CO2空气源热泵供暖系统性能分析
第４１卷第４期
２０２０年８月ＣＯ２空气源热泵供暖系统性能分析Ｖｏｌ.４１ꎬＮｏ.４Ａｕｇｕｓｔꎬ２０２０
文章编号:０２５３－４３３９(２０２０)０４－００３７－０８
ｄｏｉ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ ０２５３－４３３９ ２０２０ ０４ ０３７
ＣＯ２空气源热泵供暖系统性能分析
齐海峰㊀代宝民㊀刘圣春㊀张鹏㊀王嘉豪㊀漆乐
(天津商业大学天津市制冷技术重点实验室㊀天津㊀３００１３４)
摘㊀要㊀为解决常规ＣＯ２系统供暖效率低的问题ꎬ本文建立了常规ＣＯ２系统㊁Ｒ４１０Ａ喷气增焓系统㊁复叠系统㊁间接过冷ＣＯ２系统㊁直接过冷ＣＯ２系统的热力学模型ꎬ对采用不同供热末端的系统性能进行优化和分析ꎮ结果表明：当供/回水温度为６５ħ/４０ħ(供热末端为暖气片)㊁环境温度为－２０~２０ħ时ꎬ直接过冷系统的ＣＯＰ较常规ＣＯ２系统提升３.８％~２０.９％ꎮ直接过冷系统的ＣＯ２循环占主导地位ꎬ间接过冷系统在大多数工况下辅助系统对热水生产占主导ꎮ仅需通过为直接过冷系统配置相对较小的蒸气压缩制冷循环装置ꎬ即可实现系统效率的显著提升ꎮ对于不同的ＣＯ２热泵系统ꎬ环境
温度高于－１５ħ时ꎬ直接过冷系统火用效率均高于其它系统ꎬ较常规ＣＯ２系统火用效率提高１９.３％~２８.２％ꎻ环境温度低于－１５ħ时ꎬＣＯ２/Ｒ１２３４ｙｆ复叠系统的火用效率最高ꎮ
关键词㊀空气源热泵ꎻＣＯ２ꎻ复叠ꎻ间接过冷系统ꎻ直接过冷系统ꎻ喷气增焓
中图分类号:ＴＢ６１＋１ꎻＴＫ１７２ꎻＴＵ８３２文献标识码:Ａ
ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣＯ２Ａｉｒ￣ｓｏｕｒｃｅＨｅａｔＰｕｍｐＨｅａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
ＱｉＨａｉｆｅｎｇ㊀ＤａｉＢａｏｍｉｎ㊀ＬｉｕＳｈｅｎｇｃｈｕｎ㊀ＺｈａｎｇＰｅｎｇ㊀ＷａｎｇＪｉａｈａｏ㊀ＱｉＬｅ
(ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｏｍｍｅｒｃｅꎬＴｉａｎｊｉｎꎬ３００１３４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀ＴｈｅｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＣＯ２ｓｙｓｔｅｍｓｕｓｅｄｆｏｒｈｅａｔｉｎｇｉｓｌｏｗ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｃａｓｃａｄｅａｎｄｓｕｂｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｃａｎｂｅａ￣ｄｏｐｔｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣＯ２ｓｙｓｔｅｍｓ.Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙꎬｔｈｅ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀ａｉｒ￣ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐ(ＡＳＨＰ)ꎻＣＯ２ꎻｃａｓｃａｄｅꎻｉｎｄｉｒｅｃｔｄｅｄｉｃａｔｅｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｕｂｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎻｄｉｒｅｃｔｄｅｄｉｃａｔｅｄｍｅｃｈａｎｉ￣ｃａｌｓｕｂｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎻｖａｐｏｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
基金项目：国家自然科学基金(５１８０６１５１)资助项目ꎮ(ＴｈｅｐｒｏｊｅｃｔｗａｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.５１８０６１５１).)㊀㊀收稿日期:２０１９￣０５￣２０ꎻ修回日期:２０１９￣１０￣０７
㊀㊀采用空气源热泵进行供暖是解决北方冬季雾霾问题的重要途径ꎮ但目前市场上主流空气源热泵充注的制冷剂为Ｒ４１０Ａ等工质ꎬ考虑其较高的ＧＷＰ导致的温室效应显著ꎬ«蒙特利尔议定书»基加利修正案规定我国将在２０２４年冻结ＨＦＣｓ的生产和消费ꎬ并在２０４５年完成消减８０％ꎮ在这样的形势下ꎬ自然工质成为制冷空调行业研究的热点[１]ꎮ
在众多自然工质中ꎬＣＯ２因其无毒不可燃㊁安全环保等优势而最具代表性和竞争力ꎮ但其临界温度仅为３１ １ħꎬ临界压力却高达７ ３８ＭＰａꎬ供暖系统较高的回水温度导致节流损失巨大ꎬ系统能效较低ꎬ限制了其推广应用[２－３]ꎮ
为改善常规ＣＯ２热泵用于供暖的性能ꎬ学者们对不同改进的ＣＯ２热泵系统进行了研究ꎮＷｕＪｉａｎｇ￣ｈｏｎｇ等[４]研究了在不同气候条件下复叠热泵系统的瞬态和动态特性ꎮ结果表明ꎬ在低环境温度条件下ꎬ哈尔滨供暖时间
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