文献综述--CO2工质在热泵热水器中的应用

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1、 文献综述 题 目 CO2 工质在热泵热水器中的应用 学生姓名 专业班级 热能与动力工程 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) （讲师） 完成时间 1 CO2 工质在热泵热水器中的应用 摘要 分析了 CO2 的性质和跨临界循环的特点，介绍了 CO2 工质在热泵热水器中的研究与应用发展 现状，探讨了其目前所面临的问题。与传统制冷剂相比，CO2 在热泵热水器中的应用具有广阔的 发展前景。 关键词：二氧化碳 跨临界循环 热泵热水器 一、CO2 的性质 CO2 是一种绿色环保的天然工质，使用 CO2 作为热泵热水器制冷剂具有较多优 点：(1)环境性能优良。ODP 为零，且 GWP 很小，

2、约为 R134a 和 R22 的千分之一。 (2)单位容积制冷量大。其容积制冷量约为 R22 的 5 倍。(3)具有优良的流动和传热特 性。(4)来源广泛，价格低廉。(5)化学稳定性好，完全适用于普通的润滑油和通常的 制造材料。(6)安全无毒，不可燃。(7)绝热指数高。虽然可能存在使压缩机排气温度 偏高的问题，但符合制取高温热水的要求。(8)临界温度低。因此循环一般在跨临界 状态下运行。正因为 CO2 这些优点，前国际制冷学会主席 GLorentzen认为它是无 可取代的制冷工质，并提出跨临界循环原理，指出其在热泵领域将发挥重要作用1。 二、CO2 跨临界循环及特点 由于 CO2 临界温度较低

3、(311)，其热泵循环流程采用的是跨临界循环。CO2 跨临界循环时，压缩机的吸气压力低于临界压力，蒸发温度也低于临界温度，循环的 吸热过程在亚临界条件下进行，换热过程主要依靠潜热来完成。但是压缩机的排气压 力高于临界压力，换热过程依靠显热来完成，此时高压换热器不再称为冷凝器，而称 为气体冷却器。CO2 跨临界循环具有以下几个特点：(1)放热过程是一个伴随有较大 温度滑移的变温过程，这正好与水加热时的温升相匹配，是一种特殊的洛伦兹循环， 可以减少高压侧不可逆传热引起的能量损失，有利于提高循环系统的 COP；(2)与常 规制冷剂相比，CO2 跨临界循环的压缩比较小，约为 2530，可以提高压缩机

4、的运行效率，进而提高系统的性能系数；(3)系统的运行压力高，这对系统的材料强 度、密封和管道连接等方面的要求更苛刻；(4)传统的亚临界系统，制冷剂在冷凝器 出口的焓值仅是温度的函数，而 CO2 跨临界循环系统中，超临界压力状态下温度和 压力彼此独立，所以高压侧压力对制冷剂焓值有影响，高压侧压力也会对制冷量、压 缩机功耗和 COP 值产生影响2， 在最佳排气压力下， 循环系统的性能系数 COP 可达 CO2 工质在热泵热水器中的应用 专业班级： 热能与动力工程 10-2 班 姓名： 孟志强 学号： 541002020235 到最大。 三、CO2 热泵热水器的研究与发展现状 1994 年，挪威 S

5、INTEF 能源研究所的 GLorentzen 与 Neksa Petter 等人率先对 cch跨临界循环在热泵上的应用作了理论和实验上的研究。 他们制作了 CO2 热泵热水 器样机，并对样机进行性能测试，结果进一步证明了 CO2 热泵热水器在 0的蒸发 温度下，水从 9加热到 60时热水器样机的 COP 值高达 4.3，其能量消耗比电或燃 气系统降低了 75|3，并且可以提供 90的高温热水。奥地利的 Rieberer 对整个系 统进行模拟计算，结果表明：将 10的水加热到 60时，CO2 热泵热水器的 COP 值为 4.6，比 R134a 热泵热水器高出 154。德国 Dresden 大学

6、的 PHeyl 等人5 对 C02 跨临界循环热泵的热力学性能进行分析，对各种循环方式的计算方法，系统 部件的设计、选取和组装原则等方面进行了研究，并在 Dresden大学建立了 CO2：跨 临界循环热泵试验台，对不同装置中的计算和评价方法进行分析和讨论。日本电力工 业中央研究院(CRIEPI)与东京电力公司(TEPCO)及 DENSO 公司的 MSaikawa， KHashimoto，KKusakari等人6,7于 1998 年 9 月开始合作，对 CO2 热泵热水器 的基础理论进行研究，得出 CO2 热泵热水器的性能高于传统工质热泵的结论。1999 年，MSaikawa，KHashimoto 等人建起了 CO2 热泵热水器原型机实验台。2000 年， 他们叉对原型机进行了改进。 改进的 CO2 热泵热水器； 结果证明它的年平均 COP 值可以达到 3.0，即使在寒冷地区一 20的环境温度下仍可以提供高达 90热水