1、文章编号： （） 倡准二级压缩空气源热泵热水机的技术分析张勇， 杨雪， 吴昌顺（珠海格力电器股份有限公司， 珠海， ）摘要文章对常规和过冷器准二级压缩的空气源热泵热水系统进行简要性能分析， 通过实际测试不同工况下各性能参数随进水温度的变化规律， 寻找过冷器准二级压缩空气源热泵热水机各工况点的最佳补气压力。 结果表明， 相对于常规空气源热泵热水系统， 过冷器准二级压缩的空气源热泵热水系统可显著提高制热量及性能系数、 降低排气温度、 拓宽运行范围， 可为过冷器准二级压缩热泵系统用于空气源热泵热水机的设计和应用提供参考。关键词空气源热泵； 准二级压缩； 中间补气； 经济器； 热水机中图分类号畅 文献
2、标示码： 畅 畅 畅 畅 畅 畅 Technical analysis of quasi two stage compress on air source heat pump water heater （ ， 畅 ， ， ）Abstract： 畅 ， - ， ， - 畅 ， ， ， - ， 畅Keywords： ； ； ； ； 前言伴随着全球经济的快速发展， 使工业生产和能源消耗而产生的全球性恶劣气候环境问题日趋严峻， 如温室效应、 酸雨、 大气污染等， 迫使对高效、 洁净能源领域的探索上升到前所未有的高度， 同时人们对居住环境及冷、 热舒适度的关注程度和要求也在日益提高。空气源热泵热水机作为
3、一种新型热水产品，以其节能、 环保、 健康、 可持续大量供应生活热水等独特优势， 迎合新时代人民及国家政策发展的需求， 已逐渐被人们所青睐。而传统的空气源热泵热水机应用于长江流域、 华北等寒冷地区时制热量衰减严重、 高压缩比、 高排气温度、 低性能系数 值等问题， 极大的抑制了可使用性，。 针对此类情况， 相关45REFRIGERATION ， ， （ ）倡收稿日期： 作者简介： 张勇 （ ）， 男， 研究方向： 热能与动力工程。 ： 畅 研究人员提出了最为经济有效的技术方案， 即带经济器的准二级压缩热泵系统， 而经济器又分为闪发器和过冷器两种。 实验研究表明过冷器准二级热泵系统可在 低温环境
4、下可靠稳定运行， 补气可以增加制热量和压缩机功率， 而制热量的增加速度较快， 进而提高了制热性能系数，而且还明显降低了排气温度。鉴于常规空气源热泵热水机产品低温工况下的运行限制， 本文研究了过冷器准二级压缩系统在空气源热泵热水机产品上的应用， 并与常规热泵热水机进行对比实验研究， 可为带过冷器准二级压缩热泵系统用于空气源热泵热水机的设计和应用提供参考。试验研究1畅 1试验样机系统图 所示为常规空气源热泵热水系统及 图， 图 所示为准二级压缩空气源热泵热水系统及 图。 两系统均采用同一款压缩机 带中间补气的涡旋压缩机， 其中常规空气源热泵热水机不使用补气口。 该压缩机的主要技术参数： 制冷剂 ，
5、 额定制热量 畅 ， 额定功率 畅 ， 吸 气 容 积 畅 ， 额 定 转 速 ， 额定电流 畅 。 常规热水系统主节流阀采用电子膨胀阀； 准二级压缩热水系统主节流阀采用热力膨胀阀， 只按静态过热度进行调节。由以上两系统可看出， 与常规空气源热泵热水系统相比， 准二级压缩热水系统增加了补气支路， 制冷剂经过冷凝之后， 分为两路， 主路为常规热泵回路， 辅路通过节流后形成中间压力的气液混合状态。 两路同时进入过冷器进行热交换，主路制冷剂过冷后经膨胀阀节流后进入蒸发器吸热， 辅路制冷剂通过热交换形成蒸汽进入压缩机补气口。 通过中间压力吸气口吸入一部分中间压力的气体， 与经过部分压缩的冷媒混合再压缩
6、，实现以单台压缩机实现准两级压缩， 增加了冷凝器中的制冷剂流量， 加大了主循环回路的焓差，从而大大提高了压缩机的效率及可靠性。1畅 2测试内容为全面的分析过冷器准二级压缩在空气源热泵热水机上的应用情况， 特分别对不同进水温度图 常规空气源热泵热水系统及 图下的空气源热泵热水机标准工况、 最小运行及低温工况进行对比测试。主要测试的数据包括制热量、 功率、 、排气温度、 补气压力、 排气压力、 蒸发压力等。理论分析2畅 1常规空气源热泵热水系统理论分析主要性能指标：制热量： Qcm（hh）压缩做功： Wcm（hh）性能系数： COPcQcWc2畅 2准二级压缩空气源热泵热水系统理论分析准二级压缩热
7、水系统的压缩过程大致分为三个部分： 预压缩过程、 中间补气过程、 补气后压缩过程。确定相对补气量： i m ；确定各状态点的焓值：hhw h（ hhw ） （ ）55 年 月第 卷第 期（总 期）制冷图 准二级压缩空气源热泵热水系统及 图hhw h（ ）h h主要性能指标：制热量： Qb（m i）（hh）压缩做功：（ ） （） （） 性能系数： COPbQbWb实验结果分析基于上述吸气容积 畅 的压缩机补气增焓系统， 按照循环式空气源热泵热水机 温差进行测试， 得出在不同环境温度、 进水温度下对应的制热量、 功率、 性能系数、 排气、 压力等曲线。从图 中曲线可以看出， 不同环境温度下常规热水
8、机和准二级压缩热水机呈现两种完全不同的趋势。 常规热水机制热量随着进水温度的升高图 制热量随进水温度变化图 功率随进水温度变化呈线性下降的趋势； 准二级压缩热水机制热量随着进水温度的升高呈线性上升的趋势， 并且进水温度越高制热量越高， 高进水温度时上升比较缓慢。 这是因为准二级压缩系统中， 两部分热量的增加， 一部分来自于补气路冷媒量致使压缩机功率的提高， 另一部分来自于主路的过冷度增大，使从环境中吸收的热量提高， 保证了随着进水温度的升高制热量趋于平稳略带上升。从图 中曲线可以看出， 随着进水温度的升高， 常规热水机和准二级压缩热水机的功率均呈现加速上升的趋势， 而准二级压缩热水机功率上升的
9、速度较普通热水机更快。 在进水温度低于65REFRIGERATION ， ， （ ）之前， 常规热水机较准二级压缩热水机的功率更高； 进水温度高于 之后， 准二级压缩热水机较常规热水机功率更高。 这里有三方面的原因， 其一， 随着进水温度的升高， 冷凝温度逐渐升高， 使压缩机功率不断升高； 其二， 由于常规热水机主节流阀采用电子膨胀阀， 在低进水温度时其冷媒循环量较准二级压缩系统更多， 同时准二级压缩系统低进水温度时补气量非常小， 致使常规热水机功率会稍高于准二级压缩热水机； 其三， 随着进水温度的升高， 准二级压缩热水机补气量的增量将大幅上升， 直接导致高进水温度时准二级压缩系统功率高于常规
10、热水机。图 随进水温度变化从图 中曲线可以看出， 随着进水温度的升高， 两系统均呈现线性下降的趋势， 而准二级压缩热水机的 均高于常规热水机， 并且随着环境温度的下降其 值差值更大。 这主要是因为准二级压缩热水机制热量的增加比高于功率的增加比， 并且低温工况下制热量的增加比更多。 另外， 在环境 低水温时， 常规热水机的 高于准二级压缩热水机， 主要是因为常规热水机采用电子膨胀阀的控制， 在低水温时其冷媒循环量更大， 制热量的增幅更大。从图 中曲线可以看出， 随着进水温度的升高， 排气温度呈现上升的趋势， 且常规热水机的排气温度高于准二级压缩热水机， 环境温度越低， 两系统的排气温度差值越大；
11、 在进水温度图 排气温度随进水温度的变化图 准二级压缩系统压力随进水温度变化以上时， 常规热水机的排气温度随环境温度的降低而增大， 但是准二级压缩热水机的排气温度随环境温度的降低而减小。 这是因为低温环境下的相对补气量提高， 使得补气与预压缩气体混合之后温度更低， 排气温度降低更加明显。从图 中曲线可以看出， 随着进水温度的升高， 排气压力呈现快速上升的趋势， 且随环境温度降低而稍有下降， 但下降绝对值甚微； 随着进水温度的升高， 补气压力同样呈现上升的趋势，且随环境温度降低而减小， 对于空气源热泵热水机来说， 最佳补气压力表面上看并不会局限于某75 年 月第 卷第 期（总 期）制冷一个值或某
12、一个范围， 但是在冷凝压力、 蒸发压力一定时其最佳值却是相对固定的； 随着进水温度的升高， 吸气压力平缓上升， 即蒸发温度略有上升， 但差值不大。 另外， 随着环境温度的降低， 其补气压力与吸气压力的比值呈现增大的趋势， 即随着环境温度的降低， 其相对补气量增大， 这也是准二级压缩系统的关键指标。结论（） 准二级压缩热水系统制热量及功率均高于常规热水系统， 但是准二级压缩热水机系统的制热量增幅比高于其功率增幅比， 致使其 值高于常规热水机， 这点在低温环境下更加明显。（） 准二级压缩热水系统排气温度低于常规热水系统， 且环境温度越低， 两系统的排气温度差值越大， 低环境温度、 高进水温度时，
13、准二级压缩热水系统更加稳定可靠。（） 随着进水温度的升高， 补气压力呈现加速上升的趋势。 同时随着环境温度的降低， 其补气压力减小， 但是相对补气量却增大， 是准二级压缩热水机系统低温环境下的制热量及 的增加的直接原因。 在冷凝压力和蒸发压力一定时，其最佳补气压力在空气源热泵热水机上仍具有特定的值或者范围。参考文献： ， ， 柴沁虎， 马国远空气源热泵低温适应性研究的现状及进展 能源工程， （）： 俞丽华， 马国远， 徐荣保低温空气源热泵的现状与发展 建筑节能， （）： 马国远， 彦启森涡旋压缩机经济器系统的试验研究制冷学报， ， （）： 谭希， 舒水明， 丁国忠， 等带中间补气涡旋式压缩机的热泵循环性能研究 制冷与空调（）： 85REFRIGERATION ， ， （ ）
