你的位置:首页 > 新闻动态 > 行业新闻

低温热泵在-25℃环温下的制热能力的研究分析

2018-5-7 17:28:41      点击:
空气源热泵是南方产品,在北方-25℃能用吗?”“所谓的低温热泵采暖机和普通的空气能热泵有何区别?”“既然普通热泵热水机也能把水加热到55℃,那为什么不能用于冬天采暖?”类似这样的问题,经常出现本刊的新媒体后台。这既能说明越来越多的人在关注我们行业,又能够发现他们对空气能产品的认识还严重不足。
既然是“低温机”,和普通热泵的区别肯定在“低温环境下的制热量和可靠性”。那么从“低温空气能热泵”这个产品定义来说,北京在“煤改电”的技术路线中给出了明确的概念。主要包含:


依据GB/T 25127.2规定的名义工况进行制热性能的检测,实测制热量应不低于名义值的95%,实测消耗总电功率应不超过名义值的110%,实测名义工况制热COP大于2.1,低温工况制热COP大于1.6。
要求设备在-25℃能够正常启动和运行。对遇有极寒天气时,要能够启动电辅加热,确保出水温度。
设备要有可靠的融霜控制装置,融霜时间不能超过运行周期的20%。


而造成低温热泵和普通热泵性能差异的核心部件,就是压缩机。近年来,随着搭载了喷气(或喷液)增焓技术、变频技术的热泵专用压缩机开始普及,早已不能再用过去的老眼光来看待空气能热泵了。那么,今天我们来分辨一下,和普通热泵相比,低温热泵为何能在更低环温下工作?是不是说低温热泵就可以“完胜”普通热泵?


普通热泵低温工况下为何运行难?


我们先说普通热泵在低温工况下运行主要有哪些问题。


首先是制热能力。压缩机的吸气流量和蒸发温度是成正比的,环境温度越低吸气流量越低,制热能力越差。另外,当蒸发温度降低的时候,电机的发热是不变的,还是那么多,而系统质量流量却在下降。


假如蒸发温度在-5℃时,质量流量是50KG/S,当蒸发温度降到-30℃时,质量流量有可能只剩下20KG/S了。这个时候电机的发热量是几乎没什么变化的,但用来冷却电机的制冷剂的流量却减少了,对应的每一公斤制冷剂的加热量会增加,因此排气温度也会升高。吸气受热后密度会下降,相当于实际上制冷剂的流量下降的更多,这也是为什么温度越低制热能力会越来越差的原因。


其次是可靠性。刚说了蒸发温度越低的时候压缩机的吸气流量是减少的,这时候排气温度会升高,压缩比变大,这时候压缩机内的润滑油容易膨化,然后黏性下降,这样也就导致涡旋盘的磨损会变得严重,从而影响主机的稳定、可靠运行。


还有就是运行宽度。任何产品在设计时都有一个安全区间,就是说在这个区间内运行是安全的,而一旦超出了这个区间范围,则可能出现意外。常规热泵的压缩机在设计时也有一个安全的运行范围,如果在蒸发温度较低的环境中运行,可能一降温马上就不能工作了。这就不仅仅是可靠性的问题了,而是能不能用的问题。


低温热泵如何解决这些问题?


低温热泵之所以能在更低环温下正常运行,就是相应地解决了常规热泵遇到的几个问题——由于蒸发温度低、吸气流量少、压缩比大、排气温度高导致的制热量不足、COP低及运行不稳定。


首先是内部结构设计上。蒸发温度越低,压缩比越大,而如果要在更低蒸发温度下工作,压缩比就要做的更大。所以,低温热泵压缩机的涡旋盘型线会设计的更大一些。可能普通热泵压缩比只做到2.3左右,但低温热泵会做的更高一些。这样就意味着在蒸发温度更低的情况下,低温热泵能够得到更高的工作效率,也能够有更低蒸发温度的工作范围,适应温差较大的工作环境。


其次就是采用喷气增焓技术。喷气增焓就相当于在蒸发温度特别低的时候,通过外界冷媒引入进来,同时冷凝器的支路分成两路——一路用来过冷主回路的制冷剂,增加过冷度,扩大与环境温度的换热温差,提升制热量;另外一路用来冷却主回路的冷媒,减少涡旋盘的压缩比。这样就可以通过喷射进来的新压力降低压缩腔的实际吸气压力,压缩比也减少了,所以功耗、排气温度及功率都会有显著下降。同时,制热量也会提升,因为制热量的提升就来源于主回路过冷度的增加。


这样一来,由于有更低蒸发温度工作范围,并且在低蒸发温度时还保持着较高的制热量,所以低温热泵在温度较低的北方地区也能够稳定、可靠运行,COP也比较高。


低温热泵并不能“完胜”普通热泵


低温热泵运行范围更广,低温环境下制热能力和COP更高,似乎低温热泵在和普通热泵的PK中可以完胜。但实际上,这样的理解是有误的。我们在选择产品时不能只考虑安全范围,还要考虑经济性。


普通热泵出于系统的简化、成本的节省,很多时候不会采用喷气增焓技术。这样在温度很低的环境下就会超出工作范围,可靠性没有保障甚至完全不能工作。这种情况下低温热泵肯定可以KO普通热泵。


但如果是在较高蒸发温度环境下工作呢?像长江流域甚至以南地区,最冷月温度也就在0℃左右,如果用低温热泵的话,设备成本上额外增添了不少,客户要多花钱——这可能还会影响到是否能拿下工程。而且,南方就是出现低温天气,时间都不会很长,这时候完全没必要用低温热泵,启动辅助热源(电加热)就可以了。


此外,低温热泵在蒸发温度较高的环境下工作,运行效率可能还不如普通热泵。由于喷气增焓技术是对涡旋盘中间压力腔进行补气来增加排气量,因此当蒸发温度过高时,EVI喷射打开后的中间补气压力有可能低于涡旋EVI喷射口时的压缩压力,这时候EVI将不能实现喷气功能,而且此时压缩机打开EVI喷射对于制冷量和能效是不利的,其喷射打开后的临界点跟系统的运行压缩比以及EVI涡旋喷射口的设计有关。