两种低环温空气源热泵系统供暖的经济性分析

两种低环温空气源热泵系统供暖的经济性分析

吴强苏州苏净安发环境科技有限公司作为一种高效清洁的采暖方式，空气源热泵在我国南方地区得到广泛应用[1-4]。南方地区冬季室外温度相对较高，采暖效果良好。在室外温度低、采暖负荷大的黄河流域、华北地区等寒冷地区，空气源热泵在北方地区应用受到较多限制。近年来，补气增焓经济器空气源热泵技术得到了较为广泛的应用。1补气增焓经济器空气源热泵补气增焓技术可以降低压缩机排气温度，提升低温环境下压缩制冷循环效率，从而达到节能的目的。图1为本公司开发的带补气增焓涡旋压缩机热泵系统图：制冷工况中，压缩机产生的高温高压气体通过四通阀后进入空气侧换热器放热生成高压低温液体，通过过滤器排除污物，经过制冷单向阀后通过过冷器过冷，为进一步过冷却，制冷剂进入经济器，其中一部分高压过冷液体经过经济器热力膨胀阀节流降压到合适的中间补气压力后生成的低压饱和蒸气直接进入压缩机辅助吸入口进行补气，并产生冷量。其余过冷液体通过制冷热力膨胀阀生成低压低温液体，通过过滤器后进入水侧换热器蒸发吸热，生成的低压高温气体通过四通阀进入压缩机的吸入端，并开始新的循环。图1补气增焓涡旋压缩机热泵系统图制热工况中，四通阀换向，压缩机产生的高温高压气体进入水侧换热器放热，放出的热量用于采暖或生活热水，生成的高压低温液体通过过滤器排除污物，经过制热单向阀后通过经济器过冷，其中一部分高压低温液体经过经济器热力膨胀阀后节流降压到合适的中间补气压力后生成的低压饱和蒸气直接进入压缩机辅助吸入口进行补气，产生的冷量用于经济器高压液体过冷，其余过冷液体通过过冷器进一步放热过冷，防止空气侧换热器结冰。制冷剂过冷液体经过制热热力膨胀阀生成低压低温液体，通过过滤器后进入空气侧换热器进行蒸发吸热，生成的低压高温气体经过四通阀进入压缩机的吸入端，并开始新的循环。制冷、制热循环通过外平衡式热力膨胀阀节流。制热膨胀阀能力在低环境温度制热时依据系统能够在不低于-20℃的环境温度下正常工作选定，不按标准工况下制热量选定。制冷膨胀阀的容量由标准工况下制冷量选定。在苏州苏净安发环境科技有限公司的焓差实验室测试得到：图2为补气增焓机组COP在不同出水温度和环境温度下的变化情况，当出水温度为40℃时，机组在-25℃的环境温度下可以正常工作。图2补气增焓机组不同环境温度下的COP2电子膨胀阀控制排气过热度当吸气温度Tsuct升高时，压缩机排气温度Tdis上升，导致冷凝压力Pcond升高，各参数间存在对应关系：其中：Tdis——排气温度；Tsuct——吸气温度；Pcond——冷凝压力；ΔPcond——排气阻力损失；Pevap——蒸发压力；Δpevap——吸气阻力损失；k——工质的绝热指数。室外环境温度较低时，压缩比增大致使排气温度过高，一旦超出压缩机承受极限，易出现频繁启停导致系统难以正常工作等问题，严重时可烧毁压缩机。从式（1）可以看出如果采用减少吸气过热度的方法，可以排气温度，从而扩大空气源热泵机组使用范围。电子膨胀阀的控制分为粗调、精调参数，对电子膨胀阀的开度进行调节。当实际过热度偏离目标值较多时，采用粗调参数，调节频率高、调节幅度大，使其膨胀阀开度尽快到需求开度范围内。当实际过热度靠近目标值时，采用精调参数，调节频率降低、调节幅度减小，使膨胀阀开度尽快稳定在合适值，不波动。在苏州苏净安发环境科技有限公司的焓差实验室测试得到：图3为过热度控制机组COP在不同出水温度和环境温度下的变化情况，当出水温度为40℃时，机组在-15℃的环境温度下可以正常工作。图3过热度控制机组不同环境温度下的COP3经济性分析位于苏州的某三层已竣工独栋建筑每层约220m2，共计建筑面积660m2。层顶花园为上人屋顶，热泵主机设置在上人屋面或屋顶，房间采用地板采暖方式，经计算选用制热量为66kW的热泵机组。系统计算：电费1￥每度，平均COP按照COP变化曲线认为呈线性，同时考虑化霜的COP衰减2，2供暖时间取每天10小时，机组寿命为10年。不同的空气源热泵机组的性能比较如表1所示。表1不同的空气源热泵机组的性能比较从表1中可见：当环境温度为-15℃时，过热度控制机组COP低于补气增焓机组，运行增加耗电量费用为(66/1.48-66/1.53)×10×10×37.7×1=5467元，初投资增加为1390元。当环境温度为-20℃时，过热度控制机组采用电加热，耗电量费用为(66-66/1.431)×10×10×15.1×1=30016元，初投资增加为187元。在环境温度-25℃时，过热度控制机组采用电加热，耗电量费用为(66-66/1.31)×10×10×6.25×1=477元，初投资增加为38000元。4