1熱泵熱水機(jī)組一般由壓縮機(jī)、冷凝器、過(guò)濾器、膨脹閥、蒸發(fā)器等部件組成。

　　ODS淘汰行動(dòng)的推進(jìn)實(shí)施，蒙特利爾議定書(shū)正對(duì)大氣臭氧層的恢復(fù)和全球性的環(huán)境保護(hù)發(fā)揮著顯著而重要的作用。2007年9月在加拿大蒙特利爾召開(kāi)的蒙特利爾議定書(shū)第19次締約方大會(huì)上，國(guó)際社會(huì)又進(jìn)一步達(dá)成了對(duì)于加速淘汰氫氯氟烴（ HCFCs）的決定。與此前的規(guī)定相比，蒙特利爾議定書(shū)對(duì)于氫氯氟烴（HCFCs）的總體淘汰目標(biāo)提前了大約10年的時(shí)間。將這個(gè)*新的淘汰時(shí)間表世界各國(guó)加快了R22的替代步伐，歐洲國(guó)家已基本禁用了HCFC，美國(guó)也規(guī)定在新生產(chǎn)制冷設(shè)備中禁止使用R22。我國(guó)已加入WTO組織，我國(guó)制冷空調(diào)企業(yè)也將面臨這些發(fā)達(dá)國(guó)家綠色產(chǎn)品的巨大壓力，在工質(zhì)替代問(wèn)題上必須跟上發(fā)達(dá)國(guó)家的步伐。因此， R22的替代工作任務(wù)已十分緊迫。

　　2以R22為工質(zhì)的熱泵熱水機(jī)組

　　目前中國(guó)市場(chǎng)上的機(jī)組大多采用R22工質(zhì)，產(chǎn)品也相對(duì)成熟?，F(xiàn)對(duì)以R22為工質(zhì)的一次循環(huán)加熱式空氣源機(jī)組，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB /T21362？

　　2008？商業(yè)或工業(yè)用及類似用途的熱泵熱水機(jī)的名義工況，從熱力學(xué)理論分析和試驗(yàn)測(cè)試兩方面進(jìn)行分析研究。

　　2. 1理論設(shè)計(jì)計(jì)算

　　根據(jù)名義工況，機(jī)組的冷凝溫度T c = 56 ，機(jī)組的蒸發(fā)溫度T v = 10 ，過(guò)冷度T sc = 10 ，吸氣過(guò)熱度T sh = 5.根據(jù)低溫工況，機(jī)組的冷凝溫度T c = 56 ，機(jī)組的蒸發(fā)溫度T v = - 2 ，過(guò)冷度T sc = 10 ，吸氣過(guò)熱度T sh = 5.則理論循環(huán)每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)及COP、壓比的計(jì)算。

　　以R22為工質(zhì)的機(jī)組受壓縮機(jī)的限制，無(wú)法制取65以上的高溫?zé)崴壳笆袌?chǎng)上的多數(shù)R22壓縮機(jī)其安全工作的冷凝溫度*高僅為65.且當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在高冷凝壓力下時(shí)，其排氣溫度會(huì)非常高，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的碳化，影響壓縮機(jī)的使用壽命。

　　2. 2樣機(jī)試驗(yàn)

　　以一臺(tái)名義制熱量45 kW，名義消耗功率為11. 5 kW的機(jī)組為例，該機(jī)組以R22為工質(zhì)， R22的充注量為20 kg.對(duì)該機(jī)組按照國(guó)標(biāo)GB /T 21362？ 2008的要求中一次加熱式熱泵熱水機(jī)的試驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。名義工況下實(shí)測(cè)COP與理論COP的比值為0. 681，低溫工況下實(shí)測(cè)COP與理論COP的比值為0. 529.

　　2. 3樣機(jī)的除霜控制

　　機(jī)組在冬季運(yùn)行時(shí)，不可避免的要面臨冬季運(yùn)行結(jié)霜的問(wèn)題，機(jī)組要解決除霜問(wèn)題，主要從兩個(gè)方面著手一是改進(jìn)翅片換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，延緩結(jié)霜速度，二是結(jié)霜后能有效的除霜。機(jī)組通過(guò)在翅片換熱器底部增加3排過(guò)冷管段，用以減緩結(jié)霜的速度，同時(shí)機(jī)組采用了反向運(yùn)行的方式，通過(guò)四通閥換向，將運(yùn)行模式切換，直接將壓縮機(jī)的高溫高壓制冷劑蒸氣通到翅片換熱器管熱中，以達(dá)到快速有效的除霜目的。因此翅片換熱器的設(shè)計(jì)壓力需要能承受壓縮機(jī)排氣的高壓。

　　3制冷劑R744與R22的熱物性比較

　?。?1） R22無(wú)色無(wú)味，不燃、不爆，毒性小，對(duì)金屬無(wú)腐蝕，使用安全。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為- 40. 8 ，凝固溫度為- 160 ，具有較好的熱力性質(zhì)和熱物理性質(zhì)。它在常溫和普通低溫范圍內(nèi)壓力比較適中，單位容積制冷量大，傳熱性能雖然不如氨，但是比某些氟利昂工質(zhì)（如R134a）強(qiáng)，溶水性差，在潤(rùn)滑油中有限溶解。

　?。?2）常溫下， R744是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，具有非常穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，既不可燃也不助燃。其相對(duì)分子質(zhì)量為44. 01，臨界壓力為7. 3773M Pa，臨界溫度為304. 1 K，三相點(diǎn)溫度為216. 6 K，三相點(diǎn)壓力為0. 51795MPa，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，其升華溫度為195. 0 K，升華潛熱為573. 27kJ /kg，具有較大的單位容積制冷量。

　　R744的ODP = 0， GWP = 1，具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性，且無(wú)回收問(wèn)題；良好的安全性和化學(xué)穩(wěn)定性，CO2安全無(wú)毒，不可燃，適應(yīng)各種潤(rùn)滑油及常用機(jī)械零部件材料，即便在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體；具有與制冷循環(huán)和設(shè)備相適應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì)， CO2的蒸發(fā)潛熱較大，單位容積制冷量相當(dāng)高；具有良好的輸運(yùn)和傳熱性質(zhì)， CO2優(yōu)良的流動(dòng)和傳熱特性，可顯著減小壓縮機(jī)與系統(tǒng)的尺寸，使整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊。

　　R22與R744兩種工質(zhì)的物性對(duì)比。

　　4以R744為工質(zhì)的熱泵熱水機(jī)組

　　R744是熱泵系統(tǒng)工質(zhì)替代中*有潛力的天然工質(zhì)之一。CO2跨臨界系統(tǒng)氣體冷卻器端的溫度滑移可以與變溫?zé)嵩摧^好的匹配，它在熱泵熱水器方面的應(yīng)用具有其它供熱方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　4. 1理論熱力學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算

　　根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 21362？ 2008標(biāo)準(zhǔn)中熱泵熱水機(jī)（器）的名義制熱工況。根據(jù)名義工況，機(jī)組的氣體冷卻器出口溫度T c = 16 ，機(jī)組的蒸發(fā)溫度T v = 10 ，吸氣過(guò)熱度T sh = 5 ，排氣壓力P d = 9. 5MPa，根據(jù)低溫工況，機(jī)組的氣體冷卻器出口溫度T c = 16 ，機(jī)組的蒸發(fā)溫度T v = - 2 ，吸氣過(guò)熱度T sh = 5 ，排氣壓力P d = 9. 5M Pa，則R744的理論循環(huán)，每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)及COP、壓比的計(jì)算。

　　從理論分析可以得到以下結(jié)論，跨臨界R744循環(huán)，其熱泵運(yùn)行下由于其溫度滑移的特性，使之可以與水很好地進(jìn)行換熱，其制熱效果顯著，且其壓比較小，壓縮機(jī)的功耗要低。R744具有很高的單位容積制冷量，即相同冷量的機(jī)組，其R744的充注量要遠(yuǎn)少于R22，則機(jī)組的管路設(shè)計(jì)時(shí)，可以減小管徑，使機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省許多材料；但R744的運(yùn)行壓力非常高，需要增加管壁厚度，且需要重新設(shè)計(jì)各能承高壓的零部件。

　　4. 2試驗(yàn)結(jié)果測(cè)試

　　以一臺(tái)日本某公司的名義制熱量40 kW，名義消耗功率為10 kW的機(jī)組為例，該機(jī)組以R744為工質(zhì)， R744的充注量為9 kg（遠(yuǎn)小于以R22為工質(zhì)的機(jī)組）。機(jī)組還是按照GB /T 21362？ 2008的標(biāo)準(zhǔn)工況和一次加熱式熱泵熱水機(jī)組的試驗(yàn)方法，進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果。

　　名義工況下實(shí)測(cè)COP與理論COP的比值為0. 628，低溫工況下實(shí)測(cè)COP與理論COP的比值為0. 596.且機(jī)組能實(shí)現(xiàn)65以上的高出水溫度。

　　4. 3除霜控制

　　以R744為工質(zhì)的機(jī)組的壓力非常高，其除霜的方法也與以R22為工質(zhì)的機(jī)組的除霜方法不同，翅片換熱器的設(shè)計(jì)壓力要遠(yuǎn)小于排氣壓力的，因此，不能采用反向運(yùn)轉(zhuǎn)的除霜方式， 12M Pa的排氣壓力直接進(jìn)入到翅片換熱器中，會(huì)給換熱器帶來(lái)不可避免的損傷，如果講翅片換熱器的設(shè)計(jì)壓力提高到能承受12M Pa的壓力，那么換熱管的壁厚需要大大提高，一方面壁厚加大會(huì)增加熱阻，降低換熱系數(shù)，需要增加換熱面積來(lái)保證換熱量，增加成本另一方面也給翅片換熱器的脹管工藝帶來(lái)極大問(wèn)題，現(xiàn)有的模具無(wú)法滿足大壁厚的銅管的脹管，需要重新設(shè)計(jì)模具。因此R744的除霜控制，是通過(guò)旁通減壓的方式，通過(guò)一段由電磁閥控制的且串有一段毛細(xì)管的旁通管路，除霜時(shí)將電磁閥打開(kāi)，并通過(guò)毛細(xì)管降低壓力至換熱器的設(shè)計(jì)壓力以下，用較高溫度的R744工質(zhì)進(jìn)入翅片換熱器進(jìn)行除霜。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)R774和R22的物性比較，以及理論循環(huán)的對(duì)比，并以相近熱量的機(jī)組樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果作為依據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)以R744為工質(zhì)的熱泵熱水機(jī)組COP比以R22為工質(zhì)的熱泵熱水機(jī)組約高5. 6%，并且以R744為工質(zhì)的熱泵熱水機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)65以上的高出水溫度。R744與水具有很好的逆向換熱效果，其跨臨界循環(huán)可以很好的應(yīng)用于熱泵熱水機(jī)組產(chǎn)品。作為一種環(huán)保工作，R744在熱泵熱水機(jī)組產(chǎn)品中能成為一種很好的替代工質(zhì)。