自然工質熱泵系統(tǒng)設計及性能分析.pdf

1、熱泵是一項高效節(jié)能技術，但由于其輸出溫度一般較低，限制了熱泵的應用范圍，因此開展中高溫熱泵技術的研究，提高輸出溫度，有助于擴大熱泵的應用范圍。并且由于目前熱泵的常用氟利昂工質易導致臭氧層破壞和溫室效應問題，急需尋求環(huán)境特性友好和循環(huán)性能高的中高溫熱泵工質。因此本文開展中高溫領域的自然工質熱泵系統(tǒng)設計及性能分析，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，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。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)熱泵在中高溫領域應用存在循環(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，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，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)不適用于高溫領域。
　　為使自然工質熱泵循環(huán)能有效應用于中高溫領域，并考慮到自然工質R290在工程中應用的實際效果，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)的二元復疊熱泵系統(tǒng)。對此復疊熱泵系統(tǒng)的計算結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)可高效應用于中高溫領域。為進一步提高該熱泵系統(tǒng)的循環(huán)性能，針對節(jié)流損失和復疊溫差問題，研究了膨脹機在雙級壓縮CO2跨臨界循環(huán)側和回熱器在單級壓縮R290循環(huán)側的應用。用膨脹機替代CO2側低壓級節(jié)流閥，在本文工況范圍內，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側加入回熱器