开展中高温热泵技术研究,具有拓展热泵节能技术的应用空间、提供工业余热资源回收利用手段的节能与环保意义。中高温热泵技术研究的重点为,基于常温热泵系统硬件,寻找环境性能和循环性能俱优的中高温热泵适用工质。在中高温热泵工质的研究方面,国内外研究人员针对R22系统硬件,开展了大量的循环性能理论和实验对比评价研究。随着HCFC类工质的加速淘汰,HFC类工质成为目前中高温热泵工质的主要研究对象,与其相适用的系统硬件将逐渐替代现有R22系统,这使得开展中高温热泵工质在R134a系统中的循环性能研究工作十分必要。本文基于R134a常温热泵系统硬件,以工质与系统硬件的匹配为原则,以筛选、提出冷凝温度70-90oC的中高温热泵工况范围内的新型、实用中高温热泵工质为目标,对多种纯质和混合工质,开展了循环性能理论与实验研究。采用改进的理论循环性能分析计算方法,对10种ODP为0或较低,GWP较低,循环参数适宜的工质进行了理论循环性能对比研究,初选出了理论循环性能优良的混合工质M1B、M1C和M2。基于研究中高温热泵工质在R134a系统中循环性能的需要,更换了以R134a为工质的高效活塞式压缩机,同时对原有系统存在的问题进行了相关改进,并以纯质R142b以及R245fa为研究对象,考察系统改进对工质循环性能的影响。结果表明,系统改进后,两种工质的COPh提高了15-25%,制热量提高了15-30%;循环性能的提升是压缩机性能的提高和工质与压缩机匹配关系改善的综合结果。对本文筛选出的理论循环性能优良的四种混合工质M1B、M1C、M2以及前期研究推荐的纯质R245fa与混合工质M1A,采用改进型的对比实验评价方法,在冷凝温度70-90oC的工况范围内,进行循环性能对比实验研究。研究结果表明,M2的综合性能随冷凝温度的增加而降低;M1B与M1C的制热量和COPh均明显高于R245fa,排温比R245fa高10oC左右,循环性能优于R245fa,同时也优于课题组前期研究结果MB1B;M1A的综合循环性能不及M1B与M1C,主要原因在于压缩机的更换使导致M1A并不能与现有系统保持良好的工质硬件匹配关系。M1B的综合性能最优,通过考察该工质的应用性能,发现M1B与R134a压缩机有良好的溶油性,输运性质与R134a相似,可直接充灌于R134a系统,能够产生75-90oC的热水,COP在3.7左右,具有较好的应用前景。
