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1、技 术讲 座美国艾默生公司压缩机应用技术讲座第二十四讲 超低温数码涡旋热泵与传统热泵技术的比较(艾默生环境优化技术(苏州)有限公司,上海200010)1 传统的热泵技术在中国的应用小型分体式空调在中国已被广泛应用了10多年。在2003年,销售了2千万台小型分体空调和20万套多联机组。热泵系统占住宅空调的70%80%,具有节能、安装简单既能够制冷又能制热的特点。在中国,如何降低制热和制冷的能耗费用是最大的挑战,此费用包括初投资、运行费用以及环境保护费用。中国已经制定了分体式空调器的能效标准(GB-1202113)。单元式空调和冷水机组的能效标准正处于报批程序。这些标准将推动空调制造商生产和销售更
2、高效的产品,热泵技术将会被更广泛地应用。目前,常规热泵系统在环境温度0 以上时供热良好,但当环境温度低于0 时就需要额外的加热器帮助提供足够的热量,这样将降低效率。下面的图1给出了制热能力衰减因子随环境温度变化的情况。例如:当环境温度降到-5 时它的制热能力降到额定制热量的78%。图1 室内机组制热能力随环境温度变化的情况注:图表取自中国某先进空调制造商的工程手册2 超低温数码涡旋热泵技术超低温数码涡旋热泵工作原理超低温数码涡旋制热技术采用喷汽增焓数码涡旋压缩机。其在固定涡旋盘上设置第二个吸气口连接蒸汽喷射管。这样涡旋压缩机就具有2个吸气口吃1个排气口(强制喷汽涡旋压缩机的结构如图2所示)。图
3、2 喷汽增焓涡旋压缩机结构喷汽增焓涡旋压缩机的第二个吸气口将会帮助增加主循环的流量。借助于闪蒸罐,高压/高温的液体通过辅助电子膨胀阀膨胀后变为中压气体喷入第二个吸气口(见图3),这近似于低温气体两级压缩概念。同时,闪蒸罐里的液体焓值将会降到图4中所示的下一个循环的值。喷射蒸汽有助于增加主循环中的制冷剂流量,增加流经室外换热器的液体制冷剂焓差,从而增加制热量。图3 喷汽增焓制冷剂循环05制冷技术 2007年第4期图4 蒸汽喷射增焓的工作原理3 超低温数码涡旋热泵技术与其它热泵技术的对比311 超低温数码涡旋热泵与常规热泵的技术对比常规的热泵很难在-5 以下制热,超低温数码涡旋热泵采用强制喷汽增焓
4、技术显著增强主循环的流量,得到额外的734%的热量。从图5中的比较来看,超低温数码涡旋热磁系统与常规的数码涡旋热泵系统相比,制热量有显著增加,同时COP也有增加,更适用于低环境温度。图5 超低温数码涡旋热泵制热能力及COP增加的百分比(与常规数码涡旋热泵相比)超低温数码涡旋热泵空调系统不仅在-25 时能正常运行,而且COP还能达到2125而在其它低环境温度下,其COP达到了更高的水平。因此,与常规热泵相比,其节能性非常显著,详见表1。表1 超低温数码涡旋热泵与常规热泵的CO P对比环境温度常规热泵COP超低温数码涡旋热泵COPCOP增加百分比(%)021531353410-1021012193
5、4518-20116421555515-25超出运行范围2125-(注:COP数据摘自中国某空调制造商的测试数据)312 超低温数码涡旋热泵与变频热泵的技术对比通过对比超低温数码涡旋热泵技术和变频热泵技术,可以看出超低温数码涡旋热泵技术具有革命性,是一种全新的技术。超低温数码涡旋热泵技术依靠强制喷汽增焓达到在低环境温度下良好的制热能力,并且具有很高的可靠性。同时电子控制系统很简单,解决了变频系统影响其它电子设备的电磁干扰问题(见表2)。表2 超低温数码涡旋热泵与变频热泵的技术对比技术特性变频系统超低温数码涡旋强化制热能力模式提高压缩机转速喷汽增焓低温区制热效率降低较好可靠性被挑战有保证电磁干扰
6、(EM I)问题加剧没问题电子控制复杂简单31311 超低温数码涡旋热泵与直流变频热泵的性能对比-制热量我们将某空调制造商制热量为15kW的超低温数码涡旋热泵在实际项目测试中得到的数据与直流变频热泵进行了性能对比,如表3所示。与直流变频变容量热泵系统相比,超低温数码涡旋变容量热泵系统具有更好的制热性能。更特别的是,超低温数码涡旋热泵空调系统在环境温度低至-25 时仍能运行,并且能代替传统的城市集中热水供暖系统或小型锅炉系统在大部分中国北方地区进行采暖。表3 超低温数码涡旋热泵与直流变频热泵的制热量对比(15kW制热量系统)环境温度直流变频热泵制热量低温喷汽增焓热泵制热量制热量增加百分比(%)7
7、100100-083.498.815.5-575.091.017.6-1065.479.417.6-15591070191618-20超出工作范围6213-25超出工作范围5510(注:与国际某知名品牌的热泵机组满负荷制热量比较(直流变频8HPR22样本值)31312 超低温数码涡旋热泵与直流变频热泵的性能对比-满负荷COP从图6中可以看到,超低温数码涡旋热泵实测的满负荷的COP值高出相同工况下的变频热泵的技术手册值。同时可以看到,在超出变频热泵的运行范围内(低于-15),超低温数码涡旋热泵仍然能够运行,并具有很好的性能。152007年第4期 制冷技术图6 超低温数码涡旋热泵与直流变频热泵满负
8、荷时制热COP比较注:与国际某知名品牌的热泵机组满负荷COP比较(直流变频8HPR22样本值)4 超低温数码涡旋热泵技术的可靠性验证为了在实际项目中验证超低温数码涡旋热泵在低环境温度下的运行情况,我们特意委托国家空调设备质量监督检验中心为在北京某大厦里的一套复式结构的公寓做了系统的性能测试。该住宅面积约为300m2,机组采用超低温数码涡旋热泵技术,选用了2台室外机和12台室内机,系统的总装机制热量为标准制热工况下32kW。设备和室内温度测点见图7。图7-1 一层设备及温度测点布置图7-2 二层设备及温度测点布置 根据对该公寓的连续监测,得到各房间及室外的逐时温度。再根据下面的公式计算得到室内平
9、均温度-各房间实测温度按面积的加权平均值。tia=nj=1tr m,jAr m,jnj=1Ar m,j式中:tia 检测持续时间内建筑物室内平均温度()trm,j 检测持续时间内第j个温度计逐时检测值的算术平均值()Arm,j 第j个温度计所代表的采暖建筑面积(m2)j 室内温度测点的编号n 建筑物室内温度计的个数由此得到室内平均温度的测试值(如图8),可以看到在整个测试持续时间内,房间的平均温度在20 左右,达到了国家规范对于采暖的要求。通过对室内机送风温度的测试(二层3#房间L2R3_0测点),得到整个检测时期内,室内机的送风口最高温度达到了43104,其中环境温度为-918 当天的出风温
10、度最高为38187,达到了预期的要求,也保证了室内的温度(如图9)。图8 室内平均温度测试结果25制冷技术 2007年第4期图9 室内机送风温度测试结果国家空调设备质量监督检验中心又对机组进行了性能测试,以进一步验证超低温数码涡旋热泵技术在低环境温度下的应用(测试结果如表4),可以看出,该技术在低至-17环境温度下还能提供6313%的满负荷制热量,完全能达到在北方地区冬季供暖的需求。表4 制热量测试结果室外干球温度()制热量(W)制热量占额定制热量的%619916284100-11199111816817-15191108416616-171081032263135 结论利用喷汽增焓原理,在涡
11、旋压缩机中间压力腔增加补气口,使空气源热泵空调的冬季制热性能达到提升,可以有效的解决原来各种寒冷地区采暖方式的不足之处。通过实验表明:超低温数码涡旋热泵技术能够使空调在标准工况时大幅增加制热量,即使在-25 的室外环境下,能效比也能达到2125,远远高于国际和国内各项标准。根据2005年中国建设部对此款产品的评审意见,此款产品的技术达到了国际领先水平。超低温数码涡旋热泵技术不仅有强有力的理论基础,更有现场测试的有力证明,并且已经在部分项目中得到了成功应用。在国家日益提倡节能减排的大趋势下,如何在采暖技术的节能措施上获得突破,是极其关键的。而超低温数码涡旋热泵技术独具的节能和环保的特点,使其有非
12、常广泛的应用前景。(上接第41页)水砂层水流不会带来负面影响。第二种,“瓜子片”停留到井孔的封水层,即地下蓄水砂层的上层粘土层之间的位置,它可以阻止上冒的水中泥浆的通过,起到有效的阻碍作用,迫使泥浆在它们的空隙中滞留。长期滞留堵塞了回灌水流上冒流出地面井口的通道,久而久之阻止了回灌水流的上冒可能,也就阻止了井口的塌陷。3 结束语冬灌夏用深井因在削减夏季用电高峰期的供冷用电量方面,具有其它人工制冷设备所不可比拟的优势,而被供电容量趋于饱和的企业所优选。我公司现有该类深井5口,通常每年的回灌水总量为45万吨,其抽取水量在22万吨左右,其与离心式制冷机组的配合使用,使本公司在每年夏季得到足够的空调冷
13、量,使车间的操作工人能在舒适的环境下工作,使纺纱工艺生产得到正常运行,产品的产量与质量也得以保证。5口深井的冬灌夏用运行一切正常,其中寿命最长的8#深井,使用至今已有16年,但它依然保持冬季回灌水量24小时700吨和夏季抽取水量每小时58吨的状况。上述涉及到的回灌过程中出现的诸多问题,在8#深井中均有真实地反映,并通过上述四种方法又切实将其克服解决。总之,深井的正常运行,是本公司探索出一套回灌过程中行之有效的方法,并适时对其进行维修保养的结果。最近为避免城区地面沉降,上海市区有选择地开凿了十几口 300的回灌井。目的只是无限量地向地下蓄水砂层大量回灌水。而其构造和条件与冬灌夏用深井基本相同。在回灌过程中,也会发生与本公司深井回灌时所遇到的同样问题。若真如此,本文对其将有一定的借鉴作用,仅此为上海城区的地面沉降的克服,做一些有益的尝试。352007年第4期 制冷技术