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单级压缩空气源热泵系统随着蒸发温度的降低，蒸发压力也在不断降低，压力比不断增大，导致压缩机的排气温度不断升高，容积效率下降，输气量减少，制冷量不断降低。因此，在蒸发温度低于-20℃工况下，通常需要采用双级压缩制冷循环来满足实际需求。树上鸟教育暖通设计杜老师。实验表明，当冷凝温度为30℃，蒸发温度为-20℃~-35℃的变化区间，低高压级压缩机理论输气量比ε在1.25~3.33范围时，系统的制热量随着§的增加逐渐减小，最大制热性能系数可比常规定流量机组（2:1）最大提高7%，比机组耗功降低8%，比3:1配组双级压缩最大高2.32%。此外，蒸发温度越低，最佳COP下的低高压压缩机理论输气量之比不断变大。双级压缩系统的工作原理（1）一次节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环一级节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环的工作过程是：从冷凝器出来的高温高压制冷剂液体分为两部分：一部分经过节流阀节流后进入中间冷却器“蒸发吸热”，然后与中间冷却器的制冷剂混合；另一部分经过制冷剂液体在中间冷却器内过冷，放出热量后经过节流阀节流降压，然后流入到蒸发器。当制冷剂从蒸发器出来后进入低压级压缩机进行压缩，压缩到中间压力的制冷剂过热蒸汽和从中间冷却器过来的饱和蒸气混合后进入高压级压缩机进行二次压缩。然后高压级压缩机进行压缩并排出过热蒸汽，进入到冷凝器冷却成液体，完成一个循环。8–1为工质在蒸发器中定压气化吸热，低压低温液体变为低温低压气体。l–2为工质在低压级压缩机定熵压缩，由蒸发压力压缩至中间压力。2–3为压缩后的过热蒸汽与中间冷却器出来的3–4为工质在高压级压缩机定熵压缩，由中间压力压缩至冷凝压力。4–5为工质在冷凝器中凝结放热，高温高压的制冷剂蒸气凝结放热。5–7为高温高压的制冷剂饱和液在中间冷却器定压过冷。7–8为工质由过冷液体节流至蒸发压力，节流前后焓值不变。5–6为部分工质节流至中间压力进入中间冷却器。6–3为节流进入中间冷却器后蒸发吸热，为进入蒸发器的制冷剂提供冷。（2）一次节流中间不完全冷却的双级压缩制热循环理论计算详见表1、2。实验分析采用变频压缩机搭建变制冷剂流量双级压缩制冷系统实验台，以RA为制冷剂，冷凝温度，蒸发温度，蒸发温度温差选取5℃，本次选取一次节流中间不完全冷却的双级压缩循环进行实验。（1）中间压力（中间温度）与低高压级输气量之比的变化关系中间压力和中间温度是双级压缩热泵系统中最重要的控制参数，图2和图3反应的是中间压力和中间温度随低高压级压缩机输气量之比的实验结果。从图中可以看出，中间压力和中间温度随低高压级压缩机输气量之比的增大而增大。对于固定的蒸发温度，中间温度和中间压力近似与低高压压缩机输气量之比成线性关系。当低高压级压缩机输气量之比一定时，随着蒸发温度的不断升高，系统的中间温度和中间压力也不断升高。高压级压缩机频率均匀增加，高压级吸排气量增加，制冷系统的制冷剂流速加快，低压级压缩机保持运行频率不变，压缩机排气量保持不变，导致中间冷却器的压力降低。中间冷却器排出的是制冷剂饱和蒸汽，中间温度和中间压力为固定对应参数，所以中间压力降低，导致中间温度降低。（2）中间压力（中间温度）与性能系数COP的变化关系图4和图5表示的是系统的性能系数COP随中间温度和中间压力变化的关系图，由于是在气液两相区所以温度和压力是一一对应的关系。当蒸发温度一定时，系统的性能系数COP随中间温度（中间压力）的变化呈现先增大后减小的趋势。不同蒸发温度下的最佳COP值都对应着一个最佳的中间温度（中间压力）。所以一次节流中间不完全双级压缩热泵系统存在机组运行的最佳COP，并非中间压力越大越好。随着蒸发温度的不断升高，系统的最佳COP值也不断地增大。（3）性能系数COP与低高压压缩机输气量之比的关系性能系数是热泵系统的综合指标，图6反应的是热泵系数性能系数COP与低高压级压缩机排气量之比的变化关系。蒸发温度越低，制热系数越小，相比与固定输气量双级压缩热泵系统的COP提高越多。压缩机的排气量与电机的转速成正比，当高压级压缩机频率从30Hz到80Hz逐渐增加时，低高压排气量对应为3.33～1.25，可得出蒸发温度和冷凝温度恒定时，制冷系数COP随着低高压级压缩机输气量之比的提高是先增大后减小，存在最优值。在蒸发温度分别为To=-20/-25/-30/-35℃时，最佳制冷系数依次为COP=3./3./2./2.，相比于固定输气量之比§=2:1时，COP依次提高1.63%，4.11%，4.43%，5.1%；相比于§=3:1，COP依次提（4）最佳COP下低高压压缩机输气量之比与蒸发温度的关系对于固定的冷凝温度和蒸发温度，随着高低压级压缩机排气量之比的不断增大，制热系数存在最大值，也就是说最大的COP存在对应的最佳低高级压缩机排气量之比。由图7可以看出当冷凝温度不变时，随着蒸发温度的降低，在该工况保持机组最大COP运行时，低高压级排气量之比的变化趋势是不断增大的。总结单级压缩热泵系统的蒸发温度降低，蒸发压力也会在不断降低，压力比不断增大，导致压缩机的排气温度不断升高，容积效率下降，输气量减少，系统性能系数下降等一系列问题，为解决低温下系统运行性能差的问题，所以采用双级压缩热泵循环来满足实际需求。双级压缩热泵机组的低高压级压缩机输气量比大多为2:1（或3:1）的定频双级压缩热泵系统，中间压力和高低压排气量相对固定。当系统工况或负荷变化时，不能达到系统的最佳性能系数。与此同时，为维持所需温度，定频双级压缩热泵系统通常通过开停机来实现温度恒定，造成压缩机频繁启停，耗电量增加，降低了热泵系统的寿命，所以需采用变频双级压缩热泵系统来解决压缩机频繁启停所造成的耗电量大的问题，并且采用变频压缩机可以实现系统在最佳COP下运行。#暖通#免责声明：本文作者赵瑞昌，杨永安，转载内容仅作学习交流之用，所述观点不代表本号立场，其版权归属原作者，如有侵权，联系本号删除

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