两级压缩空气源热泵冷热水机组设计文献综述

1. 选题背景和意义：

能源是现代社会发展的物质基础，我国经济快速发展的同时，能源过度消耗的情况愈发严重。如何使用有限的能源满足更高的需求，成为社会生活中需要广泛关注的问题。并且，严寒地区和寒冷地区占据了我国版图的大部分区域，冬季供暖对这些地区来说是一个重大的问题，且采暖时间长。由于我国北方地区采取全面的冬季采暖措施，而北方地区城镇采暖的能源消耗是建筑运行能耗中的主要组成部分，所以从降低冬季采暖能耗入手，改善北方地区建筑的采暖设施，提高能源利用率是建设资源节约型社会亟待解决的问题。

空气源热泵作为一种高效，环保，节能的装置，可以有效改善我国能源状况，并且已经在我国长江中下游，华南及西南地区得到了广泛应用。由于北方地区气温较低，冬季室内外温差大，传统的空气源热泵一般为单级压缩式循环较难适应室外环境低温工况，主要原因是空气源热泵在室外环境低温工况工作时会因压缩机排气压力过高而影响其正常运行。室外环境温度低，空气源热泵的蒸发温度也会降低，冷凝温度不变是，会造成压缩机的压缩比升高，因而排气温度升高，严重时，导致系统频繁启停，不能正常工作。因此，选择采用两级压缩空气源热泵，双级压缩制冷循环是指来自蒸发器的制冷剂的低压蒸汽要经过低压与高压压缩机 两次压缩后，才进人冷凝器，并在两次压缩中间设置中间冷却器。实验证明，双级压缩比单级压缩的压缩比小，可以应用于比单级压缩更大的温差系统里，并且双级系统的排气温度降低，运行的稳定性更好。

1. 课题关键问题及难点：

(1)级间结构影响双级压缩循环性能的机理及循环的适用性

双级压缩系统存在多种循环，这些循环之间的异同点是什么?这些双级压缩循环对性能的改善与所选用制冷剂的关系是怎样的?针对空气源热泵适用的制冷剂有哪些，以及对应这些制冷剂应该如何选择循环?这需要从机理上分析级间结构作用对双级压缩循环性能的影响,得出一般的结论用于指导双级压缩循环的选择及使用。

(2)最优中间压力和最优性能系数的主要影响因素及其计算方法的改进

对于制冷系统而言,蒸发温度相对稳定,使用目前已有最优中间压力估算公式进行系统设计及控制对系统性能影响不大。但是对于双级压缩空气源热泵系统，蒸发温度大范围变化的特点会使得在设计工况下压缩机选型的偏差在整个运行过程中放大，最终导致整个运行季节能耗的增加。因此现有最优中间压力简化计算公式用于双级压缩空气源热泵设计存在不足，需要进一步对影响最优中间压力的因素进行分析和总结，扩宽对现有最优中间压力影响因素的认识，从而更好的指导双级压缩空气源热泵系统的设计。

(3)面向供暖过程的双级压缩空气源热泵系统最优气缸容积比的确定方法

压缩机配比(本文亦称气缸容积比)与设计工况有关，尤其是与蒸发温度有关。当设计工况确定、制冷剂及循环形式选定、中间压力给定，即可以根据压缩机的性能参数计算得出需要的两个压缩机的配比。然而设计工况中的蒸发温度与室外环境有关，当蒸发温度随着室外环境温度在整个运行季节大范围变化时，在哪个工况下进行压缩机配比的计算较为合适或者合理？这需要提出一个针对建筑供暖用途、面向供暖过程的双级压缩空气源热泵最优气缸容积比的确定方法，用于指导设备制造及供暖工程设备选型。

1. 文献综述（或调研报告）：

前言：低碳经济已经迅速闯进人们的视野,低碳新能源技术一时间成为投资者关注的焦点，传统热泵技术在不同的区域被广泛地应用，其在室外温度低至-10℃时制热效率低，影响了它的推广和使用。

为此，采用两级压缩空气源热泵循环系统来提高空气源热泵在低温环境下运行性能的研究越来越多。王伟等提出了一种用于低温环境下的双级压缩风冷热泵热水器,在冷凝温度为60℃,环境温度为-30 ℃时，系统性能系数COP能达到2.0。武文彬等对两级压缩空气源热泵热水器进行了实验研究,得出低温环境下，双级压缩循环压缩比低于普通单级压缩循环压缩比;系统制热量始终大于单级压缩循环制热量。田长青等将变频技术和两级压缩技术相结合，提高热泵系统的性能和制热量。刘雄等提出了一种CO2 双级压缩制冷热泵循环，理论分析了不同制冷剂质量流量系数、不同环境温度、热水温度以及高压压缩机排气压力下，新循环的性能,考察了特征温度和最佳排气压力的影响因素。Xu Shuxue等研究了双缸滚动活塞式双级压缩热泵系统,采用喷气增焓技术，大大提高了系统的整体性能 刘思煦等针对两次节流中间不完全冷却两级压缩空气源热泵系统,提出了当COP和单位制热量同等重要时,COP少量降低,系统的单位制热量增加，减少能耗和环境污染的同时，满足冬季室内热舒适性。