混合工质变容量热泵系统的理论与实验研究

【摘要】：目前空气热源热泵系统通常通过压缩机的开停进行调节，在冬季较低环境温度下制热时因吸气压力过低，难以提供足够的供热量，从而影响室内环境的舒适性。尽管采用变频压缩机可以进行一定范围的系统制热量调节，但仍不能克服因吸气压力过低所带来的压缩比太高、制热量下降等诸多的问题。混合工质变容量热泵系统采用环境友好的混合工质，通过改变混合工质的成分，来达到调节热泵系统制冷量或制热量的目的，与其他常规的压缩机容量调节和节流元件开度调节等方式相比，混合工质变浓度容量调节附加能量损失少，压缩比小，并可以采用常规的定转速压缩机，具有很好的应用前景。本文从理论和实验两个方面对一种新型混合工质空气源热泵系统进行了研究，主要研究内容如下： 1．综述了混合工质变浓度容量调节系统的发展历史及国内外研究现状，从原理、结构上分析了国内外提出的各类混合工质变容量系统的特点，指出该类方法能被实际应用所需解决的关键问题，在传统的混合工质变浓度容量调节系统的基础上，提出了一种变浓度装置位于系统的低压侧，结构和控制都相对简单的新型变浓度容量调节系统。 2．结合热泵工作温度的范围，按照热力学性能、工质对相对挥发度特性、低温环境下增容能力强弱、环保、安全等方面的要求进行了变容量热泵二元工质对的筛选工作，获得了在理论上较为理想的两对工质对R32／R134a、R32／R227ea，最终采用了R32／R134a作为后续变浓度容量调节研究的循环工质。 3．开发了一套可用于空气源热泵系统性能模拟的软件。对常规定成分空气源热泵系统的冬季运行性能进行了稳态仿真计算，得到了系统主要性能参数随蒸发器进风温度，进水温度、进风风速、进水水量、过热度、相对湿度、蒸发器换热型式、不同节流型式的变化关系，并分析和比较了不同的结构参数对系统性能的影响，得出了提高混合工质系统性能的途径。 4．分析混合工质浓度改变对系统性能的影响，比较变容量系统与常规系统随环境温度变化的不同变化趋势，理论分析出能够进行R32／R134a变容量系统容量随环境温度变化而自行调节的状态量，为系统的自动控制提供理论依据。 5．设计并搭建了新型变浓度容量调节热泵系统实验台，研究了该系统以R32／R134a为工质时变浓度容量调节的实际运行效果，并与纯质R22和定成分混合工质常规热泵系统进行了比较。实验结果初步印证了理论模型的可靠性和该新 浙江大学博士学位论文 摘要 型变浓度容量调节系统的可行性，同时分析出系统设计及运行中存在的问题，为 系统以后进一步的改进指明了方向。 6.探讨了变浓度容量调节热泵系统的自动控制方式，为这一新型热泵系统走向 实用奠定了基础。 关键词:混合工质变浓度容量调节空气源热泵