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熱泵式水加熱器系統(tǒng)與循環(huán)原理

   2022-03-15 sj380
核心提示:利用CO2跨臨界循環(huán)加熱水的熱泵裝置的原理性系統(tǒng)與循環(huán)如圖2一31所示。圖上方示出的系統(tǒng)組成與圖2一30(b)類似。T一s圖中的虛線

利用CO2跨臨界循環(huán)加熱水的熱泵裝置的原理性系統(tǒng)與循環(huán)如圖231所示。

圖上方示出的系統(tǒng)組成與圖230b)類似。Ts圖中的虛線分別表示被加熱水的溫度變化和低溫熱源側的溫度變化。

就一般情況而言,多數熱泵從環(huán)境(水或空氣)大熱源吸熱,熱源溫度變化較小,蒸發(fā)器中制冷劑的定溫蒸發(fā)過程很適宜這種傳熱情況。熱泵向有限流量的水或空氣排熱,被加熱的流體溫度升高,所要求的流體溫升值或大或小。在小型直接凝結的空氣熱泵中,被加熱空氣的溫升范圍從(1520K(常規(guī)分體式機組)直到(30~40K(大型區(qū)域熱網供熱),工業(yè)應用和直接對水罐加熱的場合,則還要更高。這導致若用凝結排熱的常規(guī)熱泵循環(huán)方式,由于冷凝器中制冷劑定溫排熱與被加熱流溫升的不匹配,而要額外消耗相當多的功率。

這樣的加熱過程用CO2跨臨界循環(huán)就很相宜。從圖231中可以看到,要提高熱泵的效率,應使CO2的排熱溫度曲線與被加熱流體的吸熱溫度曲線形狀相近似。

當要求加熱水的溫升較大時,用圖231所示的CO2:單級壓縮系統(tǒng),適宜于要求加熱溫升(40~50K的場合(取決于熱源溫度)。這種情況下,與傳統(tǒng)循環(huán)相比,它很容易將比功降低40%COPH也獲得相應的改善。

當要求加熱水溫升較小時,上述系統(tǒng)的CO2:的排熱溫度曲線與被加熱流體的吸熱溫度曲線匹配不理想,存在COPH:下降的問題。用分級壓縮可以解決該問題。通過分級壓縮,讓CO2的排熱溫度曲線與期望的形狀相接近。圖2-32示出一個兩級壓縮的CO2熱泵式水加熱系統(tǒng)。將水的溫度從35℃加熱到60℃,適用于溫帶地區(qū)冬季供暖裝置。圖2-33利用T-s圖給出在同樣制熱能力和加熱溫度要求下,傳統(tǒng)R12熱泵循環(huán)與CO2兩級壓縮熱泵循環(huán)的比較。顯然,由于熱交換的溫度匹配關系改善了,CO2系統(tǒng)的能效明顯優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

CO2熱泵熱水器也可應用在寒冷氣候地區(qū),同時提供生活熱水和房間供暖熱水。對于提供供暖熱水和生活熱水的CO2熱泵熱水器,氣體冷卻器可以有不同的布置方案,優(yōu)化設計氣體冷卻器是提高CO2熱泵熱水器節(jié)能性能的重要途徑之一。

 
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