CO2热泵压缩机应用现状与前景.pdf

1、1/36 2023年中国制冷展 2023 CO2热泵压缩机应用现状与前景 许平飞许平飞 2023.4.7 2/36 2023年中国制冷展 2 一、背景 二、CO2跨临界热泵循环 三、应用现状与前景 四、CO2跨临界活塞压缩机 五、总结 目录 CONTENTS 3/36 2023年中国制冷展 3 01 PART ONE 背景 Background 4/36 2023年中国制冷展 背景 1850年 CO2制冷技术起步 快速发展 重新成为热点 1890年 1930年 1993年 Twing提出CO2作为蒸气压缩式制冷剂 1850年 Lowe第一次实现CO2在商业制冷机应用，证实CO2制冷剂的可能性

2、1869年 人工合成制冷剂开发，CO2制冷剂逐渐淘汰 1931年 最后一台船用CO2制冷机停止工作 1950年 前国际制冷学会主席G.Lorentzen 提出二氧化碳跨临界循环理论，指出其在热泵领域的重要作用 1993年 二氧化碳在冷热领域重新得到重视，二氧化碳跨临界热泵技术不断发展 21世纪 Linde开发了CO2为工质的制冷机 1882年 Harrison设计出了CO2制冷装置 1884年 Windhausen设计出了CO2压缩机，1890年投产，从此CO2制冷剂快速发展 1886年 至今 逐渐淡出 5/36 2023年中国制冷展 背景 零ODP、低GWP的环境友好型制冷剂 无毒、不可燃，

3、具有良好的安全性、化学稳定性 来源丰富，无须回收，经济性好 普通润滑油相溶 应用有较长的历史，技术成熟 制冷剂 R744 R717 R290 R22 R32 R134a 环境可接受性 可燃性 毒性 几种常用热泵制冷剂 6/36 2023年中国制冷展 背景 CO2工质特点 制冷剂 R744 R717 R290 R22 R134A 临界压力/Mpa 7.372 11.52 4.25 4.974 4.055 临界温度/oC 31.1 132.4 96.7 96 101.7 绝热指数 1.30 1.30 1.16 1.20 1.12-15 C容积制冷量/(kJ/m3)7940 2157 1860 21

4、00 1228-15 C饱和液体运动粘度/(cSt)0.1346 0.3024 0.2780 0.2025 0.225 运行压力高 系统压降影响小 密度大，系统管路，压缩机尺寸更小 绝热指数大 排温高，热泵应用中提供更高的温度 热物性好 容积制冷量大 传热性能好 运动粘度低 7/36 2023年中国制冷展 背景 环境热源 电能 1 kWh 4 kWh 热量热量 电供热 电能 1 kWh 1 kWh 热量热量 天然气 1 kWh 1 kWh 热量热量 燃气（燃煤)供热 热泵供热 节能 低碳 环保 资源有限 污染环境 碳排放高 不节能 高品位能源损失 燃气锅炉改用热泵的家庭的能源账单节省 供热方式

5、对比 数据源自国际能源署 8/36 2023年中国制冷展 背景 蒸气喷射式热泵 所需工作蒸气的压力高 流动损失大，效率低 气体压缩式热泵、热电式热泵、化学热泵、效率较高，适用范围广 发展历史悠久，技术成熟 市场主流热泵技术 蒸气压缩式热泵 热泵类型 吸收式热泵 性能系数较压缩式低 钢材和冷却水的消耗量大 9/36 2023年中国制冷展 背景 亚临界亚临界 跨临界跨临界 二氧化碳 P-T图 CO2跨临界热泵系统 绿色 低碳 安全 高效 节能 环保 10/36 2023年中国制冷展 02 PART TWO CO2跨临界热泵循环 Carbon Dioxide Transcritical Cycle

6、for Heat Pump 11/36 2023年中国制冷展 CO2跨临界热泵循环 放热过程CO2工质和热汇温度分布曲线更加接近,温差不可逆损失减小,提高循环系统的COP 热水的出口温度达到常规工质难以实现的90 高温 压比小，压缩机的绝热效率提高,循环的COP提高 12/36 2023年中国制冷展 CO2跨临界热泵循环 a 等熵效率提高，COP上升 蒸发温度提高，COP上升 COP受热水进水温度影响较大，进水温度降低，COP明显上升 b 13/36 2023年中国制冷展 CO2跨临界热泵循环 减低节流阀前气体温度，降低节流损失 提高压缩机进口过热度，防止压缩机带液运行，保护设备 提高系统CO