CO_2熱泵系統(tǒng)及其應(yīng)用前景

1、第 2 卷 第 2 期制冷與空調(diào)Vol . 2 ,No . 22 0 0 2 年 4 月R EFR I GERA T ION AND A IR - COND I T ION IN GAp ril 2002CO2 熱泵系統(tǒng)及其應(yīng)用前景范曉偉(中原工學(xué)院)摘 要 綠色環(huán)保天然工質(zhì)二氧化碳以其優(yōu)良的熱物性成為熱泵系統(tǒng)中合成工質(zhì)最有潛力的替代物之一。近年來 ,美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)對(duì)二氧化碳熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究。本文著重介紹CO2 熱泵系統(tǒng)的原理、它的應(yīng)用前景和近幾年的開發(fā)研制狀況。關(guān)鍵詞二氧化碳 熱泵 CO PCO2 HEAT PUMP SYSTEM AND ITS APPL ICATI

2、O NFAN Xiaowei( Energy and Enviro nmental Engineering Research Center , Zho ngyuan Instit ute ofTechnology , Zhengzho u , 450007 China)ABSTRACT As a kind of nat ural fluid , carbo n dio xide is an at t ractive alternative to t he syn t hetic fluids in heat p ump systems due to it s enviro nmental be

3、nign and goo d t hermal p roperties. Recently t he extensive research and develop ment wo rk o n CO2 heat p ump technology has beenf ulfilled in so medeveloped such as U SA , Europe and J apan.This paper focuses o n p resentingp rincipal of COheat p ump system , it s applicatio n and t he state of a

4、rt abo ut it s develop ment .KEY WO RDS2Carbo n dio xide , Heat p ump , CO P2引言二氧化碳是地球生物圈的組成物質(zhì)之一 ,它無毒、不可燃 ,消耗臭氧潛能值 OD P (Ozo ne Depletio n potential) 為零 , 全球變暖潛能值 GWP ( Glo bal Warming Potential) 為 1 。除了環(huán)境方面的友好性外 ,CO2 還具有優(yōu)良的熱物性質(zhì)。如: CO2 的容積制冷量是 HCFC22 的5 倍 ,高的容積制冷量使設(shè)備更緊湊;高的流體密度使壓縮機(jī)進(jìn)一步小型化 ,連接管道變細(xì);它的粘度

5、較低 ,在 - 40 下二氧化碳液體粘度是 5 水的粘度的八分之一 ,即便在相對(duì)較低的流速下也可以產(chǎn)生湍流流動(dòng) ,有很好的傳熱性能; 采用 CO2 后 ,循環(huán)系統(tǒng)具有較小的壓力比 ,可以提高壓縮機(jī)絕熱效率;同時(shí) ,系統(tǒng)的壓力高 ,在管道及換熱器中相對(duì)低的壓降值使得壓差影響變小?；?CO2 用作工質(zhì)的這些優(yōu)點(diǎn) ,近年來美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的研究者們不斷嘗試將 CO2 應(yīng)用于各種可能的制冷、空調(diào)和熱泵系統(tǒng)。本文將主要對(duì)二氧化碳熱泵系統(tǒng)的原理、它的應(yīng)用前景和目前的開發(fā)研制情況作一系統(tǒng)的介紹。1 CO2 熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介對(duì) CO2 熱泵系統(tǒng)而言 ,首要的問題是確定應(yīng)該采用什么樣的循環(huán)。單從熱

6、物性方面講 ,CO2 與常規(guī)工質(zhì)相比有較大差異 ,它的臨界溫度較低 ,僅為 31 . 1 。換句話說 ,只有當(dāng)冷凝溫度低于 30 時(shí) CO2 才可能采用與常規(guī)工質(zhì)相似的亞臨界循環(huán)。實(shí)際的熱泵運(yùn)行參數(shù)處于這個(gè)限定條件內(nèi)的可能性比較小 ,而且冷凝器換熱過程中的“收縮點(diǎn)( Pinch poihnt) 溫度對(duì)加熱過程的溫度分布也有一定的限制。當(dāng)熱匯( heat sink) 平均溫度超過 30時(shí) ,CO2 熱泵系統(tǒng)只能采用跨臨界循環(huán)。該循環(huán)的特點(diǎn)是蒸發(fā)吸熱過程發(fā)生在亞臨界區(qū) ,而放熱過程發(fā)生在超臨界區(qū)。采用跨臨界循環(huán)的 CO2 熱泵系統(tǒng)與常規(guī)工質(zhì)的熱泵系統(tǒng)相比有那些優(yōu)缺點(diǎn)是我們最關(guān)心的問題 ,并將決定那

7、些熱泵裝置適合使用CO2 工質(zhì) 。為便于比較 , 圖1 和圖2 分別表示出2制 冷 與 空 調(diào)第 2 卷圖 1CO2 跨臨界循環(huán)圖 2 HFC134a 循環(huán)CO2 跨臨界循環(huán)和 HFC134a 的循環(huán)?？梢钥闯?CO2 跨臨界循環(huán)具有以下幾個(gè)明顯特點(diǎn): 放熱過程中工質(zhì)和熱匯( 水或空氣) 之間的溫度分布曲線更加接近 ,溫差不可逆損失減小 , 這有利于提高循環(huán)系統(tǒng)的 CO P ; 壓縮機(jī)壓比減小 ( HFC134a 為5 . 7 ,CO2 為2 . 6) ,有利于提高壓縮機(jī)的絕熱效率 ,進(jìn)而提高循環(huán)的 CO P ; 系統(tǒng)的運(yùn)行壓力高 ,這對(duì)系統(tǒng)的材料強(qiáng)度、密封和管道連接等方面的要求更苛刻。CO2

8、 熱泵系統(tǒng)的基本組成與常規(guī)工質(zhì)的熱泵系統(tǒng)沒有什么大的區(qū)別 ,主要有四個(gè)部分即: 壓縮機(jī)、冷凝器/ 氣體冷卻器、蒸發(fā)器和節(jié)流裝置。此外 ,有的熱泵裝置還設(shè)有回?zé)崞?、油分離器和汽液分離器以及其它一些輔助部分 ,如: 控制系統(tǒng)高壓側(cè)壓力的自動(dòng)控制裝置和為了系統(tǒng)的安全增設(shè)的安全閥件等。2 研制開發(fā)的 CO2 熱泵裝置那些熱泵裝置可以采用 CO2 ,許多研究者從理論上做了大量的研究工作 ,有的研究單位還建造了一些試驗(yàn)樣機(jī) ,并對(duì)其有關(guān)性能進(jìn)行了測(cè)試。目前看來 ,CO2 熱泵熱水器、熱泵烘干機(jī)和除濕機(jī)有較好的開發(fā)前景。2. 1熱泵熱水器在發(fā)達(dá)國家和地區(qū) ,熱水供應(yīng)十分普遍 ,而且 24 小時(shí)不間斷。家用熱

9、水器一般是將溫度為 6 -14 的地下水加熱到 60 左右(注: 各個(gè)國家和地區(qū)要求的溫度標(biāo)準(zhǔn)不同 ,如: 歐洲為 60 ,日本為 65 ) ,而工業(yè)用熱水器則要求加熱到 90 左右。CO2 熱泵熱水器是目前公認(rèn)的各方面優(yōu)于常規(guī)工質(zhì)的熱泵熱水裝置 ,也是世界各國研究開發(fā)較多的裝置。與常規(guī)工質(zhì)的亞臨界循環(huán)相比 CO2 熱泵熱水器無論從能效方面還是從環(huán)境保護(hù)方面均有明顯優(yōu)勢(shì)。從熱力學(xué)角度看 ,由于采用了跨臨界循環(huán) ,一方面降低了傳熱溫差 ,另一方面可以使熱水的出口溫度達(dá)到常規(guī)工質(zhì)難以實(shí)現(xiàn)的 90 高溫 ,即便在冬季室外空氣溫度較低的環(huán)境條件下系統(tǒng)也可以有效運(yùn)行。理論分析計(jì)算和對(duì)所開發(fā)的樣機(jī)測(cè)試結(jié)果

10、均證明了這一點(diǎn)。奧地利的 Rieber2er 通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的模擬計(jì)算結(jié)果表明: 將 10 的水加熱到 60 時(shí) ,CO2 熱泵熱水器的 CO P 值為 4 . 6 , 比 HFC134a 熱水器高出 15 % 1 。挪威的Neks等人對(duì)所造的樣機(jī)的性能測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步證明了 CO2 熱泵熱水器在 0 的蒸發(fā)溫度下 ,水從 9 加熱到 60 時(shí)熱水器樣機(jī)的 CO P 值為4 . 3 ;并且可以提供 90 的熱水; 與電加熱熱水器和天然氣加熱器相比能耗降低 75 % 2 ,3 ,4 。日本的 Saikawa 等人對(duì)改進(jìn)的 CO2 熱泵熱水器測(cè)試結(jié)果證明它的年平均 CO P 值可以達(dá)到 3 , 即使

11、在寒冷地區(qū) - 20 的環(huán)境溫度下仍可以提供 90 熱水 5 。日本的另一個(gè)研究組對(duì)他們所建造的 CO2熱泵熱水器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明:提供 65 熱水時(shí) ,系統(tǒng)的年平均 CO P 值為3 . 53 ;提供 90 熱水時(shí) ,年平均 CO P 為 2 . 72 ;與熱水鍋爐相比 CO2 熱水器可減少約 40 %的 CO2 的排放量 6 。HCFC22 是目前熱泵熱水器中主要使用的工質(zhì)。從技術(shù)上講 , CO2 用于熱水器替代 HCFC22比較成熟。在歐洲和日本 ,新的 CO2 系統(tǒng)已經(jīng)開始計(jì)劃步入商業(yè)生產(chǎn)階段。我國的熱水使用與發(fā)第 2 期范曉偉 : CO2熱泵系統(tǒng)及其應(yīng)用前景3 達(dá)國家相比尚還有較大差距

12、,隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展 ,家家戶戶用上熱水也很快成為現(xiàn)實(shí) ,熱泵熱水器的市場(chǎng)潛力較大。2. 2熱泵烘干機(jī)和除濕機(jī)烘干機(jī)和除濕機(jī)是應(yīng)用熱泵系統(tǒng)的理想裝置。濕空氣在蒸發(fā)器中被冷卻到露點(diǎn)溫度以下 ,析出水份。然后 ,被冷卻的空氣再進(jìn)入冷凝器中加熱后排出。德國的 Schmidt 和 Klcker 等人針對(duì)洗衣店中常用的烘干機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作 7 ,8 ,9 。他們發(fā)現(xiàn)熱泵烘干機(jī)中使用 CO2 工質(zhì)在能效和除濕能力方面均優(yōu)于其它工質(zhì)。理論分析表明 CO2 系統(tǒng)比 HFC134a 系統(tǒng)的 CO P 值高7 %左右。通過對(duì)所建造的試驗(yàn)裝置的測(cè)試結(jié)果表明 ,CO2 烘干機(jī)的 CO P 值可達(dá)到

13、 6 . 5 。家用或商業(yè)用熱泵烘干機(jī)與直接加熱式烘干裝置相比約有65 %的節(jié)能潛力。2. 3熱泵空調(diào)機(jī)組(1) 水加熱機(jī)組在這類裝置中 ,水經(jīng)過冷凝器或氣體冷卻器加熱后直接進(jìn)入供暖系統(tǒng)。因各個(gè)國家和地區(qū)所實(shí)行的標(biāo)準(zhǔn)不同 ,所研究開發(fā)的 CO2 熱泵空調(diào)機(jī)組中供、回水溫度有多個(gè)溫度水平 ,如 90/ 70 ,55/45 和 35/ 30 1 ;90/ 70 ,70/ 50 ,50/ 40 和 35/ 30 10 。環(huán)境溫度在 - 12 到 12 條件下 ,當(dāng)供、回水溫度為 90/ 70 時(shí) ,熱泵機(jī)組的最優(yōu) CO P值分別為 1 . 8 和 3 . 5 ; 供、回水溫度為 55/ 45 時(shí) C

14、O P 值則分別為 2 . 4 和 4 . 4 ,35/ 30 時(shí) CO P 則分別為 3 . 5 和 4 . 9 。單從能效方面看 , CO2 在這類系統(tǒng)中并不比其它替代工質(zhì) ( 如 HC290) 有優(yōu)勢(shì) 1 。 Brandes 分析計(jì)算和對(duì)所建造的機(jī)組樣機(jī)測(cè)試證實(shí)了采用 93/ 40 的加熱曲線時(shí)系統(tǒng)的 CO P 值高于70/ 50 時(shí)系統(tǒng)的 CO P 值 ,前者的季節(jié)性能系數(shù) SPF ( seaso nal perfo rmance facto r ) 高出后者14 % 9 。值得一提的是 ,在我國的天津大學(xué) 12 對(duì)水加熱機(jī)組也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。(2) 空氣加熱機(jī)組熱泵空調(diào)機(jī)組進(jìn)口空氣溫

15、度等于房間回風(fēng)的溫度 ,如居室和辦公室內(nèi)的空氣溫度在 19 - 21 ,工業(yè)企業(yè)要求在 15 - 18 ,而加熱器出口的空氣溫度分別要求達(dá)到 45 和 65 。該類機(jī)組比水加熱機(jī)組的效率低。Richter 等人對(duì)家用熱泵空調(diào)裝置的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)室外溫度較高時(shí) CO2 熱泵的供熱系數(shù) HPF ( Heat perfo rmance facto r ) 稍低于R410A 熱泵 ,而當(dāng)室外溫度較低時(shí)兩者相當(dāng) 11 。3 開發(fā) CO2 熱泵裝置應(yīng)注意的幾個(gè)問題3. 1正確看待 CO2 工質(zhì)應(yīng)該明確任何一種工質(zhì)都有其優(yōu)缺點(diǎn) ,不可能十全十美 ,CO2 也不例外。從制冷工質(zhì)的使用歷史看 CO2 曾有過輝煌

16、的時(shí)期。在 1900 年和 1930 年間 ,發(fā)達(dá)國家的歌劇院、飯店和醫(yī)院中普遍采用CO2 空調(diào)制冷設(shè)備。1930 年世界上開發(fā)出合成工質(zhì)氟里昂后 ,便開始逐步淘汰二氧化碳制冷空調(diào)設(shè)備。1955 年世界上最后一臺(tái) CO2 制冷設(shè)備停止使用。究其原因主要是 CO2 系統(tǒng)的能源效率低于氟里昂類工質(zhì)系統(tǒng)。隨著人們對(duì)環(huán)境問題的日益重視和有關(guān)氟里昂類物質(zhì)對(duì)環(huán)境破環(huán)作用方面了解的深入 ,天然工質(zhì) CO2 再次受到了重視。CO2 在環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)是其它常規(guī)工質(zhì)所無法比擬的 ,但是基于能效方面的改進(jìn)仍有大量研究工作需要深入 ,這將直接影響著未來 CO2 熱泵裝置的市場(chǎng)。開發(fā) CO2 熱泵裝置必須強(qiáng)調(diào)在其運(yùn)行工

17、況條件下是否具有可接受的循環(huán)性能系數(shù) CO P 值。不要盲目跟進(jìn) ,出現(xiàn)顧此失彼問題。目前看來 , CO2 熱泵熱水器、熱泵烘干機(jī)和除濕機(jī)有較好的開發(fā)前景。3. 2關(guān)鍵設(shè)備和部件的開發(fā)生產(chǎn)和產(chǎn)品的價(jià)格問題是制約 CO2 熱泵裝置發(fā)展的主要因素。在相同的運(yùn)行工況條件下 ,CO2 與常規(guī)工質(zhì)的熱物性有較大差異 , CO2 壓縮機(jī)工作在更高的壓力、更大的單位容積制冷量、更小的壓比以及更大的進(jìn)排氣壓差(增壓 3 . 57 M Pa) 下 ,因此必須對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。壓縮機(jī)的類型很多 ,究竟何種型式更適合于 CO2 呢 ? 從研究報(bào)道看 ,新近開發(fā)的 CO2 的壓縮機(jī)主要有: 開啟式的活塞式和斜盤式

18、壓縮機(jī) ,半封閉活塞式壓縮機(jī) ,半封閉渦旋式壓縮機(jī) ,全封閉回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī) ,全封閉渦旋式壓縮機(jī)等。從理論上探討了可行性的還有滑片式壓縮機(jī)?？偟目磥?,影響 CO2 壓縮機(jī)效率的主要因素是由高壓差所造成的泄漏捐失。回轉(zhuǎn)式、渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)的泄漏系數(shù)在相同的數(shù)量級(jí)上 ,它們均比活塞式壓縮機(jī)高出 2 個(gè)數(shù)量級(jí)左右 ,因此 ,比較合理的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)是帶有曲軸或斜盤式傳動(dòng)的活塞式壓縮機(jī)。氣缸數(shù)量要盡可能少 ,以便獲得較高的容積效率。和常規(guī)的制冷壓縮機(jī)相比 ,應(yīng)選取合適的沖程與缸徑比 ,以降低工質(zhì)通過由很多活塞環(huán)連接起來的活塞和氣缸之間的 CO2 泄漏量。由于在高壓條件下 CO2 具有較大的密度 ,可以

19、選用4制 冷 與 空 調(diào)第 2 卷小氣缸直徑以減小軸承推力。壓縮機(jī)的曲軸箱工作壓力很高。最大靜壓可能達(dá)到 8 M Pa ,這種情況下 ,采用半封閉壓縮機(jī)更為可取 ,可以避免軸封問題。Officine Mario Do rin 公司開發(fā)的半封閉式壓縮機(jī)是最接近批量生產(chǎn)的產(chǎn)品 ,包括雙缸單級(jí)和兩級(jí)活塞式壓縮機(jī) , 單級(jí)壓縮機(jī)的輸氣量在 0 . 5 10 . 7 m3/ h 范圍內(nèi) , 兩級(jí)壓縮機(jī)則在 0 . 6 12 . 7 m3 / h范圍內(nèi) , 額定轉(zhuǎn)速為 2900 r/ min ( 50 Hz) 13 、17 、18 。由于 CO2 壓縮機(jī)重量重 ,殼體厚 ,輸氣量相對(duì)較小 ,在 2900

20、和 3500 r/ min ( 50/ 60 Hz) 的轉(zhuǎn)速下仍具有較好的噪聲特性和震動(dòng)特性 ,新開發(fā)的 CO2 壓縮機(jī)均設(shè)計(jì)在高轉(zhuǎn)速下工作。這意味著在相同的壓縮機(jī)尺寸下 ,CO2 壓縮機(jī)理論輸氣量是常規(guī)壓縮機(jī)的兩倍以上 ,從而有更高的價(jià)格與冷量比。日本 D EN SO 公司制造出了一種活塞式壓縮機(jī)樣機(jī) ,并測(cè)試了它在各種不同的工況條件下的工作特性。當(dāng) CO2 壓縮機(jī)工作在很高的壓力時(shí) ,用活塞環(huán)來密封效果很好 ,活塞余隙的氣體泄漏量也很小 ,基本可以忽略。SAN YO 開發(fā)出一種封閉式兩級(jí)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式CO2 壓縮機(jī)樣機(jī)(額定輸出 750 W) 。這種壓縮機(jī)的絕熱壓縮效率達(dá) 80 %以上 ( 高

21、壓 9 M Pa , 低壓3 M Pa ,吸入氣體溫度 35 的條件下) 。它可用于家用熱泵熱水器裝置。經(jīng)過 1000 小時(shí)的耐久性試驗(yàn) ,每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的疲勞強(qiáng)度都比較令人滿意。由D EN SO 公司生產(chǎn)的半封閉渦旋式壓縮機(jī)被用于 4 . 5 kw 供熱量的熱泵熱水器樣機(jī)中。日本的 Mat sushita 電氣工業(yè)有限公司也研制出一種小容量封閉渦旋壓縮機(jī) ,并分別從實(shí)驗(yàn)和理論上進(jìn)行了分析。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看 ,壓縮機(jī)容積效率和絕熱效率隨著轉(zhuǎn)速的提高而提高。容積效率在 80 %左右 ,而壓縮機(jī)效率卻低于 50 %。模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn) , 止推軸承損失占?jí)嚎s機(jī)損失的 40 %左右 ,該公司已經(jīng)將減少止推軸承損

22、失作為下一步研究目標(biāo)。理論上講 ,由于進(jìn)、排氣口壓差較大 ,渦旋式 CO2 壓縮機(jī)應(yīng)遠(yuǎn)比渦旋式 R410A 壓縮機(jī)的容積效率低些 ,但事實(shí)上 , 兩者之間的差別相當(dāng)小。Fukuta 等人 15 討論了 CO2 循環(huán)回路中采用滑片式壓縮機(jī)的可行性。經(jīng)過理論分析表明這種滑片式壓縮機(jī)具有一定的可行性。另外 ,他們還測(cè)試了改進(jìn)的兩級(jí)滑片式壓縮機(jī)和壓縮機(jī) - 膨脹閥組合下的性能。這些設(shè)備均有較好的應(yīng)用潛力 ,即使在原來的余隙高度下 ,其性能達(dá)到了可以接受的程度。對(duì)壓縮機(jī)的制造和測(cè)試方面還未曾有報(bào)道。換熱器方面 ,由于高壓條件下有更好的傳熱特性和更高的容積制冷量 ,這使得 CO2 熱泵系統(tǒng)中的換熱器可以設(shè)

23、計(jì)地更為緊湊、高效。對(duì)于氣體冷卻器/ 冷凝器 ,為了充分利用超臨界過程的溫度特性冷卻過程應(yīng)盡量采用逆流式換熱方式。當(dāng)加熱水時(shí) ,逆流熱交換方式是很容易實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)有的一些 CO2 熱泵樣機(jī)中 ,水/ CO2 冷卻器主要有套管式和殼管式兩種類型的換熱器。套管式換熱器是一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的逆流式氣體冷卻器。這種型式的氣體冷卻器可以方便地接入系統(tǒng)回路中 ,而且加工制作也比較容易。它的最大缺點(diǎn)是管路長 , 水側(cè)和CO2 側(cè)的壓力損失大 ,占地面積大。加熱空氣時(shí) , 由于空氣和超臨界 CO2 氣體的熱力學(xué)性質(zhì)差異較大 ,交叉流或者交叉逆流混合換熱方式比較可行?？諝? CO2 冷卻器 ,所開發(fā)的樣機(jī)中 ,一類是

24、交叉流型式的管翅式換熱器 ,另一類是交叉逆流式 ,即新開發(fā)的帶百葉窗翅片管帶式換熱器 14 ,它的截面由多個(gè)微尺度通道構(gòu)成 , 每個(gè)小通道直徑為0 . 8 mm ,所用的材料為銅鋁合金。至于蒸發(fā)器 ,因其工作壓力一般低于 5 . 1 M Pa ( 15時(shí)的飽和壓力) ,將其它熱泵系統(tǒng)中的一些蒸發(fā)器稍加改造就可以應(yīng)用到新的系統(tǒng)當(dāng)中。不同的熱源對(duì)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)有不同的要求?？諝庠礋岜脴訖C(jī)的蒸發(fā)器多采用管翅式換熱器和新開發(fā)的帶百葉窗翅片的管帶式換熱器。水源熱泵蒸發(fā)器可以選用套管式、管翅式、管殼式以及板式換熱器等等。節(jié)流閥方面 ,由于高的工作壓力 ,在材質(zhì)強(qiáng)度方面要求比普通的節(jié)流閥更高。DAN FOSS

25、 , E GEL HO F , FL I TSCH 等公司已經(jīng)研制出一些用于跨臨界 CO2 系統(tǒng)中的膨脹閥。DAN FOSS 公司報(bào)道了在 CO2 系統(tǒng)中可用的膨脹閥: 電子膨脹閥 , 可以根據(jù)不同的工況條件電子調(diào)節(jié)工質(zhì)的流動(dòng)阻力 ;機(jī)械熱力膨脹閥 ,可以把蒸發(fā)器出口過熱度控制為所設(shè)定的值; 機(jī)械自動(dòng)調(diào)節(jié)閥 ,控制閥出口工質(zhì)的壓力為設(shè)定值。由于 CO2 熱泵裝置在較高的壓力下運(yùn)行 , 系統(tǒng)在連接、組裝和使用等環(huán)節(jié)中工質(zhì)的泄漏是十分具體的問題 ,建議系統(tǒng)中要盡量使用焊接接頭 ,但這樣就對(duì)系統(tǒng)的維修造成一定的麻煩。CO2 熱泵系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵設(shè)備目前尚處于研制開發(fā)階段 ,成本還比較高。解決產(chǎn)品介格

26、問題的唯一途徑是通過批量化生產(chǎn)降低成本。第 2 期范曉偉 : CO2熱泵系統(tǒng)及其應(yīng)用前景5 4 結(jié)束語從現(xiàn)有的文獻(xiàn)看 ,CO2 熱泵系統(tǒng)方面的研究結(jié)果總的來說是積極的。除了環(huán)保方面的優(yōu)越性外 ,CO2 熱泵采暖系統(tǒng)能提供高達(dá) 90 的熱水 ,只要系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。CO2 熱泵的 CO P 值已經(jīng)基本可以實(shí)現(xiàn)與常規(guī)工質(zhì)的熱泵系統(tǒng)相當(dāng)。對(duì)已經(jīng)開發(fā)的 CO2 熱泵裝置的測(cè)試結(jié)果也比較令人滿意。由于采用跨臨界循環(huán)系統(tǒng) ,要考慮充分利用氣體冷卻器/ 冷卻器中的溫度分布特性。從能效角度看 ,CO2 熱泵熱水器和熱泵烘干/ 除濕機(jī)有較好的開發(fā)前景。對(duì)于熱匯為水的熱泵空調(diào)機(jī)組 ,低的回水溫度和高的供水溫度系統(tǒng)將更

27、加能夠體現(xiàn) CO2的優(yōu)越性。目前為止所開發(fā)的 CO2 熱泵樣機(jī)多數(shù)不曾涉及系統(tǒng)的優(yōu)化匹配 , 對(duì)系統(tǒng)控制方面的研究也較少 ,這方面有待于進(jìn)一步深入研究。我國已經(jīng)加入了世界貿(mào)易組織 ,企業(yè)將直接參與國內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) ,這為國內(nèi)的制冷、空調(diào)和熱泵企業(yè)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為此 ,開發(fā)和生產(chǎn)具有一定自主產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)熱泵設(shè)備對(duì)國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的發(fā)展和占據(jù)市場(chǎng)具有著十分重要的意義。希望國內(nèi)一些企業(yè)密切同高校和科研院所進(jìn)行技術(shù)合作 ,長遠(yuǎn)規(guī)劃 ,通過科技創(chuàng)新不斷推出具有一定超前概念的產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)1Rieberer R.CO2 as working fluid for heat p ump s : Ph. D.

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