适合寒冷地区使用的空气源热泵之研究.pdf

第三部分 空调器及压缩机 适合寒冷地区使用的空气源热泵之研究 马国远 (北京工业大学，100022) 薏语辣 (清华大学，100084) Experimental Research on Air．—-source Heat Pmnp for Cold Regions Ma Guoyuan (Beijing Polytechnic University，100022) Yah Qisen (Tsinghua University，100084) 摘要：提出一种适合寒冷地区使用的空气源热泵系统，并研制出原型机。对原型机作了全面试验研究，结 果表明。在一lO至一15。C的低温环境中，原型机仍具有较高的制热能力和供暖温度，能够满足华北及黄河流域 等寒冷地区冬季的采暖要求。 关键词：热泵涡旋压缩机节能 Abstract：An air—source heat pump cycle suitable for cold regions is presented and its prototype was developed．The heat pump prototype waft comprehensively experimented and the measured results demonstrate that the heat pump can realize high temperature water supply and high capacity even under the low ambient temperature of—IO。C一一15。C．The developed heat pump system can be used for heating in North China and the Yellow River basin． Key words：Heat pump，Scroll compressor，Energy—saving 0引言 20世纪90年代以来，空气源热泵机组在长江中下游、华南及西南等地(中国气候分区的Ⅲ和 Ⅳ区)得到广泛应用，应用效果良好【l’引。黄河流域、华北等寒冷地区(中国气候分区的Ⅱ区和I区 南部)一直是以燃煤、燃油作为冬季采暖的主要手段，但近年来对空气源热泵机组的需求十分迫 切，主要原因如下：(1)传统的燃煤、燃油采暖严重污染城市的环境；(2)供暖计量收费势在必行； (3)政府规定的供暖日之前有迫切的采暖需求；(4)有些新建筑无法使用集中供暖系统。由于寒 冷地区采暖季的气温较低，以北京为例，冬季最低气温可达到15℃13】，在这样的低温环境中，传统 空气源热泵的制热能力和可靠性都大大降低，难以满足寒冷冬季的采暖需求，为此开发适合低温 环境使用的寒冷地区用空气源热泵显得十分迫切。 ’为使热泵能在低温环境中高效、稳定、可靠地运行，国内外进行许多技术开发和改进。日本 有两则报道，其一是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14】，其二是采用变频系统，低温工况下让压缩机高速工作增加工质循环量，同时向压缩机工作 第一作者简介：马国远，男，38岁。博士，北京工业大学环境与能源工程学院教授。 129 2001中国家用电器技术大会论文集 腔喷液以防止其过热151；国内一些厂家曾介绍过装辅助电加热器来解决低温工况下制热量不足 问题。 作者对适合寒冷地区使用的热泵技术研究发现，采用涡旋压缩机“准二级”压缩系统可以明 显改善热泵的低温性能，以此基础研制出适合寒冷地区使用的空气源热泵原型机【酣。试验结果 表明，在一10。C至一15℃的低温环境中，该原型机仍具有较高的制热能力和供暖温度，能够满足 寒冷冬季的采暖要求。 1寒冷地区用空气源热泵的系统与特点 图1是适合寒冷地区使用的空气源热泵原型机的系统原理图。带有辅助进气口的涡旋压缩 机排出的高温、高压制冷剂气体，经水冷冷凝器将热量传递给水后变为液体，升温后的水可用于 采暖或作为生活热水。从冷凝器出来的高压制冷剂液体分为两路：主路为制冷回路，辅路为补气 回路。主路的制冷剂液体直接进人过冷器；辅路的制冷剂液体经电子膨胀阀降压后变为低压的 汽液混合物，也同时进入过冷器，二者在过冷器中产生热交换后，辅路的制冷剂变为气体后被压 缩机的辅助进气口吸入，主路的制冷剂变为过冷液体经膨胀阀降压后进入蒸发器。在蒸发器内， 主路的制冷剂吸收低温环境中(原型机用乙二醇水溶液模拟低温环境)的热量而变为低压气体被 压缩机吸气口吸入，主路和辅路的制冷剂在压缩机工作腔内混合，再进一步压缩后排出压缩机 外，从而构成了封闭的工作循环。 冷 凝 器 压缩机 图1 原型机的工作原理 蒸 发 器 与传统热泵机组相比，原型机工作系统有以下特点： 1)在冷凝器至压缩机之间并联有补