[发明专利]一种空气循环压缩式空气源热泵机组

说明书

技术领域

本发明属于节能设备技术领域，特别涉及一种从空气中吸热、以空气为循环介质的 压缩式热泵供热装置。

背景技术

目前，雾霾已经成为了我国北方地区最严重、最亟需解决的环境问题之一，给公众 健康带来了严重威胁。大量的研究表明，雾霾与冬季燃煤供热密切相关，其中散煤燃烧 产生的排放占相当大的比例。散煤燃烧供热是北方广大农村地区主要的供热方式，具有 使用方便、总量大、煤质不受控、不便于监管等问题，而且由于大多数散煤燃烧没有采 取除尘、脱硫、脱硝等环保措施，因此存在单位质量排放高，消耗总量大等问题。为了 解决散煤燃烧的问题，大力推广空气源热泵等清洁采暖方式，经过近几年的发展，空气 源热泵采暖在我国华北地区已经开始较大规模应用，为节能减排作出了重要的贡献。

目前已广泛应用的空气源热泵以氟利昂为循环工质，其原理如图1所示，室外空气 在风机的驱动下流过室外换热器，将热量传递给低温低压的氟利昂气液混合物，使其等 压蒸发为气体；氟利昂蒸汽再被压缩机吸入，压缩，升温升压后，进入冷凝器中，将热 量传递给循环的热水(热风)，冷凝为液体后再通过节流结构降温降压成为气液混合物后 进入室外换热器再吸热，如此往复循环。氟利昂压缩式热泵原理与氟利昂压缩式制冷机 基本一致，因此目前的氟利昂压缩式热泵机组所用技术、流程、结构和零部件几乎与制 冷机组相同或类似。然而氟利昂压缩式热泵机组与制冷机组在使用条件有非常大的差异， 在制冷工况下非常适合的氟利昂热泵机组在制热时存在下列问题：首先在制冷运行时， 氟利昂热泵从室内吸收热量，因此在整个运行过程中，蒸发温度基本不变，而制热运行 时，氟利昂热泵从室外环境中吸收热量，随着环境温度的降低蒸发温度会发生非常大的 变化，在初末寒期的蒸发温度为0℃左右(对应室外温度5℃)，在严寒期蒸发温度为-25℃ 左右(对应室外温度-20℃)，可见整个采暖季蒸发温度的变化范围之大，随着蒸发温度 的降低，吸入压缩机的氟利昂蒸汽的密度迅速降低，造成循环质量流量快速减少，从室 外吸收的热量迅速减少从而导致制热量衰减较大；其次随着蒸发温度的降低，压缩机的 压缩比(压缩比等于冷凝压力除以蒸发压力，为了保持室内供热效果，冷凝压力基本不 变或变化较小，而蒸发压力随着环境温度降低迅速降低，而且蒸发压力处于分数的分子， 因此蒸发压力的变化对于压缩比影响很大)迅速增大，在整个采暖季供热运行时系统所 需要的压缩比从初末寒期的3变化到严寒期的20，在如此大范围的变化使得压缩机很难 在全工况保持较好的效率，影响了制热效率；最后，较大的压缩比对于压缩机结构带来 很大的挑战，同时随着压缩比的增加，机组排气温度迅速上升，已经接近压缩机内置电 机用F级电机的绝缘破坏温度限制，因此压缩比不能无限增大，这也就限制了氟利昂热 泵使用环境温度的下限，GB/T25127.2-2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第2 部分：户用及类似用途的热泵(冷水)机组》中对于低温运行的下限是-20℃，也说明了目 前氟利昂压缩式热泵不适合-20℃以下的环境运行。上述诸多问题阻碍了氟利昂压缩式热 泵的广泛应用。

为了解决上述问题，技术和科研人员做了大量的工作，目前的研究主要集中在如下 几个方面：1、在压缩机方面，多采用两级(多级)压缩，以适应制热时系统所需压缩比 增大的问题，可以扩展机组的低温使用范围，例如专利CN102900669A，CN203201799U 等；2、在工质上，探索采用R417A、R32等高压工质，以减少压比，增加低温制热量； 3、在循环上，采用双级压缩中间补气或者单级压缩中间补气的循环，例如专利 CN201510207791.X，CN201620654797.1，CN201511017313.9等。这些技术研究的应用， 有效的扩展了氟利昂压缩式热泵的应用范围、效率和能效，然而这些技术方法没有本质 上解决压缩比变化大、工质密度随着蒸发温度降低迅速降低(带来低温制热量衰减)等 问题，这也就限制了氟利昂压缩式热泵在东北、西北地区的使用，以及在华北地区的高 水温工况下的使用。