热泵压缩装置的研制与使用

　　空气源热泵热水机组吸收空气中的低位热能，通过热泵循环将低位热能转化为品位较高的热能，输出50 60 e的热水。空气源热泵热水机组因其具有高效节能、安装使用便捷、运行工况范围广、可一年四季使用等特点，在华南地区首先得到了推广使用，目前使用范围已推广到长江流域，并有向北推进的趋势。空气源热泵热水机组被认为是继电热水器、燃气热水器、太阳能热水器之后的第4代热水机组。在热泵热水机组的研究方面，对变频压缩机用于热泵热水机组的全年运行节能效果进行了分析，对CO 2热泵热水机组进行了研究，分析了太阳能辅助热泵热水机组的性能，利用计算机模拟的方法研究了热泵热水机组的瞬态热性能，对热泵热水机组的优化运行进行了研究。本文针对空气源热泵热水机组在使用中出现的问题，如怎样在环境温度变化大的情况下保证机组具有良好的可靠性、如何进一步提高机组的变工况运行效率、如何提高机组在低温条件下运行的制热能力等，对热泵热水机组在大范围变工况的条件下进行了详细的实验研究，掌握了机组运行特性随环境温度变化的规律，为空气源热泵热水机组的优化设计与高效、可靠地使用提供了有价值的参考。

　　2实验装置与实验样机211实验装置与测试精度空气源热泵热水机组的实验研究在所示的人工环境实验系统中进行，该系统由人工环境模拟间、水系统、测控及数据采集系统构成。空气处理机组中的表冷器与蒸发器、加湿器、电加热器分别起降温除湿、加湿、加热的作用， PID调节器根据采样装置采集的干、湿球温度对实验环境间的干、湿球温度进行精确控制，保证干球温度控制精度为110 e、湿球温度控制精度为015 e ，实验环境间的可调温度范围为- 15 55 e.恒温水箱的温度由风冷冷水机组、柜式风机盘管及加热装置的协同工作来达到设定要求，水系统可提供精确的进水条件和平衡被试机组产生的热量。通过对空气源热泵热水机组进出水温度及水流量的测量得到机组的制热量；通过功率计可测得被试机组的功率、电流、电压等电参数；系统的温度、压力、流量参数通过数据采集仪采集并输入计算机，计算机软件自动对数据进行处理，计算出测试条件下被试机组的制热量及性能系数。系统在稳定运行后进入数据采集阶段，每6 s采集1次数据，每5 min为1个数据采集段，取7个数据采集段的平均值为实验值。测试仪表量程及精度。

　　212实验机组工作原理及测点布置实验机组由压缩机、四通换向阀、冷凝器、干燥过滤器、节流元件、蒸发器、气液分离器等部件组成，机组通过蒸发器吸收空气中的低位热能，通过压缩机做功，将低位热能转化为温度较高的热能，以水为载体将能量输出。

　　为全面监测机组的运行状态，在机组的排气、出冷凝器、阀前、阀后和吸气位置分别布置了压力和温度测点。

　　6 3变工况实验结果与分析为全面反映空气源热泵热水机组在环境温度变化时的工作状况，在环境干球温度P湿球温度分别为40 e P3115 e、32 e P2317 e、21 e P1518 e、7 e P 6 e、2 e P- 017 e、- 7 e P- 818 e、- 10 e P - 1115 e和- 15 e P- 16 e的条件下进行实验，实验时设定出水温度为55 e ，水流量保持不变。为以环境温度21 e的参数为基准，制热量、输入功率和性能系数的相对值随环境温度的变化，吸气压力、排气压力随环境温度的变化，为吸气温度、排气温度随环境温度的变化，为过冷度及过热度随环境温度的变化。可看出机组制热能力随环境温度的降低而降低，当环境温度为- 15 e时，机组制热量只有环境温度为21 e时的22%，而此时的性能系数仅为环境温度为21 e时的27%，实际上已与直接用电加热相当。输入功率随环境温度变化小，是因为随着环境温度的下降，热泵系统压差加大，单位质量制冷剂耗能增大，同时制冷剂的质量流量也随系统压差的增大而降低，使得总耗功变化量小。为COP随环境温度的变化关系，当环境温度大于32 e后， COP的变化趋缓，当环境温度在32 e以下的区域， COP随环境温度降低而下降的趋势较大。

　　反映了热泵系统排气压力随环境温度升高有小幅上升，这与出水温度保持恒定相关，而环境温度的降低使得吸气压力有很大幅度的下降，机组吸排气压差的加大导致机组排气温度在环境温度低时明显上升，进而成为引起机组在低温下工作出现故障的主要原因，机组吸气温度随环境温度而降低主要由于吸气压力下降，导致其对应的饱和温度下降所致。反映的过冷度变化是因过冷段与低温空气进行热交换引起的，通常情况下，过冷度的增加对提高机组的运行特性有益，但若过冷度过大，将增加蒸发器的负荷，若匹配不当，还会出现吸气过热度小于压缩机的正常吸气过热度要求的情况。实验中，根据压缩机对*低吸气过热度的要求，当环境温度低于2 e时，机组的吸气过热度偏小，这将引起压缩机回气带液，对压缩机产生极为不利的影响；在环境温度较高时，吸气过热度因制冷剂与空气热交换而上升较快，而吸气过热度的上升将导致机组排气温度上升。

　　4压缩机运行状态分析的表示，图中点1 8依次表示压缩机在环境温度为40 e、32 e、21 e、7 e、2 e、- 7 e、- 10 e、- 15 e时的运行状态。根据以冷凝温度和蒸发温度对应表示的压缩机正常运行范围，环境温度在- 15 40 e的区间内，当环境温度高时（如40 e ） ，会出现压缩机蒸发温度超界的问题，这会增加压缩机的负荷，不利于压缩机稳定运行；当环境温度较低（如低于2 e ），会出现压缩机冷凝温度超界的问题，即为保证出水温度，必须有一定的冷凝温度，但当压缩机的蒸发温度降低到一定值后，压缩机运行时冷凝温度与蒸发温度的对应关系已超出了压缩机的设计要求，过大的冷凝温度与蒸发温度差将导致压缩机容积效率下降，排气温度上升等对压缩机正常工作及寿命产生不良影响的情况。环境温度在7 35 e偏低的范围内，压缩机可在其规定范围内运行，这是压缩机可靠工作的基本保证。

　　5结论空气源热泵热水机组变工况实验结果反映其节能效果是明显的，在华南地区及长江流域的大多数月份，使用空气源热泵热水机组有很好的节能效果，机组运行*适宜的环境温度范围在7 35 e左右，由于空气源热泵热水机组需在很大的温度范围内运行，为了既保证机组的运行效率又确保机组的可靠性，需重点解决以下问题：1）机组在32 e以上的环境温度条件下运行时，要注意系统的蒸发温度不宜超出压缩机允许的*高蒸发温度，否则易造成压缩机过载；当环境温度高时，机组的运行效率已很高，此时可采用变速风机，适当降低风量，以降低蒸发温度或通过节流机构控制蒸发温度的上升，这样虽牺牲了一定的运行效率，但保证了机组的安全运行；2）机组在低温条件下工作的主要问题是排气温度高，导致压缩机寿命减少和系统的排温保护，此时可采用喷液冷却等措施降低压缩机排温；3）机组在- 10 e以下的环境温度条件下运行时，效率已较低，引起机组的故障率会大幅增加，建议在该环境下，采用多热源形式或采用二级压缩的循环方式，即经济运行的模式，降低排气温度并提高机组制热能力；

　　4）机组在环境温度较低的条件下运行时，可适当对过冷度加以控制，并注意对吸气过热度的控制，保证机组有必要的吸气过热度；5）注意对出水温度的控制，不应单纯追求出水温度，在机组可承受的冷凝温度上限区域，出水温度的提高将对机组运行的可靠性产生不利影响。