應(yīng)用于THIC空調(diào)系統(tǒng)中的CO2熱泵系統(tǒng)的模擬研究.pdf

1、本文通過(guò)對(duì)CO2制冷劑、CO2跨臨界制冷循環(huán)和溫濕度獨(dú)立控制(Temperatureand Humidity Independent Control，THIC)等的綜述研究，得出:(1)CO2具有以下優(yōu)勢(shì):環(huán)保、穩(wěn)定性好、制冷效率高、換熱效率高、臨界溫度低等;(2)CO2跨臨界制冷循環(huán)無(wú)論是在單獨(dú)制冷還是單獨(dú)制熱，都存在大量的能量浪費(fèi)。單獨(dú)制冷，空冷器部分的溫度滑移損失相當(dāng)大;單獨(dú)制熱，又有一部分可利用的冷量因排風(fēng)而損失掉了;(3)TH

2、IC系統(tǒng)為高溫冷源的使用提供了方便，也提高了系統(tǒng)的性能，但是，獨(dú)立除濕系統(tǒng)的能源來(lái)源又成了其發(fā)展的障礙。
　　考慮到溶液除濕再生需要大量的熱量和CO2跨臨界制冷循環(huán)中氣體冷卻器處存在較大的溫度滑移可產(chǎn)生高溫?zé)崴@兩個(gè)互補(bǔ)因素，本文就將CO2跨臨界制冷循環(huán)運(yùn)用于THIC系統(tǒng)中，使得CO2跨臨界制冷循環(huán)可以冷熱共用以及除濕劑再生所需熱量得到供應(yīng)，從而達(dá)到雙贏，提高整個(gè)系統(tǒng)的COP，起到節(jié)能環(huán)保的效果。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文采用的是仿

3、真模擬研究方式來(lái)對(duì)CO2跨臨界循環(huán)制冷（熱泵）系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，所用的仿真模擬軟件是丹麥的專家學(xué)者研發(fā)的CoolPack模擬軟件。
　　首先，本文通過(guò)研究CoolPack模擬軟件的功能及原理，之后，借鑒前人利用CoolPack模擬軟件輔組研究所得到的結(jié)論以及CoolPack模擬軟件模擬出來(lái)的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較的結(jié)果，從而論證CoolPack模擬軟件的可行性。因?yàn)楸疚闹饕峭ㄟ^(guò)仿真模擬來(lái)分析研究CO2跨臨界制冷循環(huán)系統(tǒng)的，所以，只

4、有當(dāng)所用的模擬軟件可行，分析研究的結(jié)果才是可行的。
　　然后，分析了CO2跨臨界循環(huán)溫濕度獨(dú)立控制一體化空調(diào)系統(tǒng)中的CO2跨臨界循環(huán)的運(yùn)行原理，并且建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析研究和仿真模擬，同時(shí)，以機(jī)組制冷量為100kW為例，結(jié)合CoolPack軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析研究。模擬跨臨界CO2循環(huán)在不同的蒸發(fā)溫度TE、冷卻器出口溫度T4、以及壓縮機(jī)排氣壓力P對(duì)系統(tǒng)COP的影響，模擬分析表明:
　　(1)存在最優(yōu)

5、高壓側(cè)壓力Popt使得循環(huán)系統(tǒng)COPsystem達(dá)到最大值，由模擬結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)中提及的關(guān)聯(lián)式(Popt=(2.778-0.0157TE)T4+(0.381TE-9.34)）可知，影響Popt的是T4和TE，其中，T4是主要影響因素。
　　(2)在模擬記錄過(guò)程中，記錄了循環(huán)制冷COPcooling、制熱量QGC、壓縮功W，等。并由此得制熱COPheating=QG C/W，因此，系統(tǒng)是冷熱全用的，便得到系統(tǒng)總COPsystem=C

6、OPcooling+COPheating，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)。
　　(3)蒸發(fā)溫度TE和氣體冷卻器出口溫度T4確定時(shí)，在達(dá)到最優(yōu)高壓側(cè)壓力Popt之前，系統(tǒng)總COPsystem隨氣體冷卻器出口壓力P的提高而提高，在達(dá)到最優(yōu)高壓側(cè)壓力Popt之后，系統(tǒng)總COPsystem隨氣體冷卻器出口壓力P的提高而降低;
　　(4)蒸發(fā)溫度TE和氣體冷卻器出口壓力P確定時(shí)，系統(tǒng)總COPsystm隨氣體冷卻器出口溫度T4提高而降低;
　　(5

7、)氣體冷卻器出口溫度T4和氣體冷卻器出口壓力P確定時(shí)，系統(tǒng)總COPsystem隨蒸發(fā)溫度TE提高而提高。
　　第二次模擬是在確定的最優(yōu)高壓側(cè)壓力Popt下進(jìn)行的，從而分析系統(tǒng)總COPsystem、蒸發(fā)溫度TE、氣體冷卻器出口溫度T4以及壓縮機(jī)排氣溫度T2等參數(shù)之間的變化關(guān)系。得出:T4的變化對(duì)COPsystem的影響很大，在保持Popt之下，隨著T4的提高，COPsystem降低得很快;而當(dāng)TE的提高，COPsystem不斷的提高

8、。但隨著T4的增大，COPsystem增加的幅度越來(lái)越小。在保持Popt之下，TE確定時(shí)，T2隨T4的提高而提高，而當(dāng)T4確定時(shí)，T2隨TE的提高而降低。T2的高低影響著新型一體化系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水的溫度的高低，根據(jù)模擬數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)需要制備70至90℃的熱水可得，T4取值范圍是30℃至40℃;而COPsystem與T4成反比關(guān)系，所以，T4的取值越小，COPsystem越高，可見(jiàn)較高的T4是以增加Popt、降低系統(tǒng)COPsystem為代價(jià)獲

9、得的。因此，從系統(tǒng)的角度來(lái)看，在滿足實(shí)際需求的情況下，應(yīng)盡可能降低T4。若T4的下限能滿足再生的要求，就不要盲目追求高溫，那樣將會(huì)得不償失。
　　根據(jù)本文的模擬分析，結(jié)合實(shí)際工程的需求，在一棟建筑中模擬設(shè)計(jì)出CO2跨臨界循環(huán)制冷（熱泵）空調(diào)系統(tǒng)。通過(guò)模擬得出:TE=12℃，T4=35℃，P=8.5MPa，T2=82.9℃，COPsystem=10.097。82.9℃的壓縮機(jī)排氣溫度足以制備出大于70℃的高溫?zé)崴┙o除濕劑再生，同時(shí)