低溫噴氣增焓熱風機制冷系統關鍵點設計試驗分析

童 煒 曠文琦 盧國濤 岳耀標 王保忠

（廣東TCL智能暖通設備有限公司 中山 528427）

引言

熱風機運行高效，采暖費用低。低溫空氣源熱泵熱風機采用了低溫噴氣增焓技術，在冬季低溫工況下仍具有更強勁的制熱效果，低溫工況下（-12 ℃）COP可達2.2以上，能效比電采暖和天然氣采暖要高得多。

從舒適性來說，熱風機的舒適性比同價位產品更高。以空調為例，普通家用空調機組安裝于房間上部，制熱時暖風難以下沉，舒適性差；而熱風機安裝在房間底部，采用地毯式送風，制暖時可上下同時出風，向房間中部、下部同時供暖，這大大提升了用戶采暖體驗感。

1 低溫噴氣增焓系統原理

低溫噴氣增焓系統原理圖：制熱噴焓原理如下，從冷凝器（室內側）過冷的液態制冷劑經過一次節流后，在閃蒸器內進行氣、液分離，輔路分離的氣態冷媒進入壓縮機上下缸體進行壓縮（中壓），主路氣液兩相經過二次節流，進入蒸發器（室外側）蒸發后到壓縮機，輔路分離的氣態冷媒進入壓縮機噴焓缸體內與原有的冷媒進行混合，從而增加壓縮機中的冷媒質量流量。低溫噴氣增焓系統循環圖見圖1。

圖1 低溫噴氣增焓系統原理圖

系統制熱量為冷凝器的放熱量，即：

在閃蒸過程中，存在：

在噴氣增焓過程中，系統總的制熱量可以表示為：

對于沒有閃蒸器的熱泵循環見圖2，其制熱量可以表示為：

圖2 帶閃蒸器的系統壓焓圖

由式（4）和式（5）可得，

式中：

Qh—噴氣增焓系統制熱量（kW）；

m—室外換熱器制冷劑質量流量（kg/s）；

i—閃蒸過程制冷劑質量流量（kg/s）；

h1—吸氣口制冷劑焓值（kJ/kg）；

h2—中間壓縮制冷劑焓值（kJ/kg）；

h3、h4—噴氣增焓循環與傳統熱泵循環壓縮機出口制冷劑焓值（kJ/kg）；

h5、h5′—噴氣增焓循環制冷劑節流前、后的焓值（kJ/kg）；

h4、h4′—閃蒸過程制冷劑節流前、后的焓值（kJ/kg）。

2 EEV電子膨脹閥+毛細管對噴焓量的控制（見圖3）

圖3 不同節流毛細管長度節流毛細管與EEV性能對比

2.1 試驗驗證方案

根據JB/T13573-2018《低環境溫度空氣源熱風機》測試標準，本次試驗在4 kW熱風機上驗證，壓縮機采用海立WHP05600AEKQA7JT6B上對比驗證，測試工況為：7/6 ℃、-12/-13.5 ℃、-20 ℃/-、35/24 ℃工況下，具體測試要求：不同室外環境溫度下，定頻率，對比節流毛細管不同長度與EEV不同開度下對制熱、制冷量的影響，最后通過實驗結果定主閥，從而實現對噴焓量的控制；

2.2 試驗結果與分析

按照JB/T13573-2018《低環境溫度熱泵熱風機》測試標準，按照-12 ℃、-20 ℃兩個工況測試不同電子膨脹閥開度下排氣過熱度對性能的影響。

綜合測試結果：

1）在不同室外環境工況，通過調節節流毛細管、EEV一級節流與二級節流性能對比發現，在節流毛細管長度調節（節流毛細管），EEV不變的情況下，當節流毛細管長度越長的情況下：制冷時，進入蒸發器的制冷劑液體節流干度減小，蒸發器內的單位質量焓差增加，但由于制冷劑質量流量減小，制冷量增加與否未。

2）在不同室外環境工況，對比節流毛細管長度調節，EEV不調節，性能差異范圍0.56～1.72 %，說明節流毛細管的長度在不同環境溫度下對性能的影響較小，實際測試取值偏差+誤差較小，所以節流毛細管實際調試中可用毛細管代替，減少控制上復雜性。

3）在不同室外環境工況，對比節流毛細管長度不變，EEV調節，性能差異范圍-2.5～1.09 %，說明在不同環境溫度下EEV調節，對制冷量可以提高到2.5 %、制熱量0.65 %，說明EEV調節對噴焓量的控制尤為重要。

3 排氣過熱度對噴焓量的控制

3.1 排氣過熱度對噴焓量的影響對比分析

3. 1.1 試驗驗證方案

根據JB/T13573-2018《低環境溫度空氣源熱風機》測試標準，本次試驗在4 kW熱風機上驗證，壓縮機采用海立WHP05600AEKQA7JT6B上對比驗證，測試工況為：-12 ℃/-13.5、-20 ℃/-工況下，以下為具體測試要求：

3. 1.2 試驗結果與分析

按照JB/T13573-2018《低環境溫度熱泵熱風機》測試標準，按照-12 ℃、-20 ℃兩個工況測試不同電子膨脹閥開度下排氣過熱度對性能的影響，制熱測試工況見表1。

表1 制熱測試工況

綜合測試結果：

1）相同頻率下，不同電子膨脹閥開度對制熱量及排氣過熱度的影響，一般壓縮機排氣過熱度要求≥15 ℃以上，從以上數據中，可以得出隨著排氣溫度及過熱度的上升，制熱量呈下降趨勢，-12 ℃工況下能力衰減率最大值為0.79 %，-20 ℃工況下能力衰減率最大值為0.68 %；

2）在不同環境溫度下排氣過熱度隨著環境溫度升高，排氣過熱度也不一樣，在環境溫度相差8 ℃時，排氣過熱度最小相差9.1 ℃，相差為56 %，說明不同溫度下排氣過熱度對性能的影響較大，所以性能調試時可綜合不同環境溫度下最佳狀態點，再根據系統參數進行合理修正；

3）排氣過熱度與能力呈正反比，當排氣過熱度越大，能力反而呈下降趨勢，說明電子膨脹閥在調節的過程中，排氣過熱度熱大反而噴焓量在減少，導致系統中冷媒量與實際蒸發器中循環量不足，而補氣不足，性能呈下降趨勢。

3.2 穩態與非穩態的排氣過熱度對比分析

3.2.1 試驗驗證方案

根據JB/T 13573-2018熱風機測試標準，本次試驗基于海立壓縮機WHP05600AEKQA7JT6B上對比驗證，測試工況為：-15 ℃/-工況下，具體測試要求見表2。

表2 制熱測試要求

3.2.2 試驗結果與分析

按照JB/T13573-2018《低環境溫度熱泵熱風機》測試標準，按照-15 ℃工況測試在穩態與非穩態下電子膨脹閥開度對排氣過熱度及性能的影響；

綜合測試結果：

1）非穩態下，電子膨脹閥開度波動對制熱量及排氣過熱度的影響較大，低溫下，當電子膨脹閥開度較小時，性能隨之衰減，當電子膨脹閥開度開大時，性能逐漸呈上升趨勢，反之，電子膨脹閥處于一直波動時，導致性能、排氣過熱度一直波動，性能波動值為5.5 %，排氣過熱度溫度波動為8.7 ℃。

2）穩態下，電子膨脹閥開度穩定對制熱量及排氣過熱度的趨勢比較穩定，性能、過熱度一直處于穩定狀態，反之排氣溫度、噴焓量未受到電子膨脹閥調節的影響，系統較為平穩。

4 閃蒸器液位控制

當節流毛細管長度不變，EEV進行調整，使閃蒸器內中間壓力：

式中：

Pk—蒸發壓力；

Po—冷凝壓力。

同時觀察閃蒸器內液位，閃蒸器內中間最佳壓力范圍在0.91.2 Mpa之間，同時將液位控制在中間或偏上一點。

制熱時，對閃蒸器液位控制比較復雜，要求在噴焓時壓縮機不能大量回液，又要保準系統有足夠的冷媒量參與循環，同時提高室外側蒸發器的傳熱系數，保準蒸發器有足夠的過熱度。而EEV對冷媒流量進行控制，當氣液兩相冷媒進入閃蒸器，閃蒸器通過氣液分離，確保上下氣缸吸入閃蒸器分離的飽和氣體時，不能出現吸入液態冷媒，一斷有噴焓氣缸內有回液現象，則壓縮機排氣溫度下降，性能則逐漸呈下降趨勢。

閃蒸器正常內液位應控制在中間或偏上一點，當閃蒸器壓力決定噴射量的大小，當壓力過高時，噴射量變大，經過室外蒸發器的制冷劑質量流量減小過多，制熱量反而會下降，導致性能比常規循環還要差。同時由于噴射量過大，排氣溫度也會下降，因此也可以通過排氣溫度的高低來判斷是否噴射過量。

5 結論

1）制冷、制熱時，通過一級節流采用電子膨脹閥和二級節流采用毛細管節流方式，在不同環境溫度下EEV調節對制冷、制熱性能可提高到0.65～2.5 %，而節流毛細管對性能的影響較小，設計時節流毛細管可采用常規毛細管代替；

2）在不同環境溫度下排氣過熱度隨著環境溫度升高，排氣過熱度也不一樣，性能調試時可綜合不同環境溫度下最佳狀態點，再根據系統參數進行合理修正，排氣過熱度越大，能力反而呈下降趨勢，而噴焓量在減少，導致系統冷媒量與實際蒸發器中循環量不足，而補氣不足，性能呈下降趨勢；

3）當閃蒸器壓力決定噴射量的大小，當壓力過高時，噴射量變大，經過室外蒸發器的制冷劑質量流量減小過多，制熱量反而會下降，性能比常規循環還要差。