷壓縮機。

                與采用準二級渦旋式制冷壓縮機和準二級滾動轉子式制冷壓縮機的空氣源熱泵系統相比,雙缸雙級滾動轉子式制冷壓縮機空氣源熱泵系統具有以下優勢:

                1)中間補氣量大于準二級系統,有利于提高制熱量和降低排氣溫度。

                實際結果表明,在室外環境溫度為-15℃時,設計良好冷凝器的雙級壓縮空氣源熱泵系統的制熱量與常規一級節流裝置高壓級氣缸單級壓縮空氣源熱泵系統相比提升幅度可達40%,高于準二級壓縮空氣源熱泵系統制熱量的提升幅度。

                2)壓縮機的總壓力比由低、高壓級氣缸分擔,使得每級氣缸的壓力比顯著減小,提高了壓縮機的容積效率和等熵效率,有利于提高熱泵制熱量和COP。

                4.雙機雙級壓縮技術

                為了實現空氣源熱泵在不采用電輔熱等情況下滿足寒冷地區冬季供熱需求,采用兩個壓縮機串聯的雙機雙級壓縮空氣源熱泵系統應運而生。

                采用雙機雙級壓縮的空氣源熱泵可以切換為普通單級壓縮運行模式,也可以切換為雙級壓縮運行模式,這樣既可以滿足常溫工況下的制熱運行要求,又能在-18℃的低溫環境中穩定、可靠地長期運行,壓縮機排氣溫度始終低于130℃,能夠在沒有電輔熱等條件下滿足寒冷地區冬季供熱需求,且具有較高的COP。

                5.雙級耦合熱泵技術

                雙級耦合熱泵系統由空氣-水熱泵系統與水-水熱泵系統組成,分別為一級和二級。

                在室外環境溫度較高時,二級(水-水)熱泵系統不工作,一級(空氣-水)熱泵系統工作,制取的熱水由水泵輸送到末端(風機盤管或地板供熱),在末端放熱后返回到一級熱泵系統的冷凝器中。

                在室外環境溫度較低時,一級(空氣-水)熱泵系統和二級(水-水)熱泵系統均工作,兩個三通閥均換向,一級熱泵系統制取的10~20℃低溫熱水由水泵輸送至二級熱泵系統的蒸發器中,二級熱泵系統從低溫熱水中吸收熱量后制取高溫熱水,并由水泵輸送至末端,在末端放熱后返回到二級熱泵系統的冷凝器中。

                在低溫及超低溫工況下,雙級耦合熱泵系統制熱運行時具有較高的制熱量和COP,以及較低的排氣溫度。

                與雙機雙級壓縮熱泵系統相比,由于增加換熱環節會導致換熱損失增加,且無中間補氣過程,因此,雙級耦合熱泵系統制熱量和COP均相對較低,排氣溫度相對較高,但系統運行控制相對簡單。

                6.復疊熱泵技術

                復疊熱泵系統由兩個相對獨立的單級壓縮熱泵子循環(分別為高溫級循環和低溫級循環)通過冷凝蒸發器耦合而成。一般而言,高溫級循環使用中溫制冷劑,低溫級循環使用低溫制冷劑。

                與普通單級壓縮熱泵系統相比,復疊熱泵系統的低溫級循環和高溫級循環壓縮機的壓力比顯著降低,同時低溫級循環冷凝器出口的制冷劑溫度明顯降低,因此低溫制熱運行時具有較高的制熱量和COP,以及較低的排氣溫度。

                與準二級或雙級壓縮熱泵系統相比,由于增加了冷凝蒸發器換熱環節所以會導致不可逆損失的增加,制熱量和COP相對較低,排氣溫度相對較高。

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