低温喷气增焓热风机制冷系统关键点设计试验分析

2022-04-14旷文琦卢国涛岳耀标王保忠

日用电器 2022年3期

关键词：毛细管节流环境温度

童炜旷文琦卢国涛岳耀标王保忠

（广东TCL智能暖通设备有限公司中山 528427）

引言

热风机运行高效，采暖费用低。低温空气源热泵热风机采用了低温喷气增焓技术，在冬季低温工况下仍具有更强劲的制热效果，低温工况下（-12 ℃）COP可达2.2以上，能效比电采暖和天然气采暖要高得多。

从舒适性来说，热风机的舒适性比同价位产品更高。以空调为例，普通家用空调机组安装于房间上部，制热时暖风难以下沉，舒适性差；而热风机安装在房间底部，采用地毯式送风，制暖时可上下同时出风，向房间中部、下部同时供暖，这大大提升了用户采暖体验感。

1 低温喷气增焓系统原理

低温喷气增焓系统原理图：制热喷焓原理如下，从冷凝器（室内侧）过冷的液态制冷剂经过一次节流后，在闪蒸器内进行气、液分离，辅路分离的气态冷媒进入压缩机上下缸体进行压缩（中压），主路气液两相经过二次节流，进入蒸发器（室外侧）蒸发后到压缩机，辅路分离的气态冷媒进入压缩机喷焓缸体内与原有的冷媒进行混合，从而增加压缩机中的冷媒质量流量。低温喷气增焓系统循环图见图1。

图1 低温喷气增焓系统原理图

系统制热量为冷凝器的放热量，即：

在闪蒸过程中，存在：

在喷气增焓过程中，系统总的制热量可以表示为：

对于没有闪蒸器的热泵循环见图2，其制热量可以表示为：

图2 带闪蒸器的系统压焓图

由式（4）和式（5）可得，

式中：

Qh—喷气增焓系统制热量（kW）；

m—室外换热器制冷剂质量流量（kg/s）；

i—闪蒸过程制冷剂质量流量（kg/s）；

h1—吸气口制冷剂焓值（kJ/kg）；

h2—中间压缩制冷剂焓值（kJ/kg）；

h3、h4—喷气增焓循环与传统热泵循环压缩机出口制冷剂焓值（kJ/kg）；

h5、h5′—喷气增焓循环制冷剂节流前、后的焓值（kJ/kg）；

h4、h4′—闪蒸过程制冷剂节流前、后的焓值（kJ/kg）。

2 EEV电子膨胀阀+毛细管对喷焓量的控制（见图3）

图3 不同节流毛细管长度节流毛细管与EEV性能对比

2.1 试验验证方案

根据JB/T13573-2018《低环境温度空气源热风机》测试标准，本次试验在4 kW热风机上验证，压缩机采用海立WHP05600AEKQA7JT6B上对比验证，测试工况为：7/6 ℃、-12/-13.5 ℃、-20 ℃/-、35/24 ℃工况下，具体测试要求：不同室外环境温度下，定频率，对比节流毛细管不同长度与EEV不同开度下对制热、制冷量的影响，最后通过实验结果定主阀，从而实现对喷焓量的控制；

2.2 试验结果与分析

按照JB/T13573-2018《低环境温度热泵热风机》测试标准，按照-12 ℃、-20 ℃两个工况测试不同电子膨胀阀开度下排气过热度对性能的影响。

综合测试结果：

1）在不同室外环境工况，通过调节节流毛细管、EEV一级节流与二级节流性能对比发现，在节流毛细管长度调节（节流毛细管），EEV不变的情况下，当节流毛细管长度越长的情况下：制冷时，进入蒸发器的制冷剂液体节流干度减小，蒸发器内的单位质量焓差增加，但由于制冷剂质量流量减小，制冷量增加与否未。

2）在不同室外环境工况，对比节流毛细管长度调节，EEV不调节，性能差异范围0.56～1.72 %，说明节流毛细管的长度在不同环境温度下对性能的影响较小，实际测试取值偏差+误差较小，所以节流毛细管实际调试中可用毛细管代替，减少控制上复杂性。

3）在不同室外环境工况，对比节流毛细管长度不变，EEV调节，性能差异范围-2.5～1.09 %，说明在不同环境温度下EEV调节，对制冷量可以提高到2.5 %、制热量0.65 %，说明EEV调节对喷焓量的控制尤为重要。

3 排气过热度对喷焓量的控制

3.1 排气过热度对喷焓量的影响对比分析

3. 1.1 试验验证方案

根据JB/T13573-2018《低环境温度空气源热风机》测试标准，本次试验在4 kW热风机上验证，压缩机采用海立WHP05600AEKQA7JT6B上对比验证，测试工况为：-12 ℃/-13.5、-20 ℃/-工况下，以下为具体测试要求：

3. 1.2 试验结果与分析

按照JB/T13573-2018《低环境温度热泵热风机》测试标准，按照-12 ℃、-20 ℃两个工况测试不同电子膨胀阀开度下排气过热度对性能的影响，制热测试工况见表1。

表1 制热测试工况

综合测试结果：

1）相同频率下，不同电子膨胀阀开度对制热量及排气过热度的影响，一般压缩机排气过热度要求≥15 ℃以上，从以上数据中，可以得出随着排气温度及过热度的上升，制热量呈下降趋势，-12 ℃工况下能力衰减率最大值为0.79 %，-20 ℃工况下能力衰减率最大值为0.68 %；

2）在不同环境温度下排气过热度随着环境温度升高，排气过热度也不一样，在环境温度相差8 ℃时，排气过热度最小相差9.1 ℃，相差为56 %，说明不同温度下排气过热度对性能的影响较大，所以性能调试时可综合不同环境温度下最佳状态点，再根据系统参数进行合理修正；

3）排气过热度与能力呈正反比，当排气过热度越大，能力反而呈下降趋势，说明电子膨胀阀在调节的过程中，排气过热度热大反而喷焓量在减少，导致系统中冷媒量与实际蒸发器中循环量不足，而补气不足，性能呈下降趋势。

3.2 稳态与非稳态的排气过热度对比分析

3.2.1 试验验证方案

根据JB/T 13573-2018热风机测试标准，本次试验基于海立压缩机WHP05600AEKQA7JT6B上对比验证，测试工况为：-15 ℃/-工况下，具体测试要求见表2。

表2 制热测试要求

3.2.2 试验结果与分析

按照JB/T13573-2018《低环境温度热泵热风机》测试标准，按照-15 ℃工况测试在稳态与非稳态下电子膨胀阀开度对排气过热度及性能的影响；

综合测试结果：

1）非稳态下，电子膨胀阀开度波动对制热量及排气过热度的影响较大，低温下，当电子膨胀阀开度较小时，性能随之衰减，当电子膨胀阀开度开大时，性能逐渐呈上升趋势，反之，电子膨胀阀处于一直波动时，导致性能、排气过热度一直波动，性能波动值为5.5 %，排气过热度温度波动为8.7 ℃。

2）稳态下，电子膨胀阀开度稳定对制热量及排气过热度的趋势比较稳定，性能、过热度一直处于稳定状态，反之排气温度、喷焓量未受到电子膨胀阀调节的影响，系统较为平稳。

4 闪蒸器液位控制

当节流毛细管长度不变，EEV进行调整，使闪蒸器内中间压力：

式中：

Pk—蒸发压力；

Po—冷凝压力。

同时观察闪蒸器内液位，闪蒸器内中间最佳压力范围在0.91.2 Mpa之间，同时将液位控制在中间或偏上一点。

制热时，对闪蒸器液位控制比较复杂，要求在喷焓时压缩机不能大量回液，又要保准系统有足够的冷媒量参与循环，同时提高室外侧蒸发器的传热系数，保准蒸发器有足够的过热度。而EEV对冷媒流量进行控制，当气液两相冷媒进入闪蒸器，闪蒸器通过气液分离，确保上下气缸吸入闪蒸器分离的饱和气体时，不能出现吸入液态冷媒，一断有喷焓气缸内有回液现象，则压缩机排气温度下降，性能则逐渐呈下降趋势。

闪蒸器正常内液位应控制在中间或偏上一点，当闪蒸器压力决定喷射量的大小，当压力过高时，喷射量变大，经过室外蒸发器的制冷剂质量流量减小过多，制热量反而会下降，导致性能比常规循环还要差。同时由于喷射量过大，排气温度也会下降，因此也可以通过排气温度的高低来判断是否喷射过量。