近日，西安交通大学建筑节能研究中心，本科生张鹏斐（现在读研究生）在国际杂志《Journal of Building Engineering》上发表论文，题目为“The study of dynamic characteristics on a novel air source heat pump coupled with liquid-storage gas-liquid separator under non frosting and refrigeration conditions”。本文通过实验方法测试了一种耦合了储液器和气液分离器的新型空气源热泵系统在实际环境中无霜工况和制冷工况下的性能。王志华副教授为该论文指导教师。

文章首发链接：https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.108538

作者（按照原文顺序）：王志华副教授、硕士生张鹏斐、王沣浩教授、博士生马龙霞、马贞俊教授

背景介绍：

取暖是事关民生福祉的大事，也是社会能源消耗以及碳排放的可观部分。用于建筑供暖的能耗和碳排放可占到建筑运行能耗和排放的半数以上。在供暖电气化越来越成为未来发展趋势的背景下，空气源热泵以其高效、环保的优点被广泛应用于采暖，但在低温高湿条件下存在结霜问题。为了改善空气源热泵在蒸发器结霜时的性能，课题组提出了一种新型的储液气液分离器耦合空气源热泵系统，并在实验室条件下进行了测试。但实际运行过程中环境温度是可变的，温度变化对系统动态特性和运行特性的影响机理尚不清楚。因此，在本文中，采用实验方法（实验系统由两台实验机组、水箱和房间末端组成）研究新型空气源热泵在实际环境下的动态性能，包括吸排气压力、吸排气温度、进出口水温、性能系数(COP)等，以提高热泵机组的适应性。

文章亮点：

图1某时间段机组热力参数动态变化

在实际环境中（环境温度5~12℃）进行供暖测试，在10小时内，两台机组各启动和停止5次，其余时间处于待机状态。在此期间，环境温度和湿度变化不大，机组每次启动的时间长短不同，但相同的参数在每个周期内按照相同的规律变化。仅开一台时，出口温度为42~43℃，各参数从开到关需要70~80分钟;两台机组同时启动时，出口温度可超过43.5℃，一次参数调整需要50~60分钟。该时间段开始时，设备翅片温度约为2℃，低于环境温度6℃。

计算了不同环境温度下压缩机吸气过热度的值：

表1一些时间段的吸气过热度值

根据计算，该机组的吸气过热度约为9°C，不受环境温度的影响。在传统的电子膨胀阀系统中，吸气过热度通常由膨胀阀的开度来控制。实验时，实验机组的膨胀阀开度是固定的。此外，气液分离腔内的制冷剂会吸收储液腔的热量，并且制冷剂的总量和腔的容积是固定的。储液气液分离器的两个腔室之间的温差基本上保持不变，即使制冷剂的温度随着外部环境温度的升高而整体升高，传热也保持稳定。因此，在本实验中，吸气过热度基本恒定。

图2 在本实验中，机组的COP随室外温度的变化情况

对于该系统，在实际环境中运行时，温度为6.5 ~ 12.5℃时，平均COP为2.73 ~ 2.95。

图3 在制冷模式下COP随环境温度变化情况

从变化趋势来看，室外温度变化范围为22 ~ 38℃，对应COP变化范围为3.53 ~ 3.04, 40℃时COP为2.98。本实验中制冷模式下机组的COP在40℃时仍能达到接近3.00，在38℃左右时最低COP在2.80以上，说明提出的空气源热泵机组在夏季制冷模式下具有较好的性能。

总结：

本研究在实际环境中对耦合储液气液分离器的新型空气源热泵系统进行实验测试，证明了在实际环境中系统具有优秀的性能，对存在的问题提出的改进建议将有利于系统在实际环境中运行时性能的提升。

特别鸣谢：

感谢平欧空调的大力支持！