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低温空气源CO_2热泵热水器系统特性研究

吕新刚  
【摘要】:当前环境问题日益突出,全球变暖和臭氧层破坏越来越引起人们关注,随着经济发展,人们对热舒适性要求越来越高。空气源热泵具有使用方便,安全环保和高效节能等优点,现已广泛应用于我国长江流域及其以南地区,但在我国北方寒冷地区推广却阻力重重,这是因为环境温度较低时,空气源热泵蒸发器侧效率较低,导致系统的制热能力和性能系数明显下降,同时伴有压缩机启动困难,排气温度过高等问题,蒸发器频繁结霜也将进一步降低系统性能。CO_2是一种不消耗臭氧层,且全球变暖指数很低(ODP=0,GWP=1)的天然制冷剂。构建双级压缩中间补气循环系统可以有效解决空气源热泵在低温工况下出现的上述问题,中间冷却器的补气循环也可提高蒸发器入口制冷剂的过冷度,增加系统低压侧换热量,同时可有效降低高压压缩机机吸气过热度,进一步提高系统COP。本文针对环境温度在-20℃,气冷器进、出水温度分别为5℃、65℃,进水流量70L/h,蒸发器送风速度3m/s的工况下,基于热力学第一定律及各部件之间的耦合性能建立双级压缩CO_2热泵热水器系统模型,并用所建立模型对研究环境温度、气冷器进水温度和进水流量对系统特性的影响,为系统的设计及优化提供依据。研究发现,环境温度为-20℃,气冷器进水温度5℃,进水流量70L/h,送风速度3m/s时,系统制热量为4.74kW,COP为2.23,出水温度为61.8℃。进水流量一定,进水温度低于10℃时,系统制热量和COP随进水温度增加变化不大,在进水温度高于10℃时呈明显减小趋势,出水温度随进水温度升高而升高,增长趋势随进水温度增加而变缓。进水温度恒定时,系统制热量和COP随进水流量增加而增加,基本呈线性变化,出水温度随进水流量增加而减小。


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