基于有内部热交换器的住宅空调系统CO2性能的实验研究

基于有内部热交换器的住宅空调系统 CO2性能的实验讨论Y.B.Yao,Y.L.He,W.Q.Tao,Z.G.Wu动力工程多相流国家重点实验室，西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安 710049，中国摘要: 拥有内部热交换器的跨临界 CO2住宅空调实验系统建立后，工况对于系统性能系数的影响也随之被测定。结果表明，蒸发器侧进气口参数对 COP 影响很小；在所讨论的蒸发器侧进气口及速度区域 COP 增长幅度分别低于 6%、4%。气体冷却器侧进口参数及系统蒸发温度是影响COP 的主要因素。当气体冷却器侧进口温度从 32.5℃涨至 37℃，COP 会降低 20%。由此基于实验数据，节流损失及其对 COP 的影响会得到分析。虽然内部热交换器会减小跨临界循环的节流损失，节流过程仍然有 5%的制冷损失， 这导致了系统 COP 降低 20%。气体冷却侧性能越好节流损失越小，另外系统蒸发温度的提高可以降低节流损失。最后提供了对于下一步讨论的一些建议。关键词：CO2制冷剂，跨周期，性能系数，节流损失1、 介绍近几十年中，CFC 及 HCFC 制冷剂的泄漏导致臭氧层耗竭及温室效应影响越来越严重。代替 CFC 及 HCFC 的天然制冷剂的使用已经有很多大学、讨论机构、公司进行调查讨论。在天然制冷剂当中，例如二氧化碳、氨、烃、空气及水，二氧化碳拥有独特的热物理特性，比如它的低粘度，高热容量以及优秀的热传导系数。同时，CO2臭氧消耗潜能值为 0，极低的 GWP 值，并且价格低廉。所以在众多天然制冷剂中，CO2是优秀的替代品。自从 Lorentzen 和 Pettersen 提出用于移动制冷设备的 CO2跨临界循环，对于不同制冷剂人们进行了许多讨论，空调和热泵系统采纳 CO2作为制冷剂。在实验调查中，以 CO2作为工作流质的空调系统的性能可参[2-4]；以 CO2为工作流质的空气-水热泵系统的性能可参[5-10]商业及商场制冷系统对于 CO2的应用则在[11-14]有着理论及实际的分析。在理论分析当中，斯里尼瓦桑等人[15]运用新的国家基本方程对于 CO2蒸汽压缩制冷循环进行了分析。Fartaj 等[16]则根据热力学第二定律讨论影响 CO2汽车空调系统性能的因素。萨卡等[17]则提出了火用分析以及对于基于热泵循环同时进行加热冷却应用的 CO2 跨临界循环的优化。Chen 和 Gu 等[18]对拥有内部热交换器的 CO2 跨临界制冷系统的理论分析及仿真工作进行计算。Rigola 等[19]为讨论 CO2跨临界制冷系统和传统的亚临界制冷周期进行了数值模拟和试验比较。在组件设计和讨论中，马德森等[20]从...