【摘 要】
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在双碳背景下,工业及民用领域节能减碳成为重要的研究方向,热泵技术由于其显著的节能减碳效果进而得到越来越多的研究与应用。常规空气源热泵受工质及压缩机耐温耐压限制难以在低温环境下产生高温热水进而限制其应用场景。为了满足“大温差”及“高冷凝”的制热要求,该研究采用了复叠式热泵循环,建立数学模型并筛选适配工质,进行理论和实验研究。基于EES和REFPROP分析了复叠式空气源热泵循环性能随环境温度、冷凝侧进
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在双碳背景下,工业及民用领域节能减碳成为重要的研究方向,热泵技术由于其显著的节能减碳效果进而得到越来越多的研究与应用。常规空气源热泵受工质及压缩机耐温耐压限制难以在低温环境下产生高温热水进而限制其应用场景。为了满足“大温差”及“高冷凝”的制热要求,该研究采用了复叠式热泵循环,建立数学模型并筛选适配工质,进行理论和实验研究。基于EES和REFPROP分析了复叠式空气源热泵循环性能随环境温度、冷凝侧进水温度、工质种类、组元成分和中间压力变化规律并与实验结果进行比较。首先对采用纯工质的复叠式空气源热泵循环性能展开研究。低温级纯工质中R1 52a的COP较高,R125的增压比较低,R32的单位容积制热量较高;随着环境温度的升高,高温复叠式空气源热泵的总COP和低温级单位容积制热量呈升高趋势,低温级的压比呈降低趋势;高温级纯工质中,R1233zd的COP较高,同时高温压缩机级排气压力较低,R1234ze的高温级压比较低,R236ea的高温级压缩机排气温度较低,R134a的高温级单位容积制热量较高;随着进水温度的升高,高温复叠式空气源热泵的高温级压缩机排气压力、高温级压比和高温级压缩机排气温度均呈升高趋势,高温级单位容积制热量和COP呈降低趋势。采用优势互补原则配对混合工质。混合工质的研究结果表明低温级采用混合工质会使低温级COP升高,同时高温级COP降低;低温级5种工质组合会使总COP得到升高,其中R152a+R32的COP较高;混合工质的低温级单位容积制热量和低温级压比随组元成分呈单调变化趋势,R134a+R32的低温级单位容积制热量较高,R134a+R125的低温级压比较低。此外,高温级采用混合工质会使低温级COP降低,同时高温级COP升高,高温级中R1233zd+R134a的COP较高;R245fa+R236ea的高温级压缩机排气温度较低;R1233zd+R236ea的高温级压缩机排气压力较低;R245fa+R1 34a高温级单位容积制热量较高;R245fa+R1234ze的高温级压比较低。此外,对纯工质和混合工质的最佳中间压力进行了研究,随着中间压力的增加,纯工质和混合工质的COP呈现先增大后减小的趋势,并给出了混合工质传热窄点的确定方法。该研究最终搭建了高温复叠式空气源热泵实验台进行验证。实验结果表明:在环境温度为-5℃至10℃和冷凝侧进水温度为65℃至85℃的工况下,实际COP、低温级压缩机排气温度和高温级压缩机排气温度随环境温度和冷凝侧进水温度变化规律与理论变化规律相同,由于数学模型中假设条件中忽略了各部分散热及换热器内部压力及流动损失,热泵实际COP小于理论COP。
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