空气能在寒冷地区的应用

随着我国城镇化的高速发展,城镇建筑面积大幅度增加,建筑能耗也逐年上升,环境污染也不断加剧。在能源与环境的双重压力下,寻求清洁、高效的供暖方式势在必行。空气能采暖技术作为清洁、高效、灵活的供热方式,迎来了前所未有的机遇。然而在寒冷地区的低温环境下,传统空气能系统制热量衰减,制热效率降低,甚至无法运行。因此低温空气能应运而生。本文对比分析了传统空气能系统及喷气增焓式空气能系统应用于低温工况时的制热特性。 空气能在寒冷地区的应用 传统空气能以逆卡诺循环原理为理论基础,通过制冷剂随温度与压力的改变发生相变,把热量从空气中提取出来,加之本身用电能所转化成的热能,用之生产生活。传统空气能循环系统在低温工况下的制热能力有限,且运行不能保障,为解决这一问题,当前应用较多的是喷气增焓式空气能系统,其属于准二级压缩空气能系统。   气增焓式空气能系循环原理   喷气增焓式空气能系统工作过程:从冷凝器中冷凝放热后出来的高压制冷剂过冷液体分为两路:一路经过膨胀阀2节流后进入过冷器(过程4-4’),此为补气回路;另一路直接进入过冷器,此为制冷回路。这两路制冷剂在过冷器中进行换热,补气回路工质吸热后汽化被压缩机吸入(过程4’-6),制冷回路工质放热再次过冷(过程4-5)经过膨胀阀1节流(过程5-5’)后进入蒸发器吸热蒸发为过热蒸汽后被压缩机吸入(过程5’-1)。两路制冷剂在压缩机中汇合,被压缩为高温高压蒸汽(过程1,6-3)后,进入冷凝器放热为过冷液体工质(过程3-4)完成循环。 空气能在寒冷地区的应用 图为喷气增焓式空气能系统压焓图,热力过程1-3’-4-7-1为常规热泵热力循环过程,热力过程1-2’-2-3-5-5’-1为制冷回路,热力过程2-3-4-4’-6-2为补气回路。从图可看出压缩机的排气温度由t3’降为t3,这是由于补气回路的制冷剂经过过冷器后汽化为低温低压的制冷剂气体,与主路制冷剂混合,使主路制冷剂的温度降低,有效的控制了压缩机的排气温度在一个合适的范围内,拓宽了空气能的应用范围。   喷气增焓式空气能系统制热特性 在低温环境下运行时,喷气增焓式空气能系统制冷回路的制冷剂流量会降低,此时补气回路通过补入饱和蒸汽可增大压缩机的流量,从而增加了整个系统的制冷剂流量,提高机组的制热量,改善机组的运行工况。   由图可看出,喷气增焓式空气能明显拓宽了传统热泵的运行范围,喷气增焓式热泵可在蒸发温度为-30℃的工况下运行,并且在蒸发温度为-25℃时,冷凝温度达到了60℃,保证了热泵的出水温度,可在低温工况下,提供有效的采暖用热水。 空气能在寒冷地区的应用 图为在不同环境温度下实测的空气能制热能效比COP,由图可看出,喷气增焓式热泵的COP明显高于传统热泵,并且在低温环境下更加明显;在环境温度低于-15℃时,喷气增焓式热泵的COP可达到2.2,在低温工况下实现了高效制热。     本文通过分析传统空气能系统在低温工况运行时的制热特性,探究了其应用于寒冷地区出现制热量衰减、制热效率降小、压缩机排气温度过高等问题原因,然后对比分析了适用于低温环境的喷气增焓式空气能系统的制热特性,并探究了其对传统热泵的改善程度。

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