-35℃!空气源热泵采暖凭什么压缩机能那么好用?

极地科考船“雪龙号”,行走于南北极间,近乎全球最冷气温;

黑龙江漠河北极村,中国最冷的地方,极端最低温-52.3℃;

青藏高原,全球海拔最高的地区,平均海拔4000m以上;

空气源热泵在以上地区的成功应用,代表其完成了最高海拔、全国最冷地区、全球最冷地区的全面包围。这说明:低温已经不再是前行路上的壁障!

在民用领域也不遑多让,今年的中国热泵展上,众多品牌的极限低温已经做到了-30℃,-35℃……空气源热泵整体市场开始向着东北、西北角力。
从寒冷地区走向严寒地区
一路走来并非通途,长久以来空气源热泵的低温制热一直经受质疑,最早只能在河北、山东、山西等北方寒冷地区使用,这些地区的最冷的月份平均气温也高于-10℃,而低温空气源热泵的最低工况也在-20℃以下,使用效果是完全能够保证的。
随着运行温度不断下探,空气源热泵开始在西藏、新疆、东北等严寒地区应用。在前面几年树样板、立口碑的推广阶段,空气源热泵的采暖舒适效果和运行费用都经受住了考验,成为了广大用户心中性能、价格都明显突出的“新贵”。
基于产品和应用范围的快速拓展,国家标准《低环境温度空气源热泵(冷水)机组》GB∕T 25127.1/2-2020也进一步更新,将原本的最低温度从-20℃,进一步拉低为-25℃,代表空气源热泵的低温制热受到正式的认可。
技术突破,是应用范围扩大的基础
空气源热泵主要吸收空气中的热量,而在冬季室外凝水成冰的环境下,有热量可以吸收吗?
实际上,不管气温多低,空气提供热量的能力是基本不变的!因为空气的比焓近似不变,即单位体积的空气温度变化1℃,所需要的吸收或放出的热量一定,也就是说20℃的空气和-20℃的空气,其实储热能力是一样的,有充足的热量被机组吸收。
正是基于这样一个事实,空气源热泵吸收室外空气热量用于室内采暖,这条路线本身是正确的。事实证明,早期空气源热泵难以胜任严寒地区的原因正是技术实现能力的不足。而近些年技术水平的不断突破,这些问题也就迎刃而解了。
汽车能跑多快取决于发动机,空气源热泵能实现低温制热,也要归功于压缩机。压缩机作为空气源热泵的“心脏”,寒冷天气下受到的负面影响也最大,如何提升压缩机在低温下的排气量、工作效率、压缩比,成为整个行业的关键技术节点。
技术探讨,从压缩机来看低温制热难关
1.冷媒循环量降低
根据制冷剂性质,供水温度不变则制冷剂冷凝压力不变,随着室外气温逐渐降低,蒸发压力不断下降,压缩机吸气比容随之增大,系统循环工质量减少,导致系统制热量和制热性能系数都下降。
2.排气温度过高
排气温度是决定压缩机使用寿命的重要因素,要严格控制在 130℃以下。室外蒸发压力降低,压缩机吸气压力降低,在排气压力不变情况下,压缩比增大,压缩机排气温度升高,过热度增加。
3.压缩机安全性下降
过高的排气温度会造成冷却润滑油和工质的密度降低,进而在金属催化下化学分解成对机器不利的游离炭、酸和水分。
游离炭积聚在排气阀上时增加压缩机的排气阻力,完全堵死时会爆缸;酸类随制冷剂循环会腐蚀系统各个部分;压缩机内存过多水分会产生“水锤”现象,温度过高时也可能烧毁电机。
4.压缩机效率下降
容积效率主要受余隙容积、开口过流压力、吸气过热度和制冷剂泄漏的影响。压缩机压比升高,会造成容积效率下降。室外温度降低,制冷剂蒸发压力下降,压缩机容积效率的降低也加剧了制热量的减少。
压缩机关键技术的进步,为空气源热泵提供了强劲“热核心”,使得运行极限低温不断刷新。以日立热泵专用涡旋压缩机为例,通过一系列的技术创新,克服低温衰减难题,从而保证制热效果。
日立热泵专用涡旋压缩机能使用于更低的环境温度,在-35℃稳定运行,最低可在-40℃蒸发温度工况下运行。
拥有更高的压缩比,最大压缩比达到14.3,实现-25℃环境温度下50℃出水温度需求。
拥有更高的压力范围,最大排气压允许达到4.3MPa,实现最大65℃出水温度要求。
五大关键技术,一一回应低温难题
1.高效喷气增焓
针对低温环境下循环冷媒流量降低问题,可以通过增加中间补气增加气体冷媒流量,增加机组制热量。
日立热泵专用涡旋压缩机通过喷气增焓技术,改善压缩机涡旋受力情况,并且能有效降低排气温度,拓展压缩机运转范围。
2.变频涡旋技术
日立热泵专用涡旋压缩机采用变频驱动,最大能实现130%的超频运转,能够在工况不良时有效补充衰减的热量;在系统开启阶段,通过变频转速提升及喷气增焓技术,还可以实现快速制热。
3.高效稀土直流永磁同步电机
日立热泵专用涡旋压缩机采用高效稀土直流永磁同步电机,在20~130rps全频段范围内都可以实现无极调速,保证可靠的输出转矩及高效率,同时具备高启动力矩,快速启动,高过载能力等优点。完美契合热泵压缩机高水温要求、低温制热能力需求强化等特性要求。
4.优化压缩腔体设计
日立热泵专用涡旋压缩机通过涡旋强化和涡旋型线优化,整个压缩过程更加稳定高效,压缩机得以使用在更低温工况,并且提供更高的出水温度。
5.防过压缩泄压阀设计
对于涡旋压缩机,其压缩机过程是一个恒定压缩比的压缩过程,当实际环境需求改变时,可能会存在涡旋腔内压力已达到冷凝温度,但却未到达排气口无法及时排气,造成过压缩情况,使得功率提升、排气温度升高。
日立通过设计泄压阀,优化了涡旋压缩机可能存在的过压缩危害,安全性和工作效率大大提升。

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