严寒条件CO2跨临界循环热泵优化技术

作者：吴锋明; 李帅旗; 李江峰; 田佳垚; 何世辉; 宋文吉^*; 冯自平

来源：新能源进展, 2023, 11(03): 255-263.

• 热泵
• 涡流管
• 二级压缩
• 跨临界循环

以严寒条件CO2跨临界循环热泵系统为研究对象，采用涡流管技术与二级压缩技术对其进行优化，采用工程方程求解器(EES)软件建立四个热力学模型(单级循环、单级涡流管循环、二级循环、二级涡流管循环)，模拟分析了性能系数(COP)、排气温度等参数随气冷压力、蒸发温度、过热度、级间压力的变化规律。研究表明气冷压力变化对严寒条件下优化系统的性能影响最大，在设定的压力变化范围内(7 MPa～12 MPa)，单级循环、单级涡流管循环、二级循环、二级涡流管循环的COP变化幅度分别为74.40%、60.46%、110.38%、90.94%；涡流管技术在低压缩比条件下优化效果更佳，一定条件下，单级涡流管循环较单级循环COP可提高11.2%；二级压缩技术在高压缩比条件下优化效果更好，在最优气冷压力条件下，二级循环相较单级循环COP可提高18.2%，同时二级压缩技术可降低压缩机排气温度，使压缩机保持较高的等熵效率，且存在最优级间压力使得COP达到最大值。结果表明，当总压缩比不大、级间压力处于较低水平或者需要获取更高的第一级压缩出口温度时，通过改变涡流管参数调节过热度效果更好，与二级压缩技术匹配将更有意义。

• 单位
  中国科学技术大学; 中国科学院广州能源研究所