压缩机频率及回热对跨临界CO2循环热泵性能影响的实验研究

摘要

随着“基加利修正案”的达成，CFCs和HCFCs制冷剂的使用受到诸多限制。CO2作为天然工质，安全环保，具良好的热力学性质，与其他替代制冷剂相比，被认为是“21世纪最具前景的制冷工质”。由于传统的跨临界CO2循环节流损失严重，不可逆性程度高，为有效改善和提高循环效率，本文在跨临界CO2循环热泵中引入回热器，提出用以评估回热量对热泵性能影响的评价指标-回热率，考察了不同工况下热泵性能随回热率的变化特性。此外，本文还研究了压缩机频率对热泵性能的影响。研究结果可为跨临界CO2循环热泵中回热器的合理设计与运行提供参考。主要内容如下: (1)对比分析了有无回热器的跨临界CO2循环热泵性能。研究发现:系统在低排气压力下运行时，引入回热器才能提高其COPh，且引入回热器可在较低排气压力下，使系统获得更高的COPh。 (2)将排气压力控制在7.4～11MPa范围内，环境温度保持15℃基本不变，使热泵分别在不同压缩机频率下运行，实验研究了压缩机频率对其性能的影响，包括制热性能、压缩机性能和系统能效。其中制热性能包括:气冷器出口工质温度、系统制热量和出水温度;压缩机性能包括:压缩比、吸气压力、单位压缩功、排气温度、等熵效率、容积效率和机械效率;系统能效包括:COPh。 (3)实验研究了不同工况下压缩机吸气温度、压缩比、系统制热量、出水温度和系统COPh随回热率的变化趋势，并根据不同的设计目标，确定了适宜的设计回热率。研究表明:不同压缩机频率和不同气冷器进水温度下，若以系统获得最大COPh为设计目标，设计回热率取12.7％～17.4％为宜;若以系统获得最高出水温度为设计目标，设计回热率取3.2％～9.9％为宜。因此，系统在较低回热率下运行时，可制备较高的出水温度，系统在较高回热率下运行时，可获得较大的COPh。