理论教育 现有空气源热泵技术的局限及优化方向

现有空气源热泵技术的局限及优化方向

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:将双级压缩技术与变频技术相结合应用于空气源热泵中,可以在很大程度上缓解低环境温度下的热量供需矛盾,热泵的COP也有较大幅度的提升。双机双级压缩热泵系统是一种提高空气源热泵低温制热量和COP的良好解决方案,可以应用于寒冷地区。

现有空气源热泵技术的局限及优化方向

如1.2节所述,小型空气源热泵技术的研究和应用已取得了大量的技术成果,对推动空气源热泵技术的应用、节能减排和改善环境等方面起到了良好的作用。但在寒冷和严寒气候区域的应用中,这些技术仍然存在一些不足,主要体现在以下几个方面:

(1)采用变频单级压缩技术的空气源热泵,在室外环境温度较低的情况下,通过压缩机的高频运行可以获得较大的输气量,虽然可以在一定程度上缓解低温环境下热泵供热量下降与需求热负荷升高的矛盾,但仍然难以满足严寒和寒冷气候区域的使用需求。此外,虽然通过高频运行增大压缩机输气量可以提高制热量,但压缩机的压力比增大会导致COP降低,运行能耗增加,在室外低环境温度下制热不具备良好的运行经济性。因此,变频单级压缩空气源热泵适用的环境温度范围受到一定的限制。

另外,变频单级压缩空气源热泵系统在室外低环境温度下工作时,当冷凝温度较高(如在空气源热泵热水器中)时压缩机的排气温度明显升高,有可能导致润滑油劣化甚至碳化,电机绕组绝缘变差等问题。

(2)将双级压缩技术与变频技术相结合应用于空气源热泵中,可以在很大程度上缓解低环境温度下的热量供需矛盾,热泵的COP也有较大幅度的提升。但是,由于带中间补气口的普通单机双级滚动转子式制冷压缩机其高、低压级气缸的容积比为设计工况下最优COP对应的最优值,即容积比是固定的,导致可在宽温度范围内运行的双级压缩空气源热泵,因此在大部分工况条件下的COP并不能达到最优。(www.daowen.com)

(3)准二级压缩热泵系统具有结构简单,占地少,安装方便,低温适应性好,能耗低,不存在回油不均问题,可以方便切换成普通单级压缩循环等优点,是较为经济而有效的空气源热泵制热性能改善措施之一。但准二级压缩机的补气量小于双级压缩技术,在室外低温环境下,制热量的提升幅度与双级压缩技术相差较大。另外,准二级压缩仍为单级压缩,不能解决室外低温环境下压缩机压力比增大导致COP下降的问题。

(4)双机双级压缩热泵系统是一种提高空气源热泵低温制热量和COP的良好解决方案,可以应用于寒冷地区。但该系统存在结构复杂,控制难度大,制造成本高,难以在小型空气源热泵中应用等问题。同时,还存在高、低压级压缩机回油不均的问题,需要有良好的回油控制措施,否则容易造成低压级压缩机因缺油而磨损甚至烧毁。

(5)双级耦合热泵系统与复叠热泵系统可用于寒冷地区,具有良好的制热性能,但系统结构复杂,体积大,成本相对较高,在小型空气源热泵中难以大规模推广应用。

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