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超低温空气能热泵为何能在-25℃环温下工作?

发布时间:2018-10-13发布者:

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空气能的主战场过去十几年一直就在南方,以至于很多人都以为空气能热泵只能在南方使用。其实,搭载低温增焓等技术的热泵完全可以在-25℃低温下正常工作。

我们都知道空气能热泵产品的核心部分是压缩机,而搭载了喷气增焓技术的压缩机早在几年前就推上了市场,只是因为北方市场容量较小而没有被广泛应用。但随着北方采暖市场的迅速崛起,采用喷气增焓技术的低温热泵已经成为北方市场的绝对主角。那么,和普通热泵相比,低温热泵为何能在更低环温下工作呢?是不是说低温热泵就可以“完胜”普通热泵?为此,笔者采访了压缩机厂家——苏州英华特涡旋技术有限公司副总经理蒋华,来听听他怎么说。

 

普通热泵低温下为何运行难?

 

  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,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。