自然工質(zhì)熱泵系統(tǒng)設(shè)計及性能分析.pdf

1、熱泵是一項高效節(jié)能技術(shù)，但由于其輸出溫度一般較低，限制了熱泵的應(yīng)用范圍，因此開展中高溫?zé)岜眉夹g(shù)的研究，提高輸出溫度，有助于擴大熱泵的應(yīng)用范圍。并且由于目前熱泵的常用氟利昂工質(zhì)易導(dǎo)致臭氧層破壞和溫室效應(yīng)問題，急需尋求環(huán)境特性友好和循環(huán)性能高的中高溫?zé)岜霉べ|(zhì)。因此本文開展中高溫領(lǐng)域的自然工質(zhì)熱泵系統(tǒng)設(shè)計及性能分析，對于提高能源利用效率和保護環(huán)境具有重要意義。
　　作為一種自然工質(zhì)，CO2由于良好的循環(huán)特性和環(huán)保特性，成為目前熱門的替代

2、工質(zhì)。并且由于CO2的臨界溫度較低，因此在CO2循環(huán)中通常采用跨臨界循環(huán)。對單級壓縮CO2跨臨界循環(huán)熱泵的供熱量、性能系數(shù)、壓縮機排氣和運行壓力的理論分析及調(diào)節(jié)特性和循環(huán)性能的實驗研究表明：單級壓縮CO2跨臨界循環(huán)熱泵在中高溫領(lǐng)域應(yīng)用存在循環(huán)性能系數(shù)較低、壓縮機排氣超溫危險和系統(tǒng)運行壓力過高等問題。
　　為解決以上問題，開展雙級壓縮CO2跨臨界循環(huán)熱泵的研究。以中間完全冷卻雙級壓縮CO2跨臨界循環(huán)熱泵為例，通過計算分析發(fā)現(xiàn)，雙級壓

3、縮和單級壓縮同樣存在使循環(huán)性能系數(shù)最大的最優(yōu)壓力。雙級壓縮有效提高了循環(huán)的性能系數(shù)，在本文工況范圍內(nèi)，性能系數(shù)提高23％-40%，有效降低了壓縮機運行壓力比，并解決了單級壓縮循環(huán)存在的排氣超溫危險問題，在本文工況范圍內(nèi)，排氣溫度最高不到83℃。但同時也限制了熱泵系統(tǒng)的輸出溫度，使系統(tǒng)不適用于高溫領(lǐng)域。
　　為使自然工質(zhì)熱泵循環(huán)能有效應(yīng)用于中高溫領(lǐng)域，并考慮到自然工質(zhì)R290在工程中應(yīng)用的實際效果，本文提出一種雙級壓縮CO2跨臨界循

4、環(huán)和單級壓縮R290循環(huán)的二元復(fù)疊熱泵系統(tǒng)。對此復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的計算結(jié)果表明其輸出溫度在該熱泵系統(tǒng)中經(jīng)過兩次加熱后得到梯級升溫，系統(tǒng)可高效應(yīng)用于中高溫領(lǐng)域。為進一步提高該熱泵系統(tǒng)的循環(huán)性能，針對節(jié)流損失和復(fù)疊溫差問題，研究了膨脹機在雙級壓縮CO2跨臨界循環(huán)側(cè)和回?zé)崞髟趩渭墘嚎sR290循環(huán)側(cè)的應(yīng)用。用膨脹機替代CO2側(cè)低壓級節(jié)流閥，在本文工況范圍內(nèi)，性能系數(shù)增大8.6%-12.5%，膨脹回收功最高占總耗功的6.5%，僅在R290側(cè)加入回?zé)崞?/p>