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双级压缩空气源热泵采暖系统实验研究

金旭  
【摘要】: 随着我国经济飞速发展、城市化进程不断加快,城镇住宅采暖能耗比重越来越大,影响着国民经济的正常运行和发展。寻求一种正确使用能源,保护生态环境,适应人民生活水平的采暖方式成为一项重要课题。空气源热泵系统作为一种高效、节能、环保的采暖方式,非常符合我国能源状况、气候特点和环境要求且易于实现分户计量,在我国长江以南地区大量应用。空气源热泵系统在低温环境运行时存在压比过大、制热效率低、压缩机排气温度高、制热量不足等问题,影响其应用范围。本文对利用双级压缩循环用于空气源热泵系统进行理论分析和实验研究,以其解决空气源热泵系统低温适应性问题。 本文通过对各种双级压缩循环形式比较分析,得出两级节流中间不完全冷却的双级压缩循环具有理论制热性能系数大,排气温度较低等优点,可作为一种比较理想的双级压缩循环方式应用于低温气候空气源热泵系统。通过对双级压缩系统变工况性能理论分析,得出双级压缩循环方式随蒸发温度的升高,补气量逐渐减少,补气增焓的效果逐渐减弱,在恒定高低压压缩机输气量系统中,蒸发温度10℃时,补气量几乎为零,已完全失去补气增焓效果;在高低压压缩机理论输气量恒定的双级压缩系统中,随着蒸发温度的升高,系统压缩机理论功率有升高的趋势,与高低压压缩机理论输气量可变的双级压缩系统变化趋势完全相反。 本文依据理论分析结果,设计选型、研制出低温气候空气源热泵采暖系统实验样机。该实验样机具有单双级两种循环运行模式,可以根据实际情况进行自动转换。通过对实验样机多工况实验测试,确定了本实验样机系统最佳工质充注量为4.5kg,-14℃以上工况节流机构采用热力膨胀阀与毛细管并联的节流方式和本实验样机单双级运行模式最佳转换温度为0℃。实验结果表明:在-20℃环境温度下,制取50℃采暖热水时,低温气候空气源热泵采暖系统实验样机制热量为4.65kW,制热性能系数为2.01,压缩机排气温度低于100℃。 本文利用DeST-h软件对大连某住宅原型进行了模型建立,并利用DeST-h软件提供的气象模拟数据对本建筑模型采用低温气候空气源热泵采暖系统进行了采暖季模拟计算,同时对该建筑模型采用不同采暖方式进行了经济运行分析。分析结果显示低温空气源热泵采暖系统采暖季平均制热性能系数为2.508,采暖单位平米运行费用为8.42元/m~2,是其他采暖形式运行费用的1/3~1/2。


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