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CO2热泵为何难普及?
发布日期:2016/2/22 9:37:36


  领域的节能和降耗技术,以及该技术的相关产业化,在二氧化碳制冷和制热方面已有多项发明专利。本文里熊博士将为大家解读二氧化碳跨临界循环在热泵机组的应用,以及二氧化碳热泵产品的优势和标准。

 

 

中高温热泵工质特点

 

  尽管从理论上说,理想循环的性能与工质无关,但实际上工质的具体性质对热泵性能会产生很大影响。在制冷剂的使用研发历史中,先后有五十多种物质被用作循环工质,人类最初使用的是自然工质。19世纪末到1930年间,二氧化碳、氨、二氧化硫、氯甲烷等自然工质被广泛的应用。除二氧化碳外,其余工质均有毒性或可燃性,而二氧化碳则因安全无毒且不可燃,物理化学性能稳定,广泛应用于民用和船用制冷等方面。直到1930年,美国杜邦公司研发出一系列的卤代烃作为制冷剂,也就是俗称的氟利昂(Freon),以热力性质优良和化学性能稳定的优势迅速取代了原来使用的各类制冷剂(氨除外),基本垄断了制冷剂行业,同时促进了整个制冷行业的快速发展。随着世界制冷空调技术的应用和发展,制冷剂的年需求量逐年增加,每年消耗量可达百万吨级,方便人类的生活的同时也带来了不可预测的环境问题:臭氧层破坏和温室效应。因此,寻找可替代的环境友好型工质已经迫在眉睫。

 

 

  对于中高温热泵工质,研究内容包括四个方面:适用工质的提出,工质循环性能研究,工质热物性研究和工质的应用研究。中高温热泵系统中循环工质的选择是一个关键问题,为了使热泵系统达到设定的工况要求及节能的目的,必须选择适宜的循环工质。以下是工质的选择标准:良好的传热和流动性能;工质应有较高的导热系数以及较高的相变传热系数,以减少热交换器的面积;同时应具有较低的粘度,以降低管路中的流动阻力;具有良好的物理化学性质。目前关于中高温热泵工质的研究中,既有纯物质又有混合工质,既有自然工质又有人工合成工质。目前研究的制冷工质,对臭氧层的破坏能都已很小,但部分制冷工质的温室效应指数仍很高,只是不得已的过度方案。综合考虑,应该研究推广的制冷剂有 二氧化碳等零ODP和低GWP的环境友好、安全、循环效率高的制剂。

 

二氧化碳热泵机组普及的难题

 

  目前,国内有许多空气能企业在推广宣传二氧化碳热泵机组,但是产品质量和使用效果存在一定差异。质量好的二氧化碳热泵机组在系统设置、产品性能、稳定安全性上有相应的要求,因此在选用的时候需要特别注意。

 

  首先,二氧化碳热泵系统需参考相关业内设计标准进行装备。二氧化碳热泵机组在国内发展并不成熟,因此需要以国内外对二氧化碳热泵系统的研究成果为依据,参考相关业内设计标准装备二氧化碳热泵系统,如GB/T18430.1-2007《蒸气压缩循环冷水(热泵)机组、工业或商业用和类似用途的冷水(热泵)机组》、GB/T21362-2008《商业和工业用及类似用途的热泵热水机组》及日本的 JRA4050-2001《热泵热水器的性能(二氧化碳制冷剂)标准》等。同时,考虑到二氧化碳热泵热水机组在国内的使用需求和量产的前景规划,还需要结合机组的经济性和适用范围,合理设置和分布相应的组成部件,设计合适高效的二氧化碳热泵系统;采取多种措施和方法解决安全和泄漏的问题,选用承压性能好的阀门、管道和容器;布管方式合理,在合理的位置根据系统需求添加相应组件,如回热器、气液分离器、相关阀门等。

 

  其次,二氧化碳热泵还需搭配性能优化的压缩机和换热器。在确定二氧化碳热泵系统构造和组成的基础上,针对市场需求和现有的开发需求(制冷量、管路有害过热、蒸发温度、热水的日供水量、供水温度、热泵热水机组COP等),通过计算确定压缩机的适用类型和型号。在此基础上,分析并选用合理的换热器,二氧化碳热泵系统的气冷器的工作压力很高,通常达8MPa,比常规气体冷却器的工作压力高得多,故在材料选用和结构设计上要考虑能承受较高的压力。目前的防结垢板式换热系统,可以有效的降低换热器水侧的结垢速率,提升系统性能。

 

  再次,二氧化碳热泵系统控制优化,安全有保障。关于最优COP与冷却压力和出口温度的关系,现有的研究结果很大部分都是基于曲线拟合得出的相应结果,针对考虑的因素不同,也产生了各种不同形式的COP与冷却压力关系式。基于上述现状可知,寻求最优压力获取COPM的方法目前没有一个业内统一认可的标准。国内外不少研究数据显示,通过调节气冷器出口温度和冷却压力,能够获得COPmax。

 

  二氧化碳热泵系统压力比普通热泵高5~10倍,因此有诸多对于二氧化碳热泵安全性能否保障的质疑。二氧化碳热泵系统效率高,出水温度高,低温性能好,而恰恰是因为二氧化碳系统运行压力高,才使其拥有由于其他热泵的上述优点。二氧化碳热泵系统设置压力传感器、压力开关、安全阀、泄压阀,包括机械和电子等三种压力防护保障方案,使用户在二氧化碳压力方面没有任何顾虑。

(戎马传媒·《热泵市场》杂志社 订阅热线:0755-26781737)
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