摘 要

引言

运行工况

摘 要

降低空气源热泵机组的供水温度，可改善机组的低温运行特性，扩展机组的低温运行范围。双级耦合热泵供暖系统正是基于此想法提出的，系统中空气源热泵（低温型热泵）作为一级侧机组，工作于一个全新的运行工况中。本文借助已建立并验证过的空气源热泵机组稳态仿真数学模型，对空气源热泵在新工况和常规工况下的低温稳态特性进行了计算机仿真。研究结果显示，新工况下，空气源热泵的低温供暖特性与运行特性均得到显著改善。双级耦合热泵供暖系统在低温环境下，可获得稳定、可靠、高效的低位热源。

引言

空气源热泵（Air Source Heat Pump，简称ASHP）机组在低温工况下运行，压缩比升高，容积效率降低，制冷剂质量流量减少，供热能力下降，压缩机排汽温度过高，这些问题限制了ASHP机组在北方地区的应用。文献[1]对ASHP机组在我国14个北方主要城市设计工况下的运行特性进行了理论分析，研究结果显示，ASHP机组在所选城市中运行，压缩比均超过极限值8.0，哈尔滨甚至超过20.0，说明ASHP机组在北方最寒冷的时候将无法正常运行。降低ASHP机组的供水温度，将有效降低机组的压缩比，文献[1]的研究结果显示，当供水温度由50℃降低到20℃后，ASHP机组在所选北方城市中，除哈尔滨和长春外，其余城市设计工况的压缩比均低于8.0，说明机组低温运行工况得以有效改善，从而使ASHP机组在北方地区应用具备一定的可行性。

双级耦合热泵供暖系统就是基于上述想法提出的，系统中ASHP机组作为一级侧机组向中间水路提供10℃～20℃的温水，而二级侧机组水源热泵机组利用此低位热源向末端用户提供40℃～50℃的热水[2]。尽管文献[3]通过中试实验研究结果，验证了北京地区在室外温度-10℃以上温度条件下双级耦合热泵供暖系统以及ASHP机组的特性。但更低温度条件下，ASHP机组运行特性的试验与计算机仿真研究尚属空白。因此，本文利用已建立并验证过得ASHP机组计算机仿真数学模型，对新型低温运行工况下ASHP机组稳态特性进行了研究，所得结果可为ASHP机组以及双级耦合热泵供暖系统的应用范围进一步向北扩展提供一定的理论依据。

运行工况

通常情况下，ASHP机组的室外运行温度不应低于-5℃，蒸发温度在-10℃以上，供水温度在45℃左右，冷凝温度介于40℃～55℃之间。对于制冷剂R22而言，常用压缩比为4.88，排气温度为60℃[4]，偏离以上常用值，说明机组偏离最佳运行工况，而对于活塞式压缩机单级系统的压缩比一般不超过8.0，排气温度应控制在150℃以下，超过以上极限值，机组将无法正常运行。在双级耦合热泵供暖系统中，ASHP机组的运行工况与常规工况截然不同，蒸发温度降至-30℃，冷凝温度介于15℃～30℃之间，对此新型工况下ASHP机组的运行特性仍缺乏充分的认识。因此，为研究新型低温运行工况下ASHP机组特性的改善，本文选择机组蒸发温度范围是-30℃～10℃，这一温度基本涵盖了ASHP机组在我国北方城市冬季运行的所有工况，冷凝温度选择50℃和20℃，分别代表常规工况和新工况。