低溫噴氣增焓熱風(fēng)機(jī)制冷系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)分析

童 煒 曠文琦 盧國(guó)濤 岳耀標(biāo) 王保忠

（廣東TCL智能暖通設(shè)備有限公司 中山 528427）

引言

熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行高效，采暖費(fèi)用低。低溫空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)采用了低溫噴氣增焓技術(shù)，在冬季低溫工況下仍具有更強(qiáng)勁的制熱效果，低溫工況下（-12 ℃）COP可達(dá)2.2以上，能效比電采暖和天然氣采暖要高得多。

從舒適性來(lái)說(shuō)，熱風(fēng)機(jī)的舒適性比同價(jià)位產(chǎn)品更高。以空調(diào)為例，普通家用空調(diào)機(jī)組安裝于房間上部，制熱時(shí)暖風(fēng)難以下沉，舒適性差；而熱風(fēng)機(jī)安裝在房間底部，采用地毯式送風(fēng)，制暖時(shí)可上下同時(shí)出風(fēng)，向房間中部、下部同時(shí)供暖，這大大提升了用戶(hù)采暖體驗(yàn)感。

1 低溫噴氣增焓系統(tǒng)原理

低溫噴氣增焓系統(tǒng)原理圖：制熱噴焓原理如下，從冷凝器（室內(nèi)側(cè)）過(guò)冷的液態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)一次節(jié)流后，在閃蒸器內(nèi)進(jìn)行氣、液分離，輔路分離的氣態(tài)冷媒進(jìn)入壓縮機(jī)上下缸體進(jìn)行壓縮（中壓），主路氣液兩相經(jīng)過(guò)二次節(jié)流，進(jìn)入蒸發(fā)器（室外側(cè)）蒸發(fā)后到壓縮機(jī)，輔路分離的氣態(tài)冷媒進(jìn)入壓縮機(jī)噴焓缸體內(nèi)與原有的冷媒進(jìn)行混合，從而增加壓縮機(jī)中的冷媒質(zhì)量流量。低溫噴氣增焓系統(tǒng)循環(huán)圖見(jiàn)圖1。

圖1 低溫噴氣增焓系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)制熱量為冷凝器的放熱量，即：

在閃蒸過(guò)程中，存在：

在噴氣增焓過(guò)程中，系統(tǒng)總的制熱量可以表示為：

對(duì)于沒(méi)有閃蒸器的熱泵循環(huán)見(jiàn)圖2，其制熱量可以表示為：

圖2 帶閃蒸器的系統(tǒng)壓焓圖

由式（4）和式（5）可得，

式中：

Qh—噴氣增焓系統(tǒng)制熱量（kW）；

m—室外換熱器制冷劑質(zhì)量流量（kg/s）；

i—閃蒸過(guò)程制冷劑質(zhì)量流量（kg/s）；

h1—吸氣口制冷劑焓值（kJ/kg）；

h2—中間壓縮制冷劑焓值（kJ/kg）；

h3、h4—噴氣增焓循環(huán)與傳統(tǒng)熱泵循環(huán)壓縮機(jī)出口制冷劑焓值（kJ/kg）；

h5、h5′—噴氣增焓循環(huán)制冷劑節(jié)流前、后的焓值（kJ/kg）；

h4、h4′—閃蒸過(guò)程制冷劑節(jié)流前、后的焓值（kJ/kg）。

2 EEV電子膨脹閥+毛細(xì)管對(duì)噴焓量的控制（見(jiàn)圖3）

圖3 不同節(jié)流毛細(xì)管長(zhǎng)度節(jié)流毛細(xì)管與EEV性能對(duì)比

2.1 試驗(yàn)驗(yàn)證方案

根據(jù)JB/T13573-2018《低環(huán)境溫度空氣源熱風(fēng)機(jī)》測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，本次試驗(yàn)在4 kW熱風(fēng)機(jī)上驗(yàn)證，壓縮機(jī)采用海立WHP05600AEKQA7JT6B上對(duì)比驗(yàn)證，測(cè)試工況為：7/6 ℃、-12/-13.5 ℃、-20 ℃/-、35/24 ℃工況下，具體測(cè)試要求：不同室外環(huán)境溫度下，定頻率，對(duì)比節(jié)流毛細(xì)管不同長(zhǎng)度與EEV不同開(kāi)度下對(duì)制熱、制冷量的影響，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果定主閥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴焓量的控制；

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照J(rèn)B/T13573-2018《低環(huán)境溫度熱泵熱風(fēng)機(jī)》測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，按照-12 ℃、-20 ℃兩個(gè)工況測(cè)試不同電子膨脹閥開(kāi)度下排氣過(guò)熱度對(duì)性能的影響。

綜合測(cè)試結(jié)果：

1）在不同室外環(huán)境工況，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流毛細(xì)管、EEV一級(jí)節(jié)流與二級(jí)節(jié)流性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在節(jié)流毛細(xì)管長(zhǎng)度調(diào)節(jié)（節(jié)流毛細(xì)管），EEV不變的情況下，當(dāng)節(jié)流毛細(xì)管長(zhǎng)度越長(zhǎng)的情況下：制冷時(shí)，進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑液體節(jié)流干度減小，蒸發(fā)器內(nèi)的單位質(zhì)量焓差增加，但由于制冷劑質(zhì)量流量減小，制冷量增加與否未。

2）在不同室外環(huán)境工況，對(duì)比節(jié)流毛細(xì)管長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，EEV不調(diào)節(jié)，性能差異范圍0.56～1.72 %，說(shuō)明節(jié)流毛細(xì)管的長(zhǎng)度在不同環(huán)境溫度下對(duì)性能的影響較小，實(shí)際測(cè)試取值偏差+誤差較小，所以節(jié)流毛細(xì)管實(shí)際調(diào)試中可用毛細(xì)管代替，減少控制上復(fù)雜性。

3）在不同室外環(huán)境工況，對(duì)比節(jié)流毛細(xì)管長(zhǎng)度不變，EEV調(diào)節(jié)，性能差異范圍-2.5～1.09 %，說(shuō)明在不同環(huán)境溫度下EEV調(diào)節(jié)，對(duì)制冷量可以提高到2.5 %、制熱量0.65 %，說(shuō)明EEV調(diào)節(jié)對(duì)噴焓量的控制尤為重要。

3 排氣過(guò)熱度對(duì)噴焓量的控制

3.1 排氣過(guò)熱度對(duì)噴焓量的影響對(duì)比分析

3. 1.1 試驗(yàn)驗(yàn)證方案

根據(jù)JB/T13573-2018《低環(huán)境溫度空氣源熱風(fēng)機(jī)》測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，本次試驗(yàn)在4 kW熱風(fēng)機(jī)上驗(yàn)證，壓縮機(jī)采用海立WHP05600AEKQA7JT6B上對(duì)比驗(yàn)證，測(cè)試工況為：-12 ℃/-13.5、-20 ℃/-工況下，以下為具體測(cè)試要求：

3. 1.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照J(rèn)B/T13573-2018《低環(huán)境溫度熱泵熱風(fēng)機(jī)》測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，按照-12 ℃、-20 ℃兩個(gè)工況測(cè)試不同電子膨脹閥開(kāi)度下排氣過(guò)熱度對(duì)性能的影響，制熱測(cè)試工況見(jiàn)表1。

表1 制熱測(cè)試工況

綜合測(cè)試結(jié)果：

1）相同頻率下，不同電子膨脹閥開(kāi)度對(duì)制熱量及排氣過(guò)熱度的影響，一般壓縮機(jī)排氣過(guò)熱度要求≥15 ℃以上，從以上數(shù)據(jù)中，可以得出隨著排氣溫度及過(guò)熱度的上升，制熱量呈下降趨勢(shì)，-12 ℃工況下能力衰減率最大值為0.79 %，-20 ℃工況下能力衰減率最大值為0.68 %；

2）在不同環(huán)境溫度下排氣過(guò)熱度隨著環(huán)境溫度升高，排氣過(guò)熱度也不一樣，在環(huán)境溫度相差8 ℃時(shí)，排氣過(guò)熱度最小相差9.1 ℃，相差為56 %，說(shuō)明不同溫度下排氣過(guò)熱度對(duì)性能的影響較大，所以性能調(diào)試時(shí)可綜合不同環(huán)境溫度下最佳狀態(tài)點(diǎn)，再根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行合理修正；

3）排氣過(guò)熱度與能力呈正反比，當(dāng)排氣過(guò)熱度越大，能力反而呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明電子膨脹閥在調(diào)節(jié)的過(guò)程中，排氣過(guò)熱度熱大反而噴焓量在減少，導(dǎo)致系統(tǒng)中冷媒量與實(shí)際蒸發(fā)器中循環(huán)量不足，而補(bǔ)氣不足，性能呈下降趨勢(shì)。

3.2 穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)的排氣過(guò)熱度對(duì)比分析

3.2.1 試驗(yàn)驗(yàn)證方案

根據(jù)JB/T 13573-2018熱風(fēng)機(jī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，本次試驗(yàn)基于海立壓縮機(jī)WHP05600AEKQA7JT6B上對(duì)比驗(yàn)證，測(cè)試工況為：-15 ℃/-工況下，具體測(cè)試要求見(jiàn)表2。

表2 制熱測(cè)試要求

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照J(rèn)B/T13573-2018《低環(huán)境溫度熱泵熱風(fēng)機(jī)》測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，按照-15 ℃工況測(cè)試在穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)下電子膨脹閥開(kāi)度對(duì)排氣過(guò)熱度及性能的影響；

綜合測(cè)試結(jié)果：

1）非穩(wěn)態(tài)下，電子膨脹閥開(kāi)度波動(dòng)對(duì)制熱量及排氣過(guò)熱度的影響較大，低溫下，當(dāng)電子膨脹閥開(kāi)度較小時(shí)，性能隨之衰減，當(dāng)電子膨脹閥開(kāi)度開(kāi)大時(shí)，性能逐漸呈上升趨勢(shì)，反之，電子膨脹閥處于一直波動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致性能、排氣過(guò)熱度一直波動(dòng)，性能波動(dòng)值為5.5 %，排氣過(guò)熱度溫度波動(dòng)為8.7 ℃。

2）穩(wěn)態(tài)下，電子膨脹閥開(kāi)度穩(wěn)定對(duì)制熱量及排氣過(guò)熱度的趨勢(shì)比較穩(wěn)定，性能、過(guò)熱度一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，反之排氣溫度、噴焓量未受到電子膨脹閥調(diào)節(jié)的影響，系統(tǒng)較為平穩(wěn)。

4 閃蒸器液位控制

當(dāng)節(jié)流毛細(xì)管長(zhǎng)度不變，EEV進(jìn)行調(diào)整，使閃蒸器內(nèi)中間壓力：

式中：

Pk—蒸發(fā)壓力；

Po—冷凝壓力。

同時(shí)觀(guān)察閃蒸器內(nèi)液位，閃蒸器內(nèi)中間最佳壓力范圍在0.91.2 Mpa之間，同時(shí)將液位控制在中間或偏上一點(diǎn)。

制熱時(shí)，對(duì)閃蒸器液位控制比較復(fù)雜，要求在噴焓時(shí)壓縮機(jī)不能大量回液，又要保準(zhǔn)系統(tǒng)有足夠的冷媒量參與循環(huán)，同時(shí)提高室外側(cè)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)，保準(zhǔn)蒸發(fā)器有足夠的過(guò)熱度。而EEV對(duì)冷媒流量進(jìn)行控制，當(dāng)氣液兩相冷媒進(jìn)入閃蒸器，閃蒸器通過(guò)氣液分離，確保上下氣缸吸入閃蒸器分離的飽和氣體時(shí)，不能出現(xiàn)吸入液態(tài)冷媒，一斷有噴焓氣缸內(nèi)有回液現(xiàn)象，則壓縮機(jī)排氣溫度下降，性能則逐漸呈下降趨勢(shì)。

閃蒸器正常內(nèi)液位應(yīng)控制在中間或偏上一點(diǎn)，當(dāng)閃蒸器壓力決定噴射量的大小，當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)，噴射量變大，經(jīng)過(guò)室外蒸發(fā)器的制冷劑質(zhì)量流量減小過(guò)多，制熱量反而會(huì)下降，導(dǎo)致性能比常規(guī)循環(huán)還要差。同時(shí)由于噴射量過(guò)大，排氣溫度也會(huì)下降，因此也可以通過(guò)排氣溫度的高低來(lái)判斷是否噴射過(guò)量。

5 結(jié)論

1）制冷、制熱時(shí)，通過(guò)一級(jí)節(jié)流采用電子膨脹閥和二級(jí)節(jié)流采用毛細(xì)管節(jié)流方式，在不同環(huán)境溫度下EEV調(diào)節(jié)對(duì)制冷、制熱性能可提高到0.65～2.5 %，而節(jié)流毛細(xì)管對(duì)性能的影響較小，設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)流毛細(xì)管可采用常規(guī)毛細(xì)管代替；

2）在不同環(huán)境溫度下排氣過(guò)熱度隨著環(huán)境溫度升高，排氣過(guò)熱度也不一樣，性能調(diào)試時(shí)可綜合不同環(huán)境溫度下最佳狀態(tài)點(diǎn)，再根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行合理修正，排氣過(guò)熱度越大，能力反而呈下降趨勢(shì)，而噴焓量在減少，導(dǎo)致系統(tǒng)冷媒量與實(shí)際蒸發(fā)器中循環(huán)量不足，而補(bǔ)氣不足，性能呈下降趨勢(shì)；

3）當(dāng)閃蒸器壓力決定噴射量的大小，當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)，噴射量變大，經(jīng)過(guò)室外蒸發(fā)器的制冷劑質(zhì)量流量減小過(guò)多，制熱量反而會(huì)下降，性能比常規(guī)循環(huán)還要差。