双级压缩变容积比空气源热泵技术与应用

黄辉，1963生，教授级高级工程师。现任珠海格力电器股份有限公司执行总裁，华中科技大学兼职教授及博士后合作导师，中国制冷学会副理事长，广东省制冷学会副理事长，广东省轻工业协会副理事长，国际制冷学会B2委员会委员等。

入选“国家百千万人才工程”、“广东特支计划杰出人才（南粤百杰）”，并被授予“国家有突出贡献中青年专家”称号，享受国务院政府特殊津贴。先后荣获 “广东省五一劳动奖章”、“全国五一劳动奖章”等荣誉。

长期从事制冷和热泵、压缩机、电机等领域的研究工作，主持、参与了国家科技支撑计划、国家火炬计划等9项课题。曾获国家科学技术进步二等奖、广东省科学技术特等奖、广东省科学技术一等奖、中国制冷学会技术发明特等奖、中国专利奖、广东省专利金奖等奖项。2100433B

空气源热泵主要用于建筑采暖，具有环保、节能和舒适等优势，但传统的单级压缩空气源热泵因环境温度适应性差而难以向寒冷及严寒建筑气候区推广使用。双级压缩变容积比空气源热泵突破了传统空气源热泵的技术障碍，环境温度适应性得到显著提高，非常适用于寒冷及严寒地区分散式清洁供暖。本书是双级压缩变容积比空气源热泵技术研究和应用成果的总结，采用理论与实践相结合的方式，系统地介绍了双级压缩变容积比空气源热泵技术的基本原理、三缸双级压缩变容积比滚动转子式制冷压缩机的工作原理和设计方法、热泵系统运行控制策略，以及多种类型低温空气源热泵产品的系统实现方法和变工况性能比较等方面的内容。

多级压缩制冷定义

两级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的制冷剂蒸气要经过低压与高压压缩机两次压缩后，才进入冷凝器。可以在两次压缩中间设置中间冷却器。两级压缩制冷循环系统可以是由两台压缩机组成的双机（其中一台为低压级压缩机，另一台为高压级压缩机）两级系统，也可以是由一台压缩机组成的单机两级系统，其中一个或两个汽缸作为高压缸，其余几个汽缸作为低压缸，其高、低压汽缸数量比一般为1:3或1:2 。

多级压缩制冷基本类型

双级压缩制冷循环由于节流方式和中间冷却程度不同而有不同的循环方式，通常分为：

1.一次节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环

2.一次节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环

3.一次节流、中间完全不冷却的两级压缩制冷循环

4.两次节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环

5.两次节流、中间完全冷却两级压缩制冷循环

多级压缩制冷具体介绍

（1）一次节流是指向蒸发器供液的制冷剂液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力的节流过程。

（2）二次节流是指向蒸发器供液的制冷剂液体先由中间冷却器前的节流器从冷凝压力节流至中间压力，再由蒸发器前的节流器将中间压力下的制冷剂液体节流至蒸发压力的过程。

（3）中间完全冷却:是指在中间冷却过程中，将低压级排出的过热蒸气等压冷却到中间压力下干饱和蒸气的冷却过程。

（4）中间不完全冷却:是指在中间冷却过程中，将低压级排出的过热蒸气等压冷却降低温度而未达到干饱和状态的冷却过程。

（5）中间完全不冷却：是指在两级压缩循环中不采用中间冷却的方式。

相比之下，一次节流系统比较简单，且可以利用其较大的压力差实现远距离或高层冷库的供液。因此实践中采用的基本上都是一次节流两级压缩制冷循环系统。除此，节流方式的确定于制冷压缩机的种类及制冷系统冷负荷的稳定性有关。

多级压缩制冷一级节流中间完全冷却

这个系统的特点是采用盘管式中间冷却器。它既有两级节流的减少节流损失效果，又起到对低压级排气完全冷却的作用。

其工作过程是：

在蒸发器中产生的低压低温制冷剂蒸气（状态1），被低压压缩机吸入并压缩成中间压力的过热蒸气（状态2），然后进入同一压力的中间冷却器，在中冷器内被冷却成干饱和蒸气（状态3）。中压干饱和蒸气又被高压压缩机吸入并压缩到冷凝压力的过热蒸气（状态4），随后进入冷凝器被冷凝成制冷剂液体（状态5）。然后分成两路，一路经膨胀阀节流降压后（状态6）进入中间冷却器，大部分液体从另一路进入中间冷却器的盘管内过冷（状态7），但由于存在传热温差，故其在盘管内不可能被冷却到中间温度，而是比中间温度一般高△t=3－5℃。过冷后的液体再经过主膨胀阀节流降压成低温低压的过冷液（状态8），最后进入蒸发器吸热蒸发，产生冷效应。

这种循环系统只适用于R717与R22的双级制冷循环系统中。

多级压缩制冷一次节流中间不完全冷却的两级压缩制冷

一次节流中间不完全冷却的双级循环，主要适用于氟利昂制冷装置，采用回热循环。这种循环系统的特点是：制冷剂主流先经盘管式中间冷却器过冷，再经回热器进一步冷却；且低压压缩机的吸气有较大的过热度；此外，低压级的排气没有完全冷却到饱和状态。

其工作过程为：从蒸发器出来的蒸汽被低压压缩机吸入，压缩到中间压力并与中冷器出来的干饱和蒸汽在管路中进行混合，使从低压机排出的过热蒸汽被冷却后再进入高压压缩机，经压缩到冷凝压力并进入冷凝器，冷凝后的高压制冷剂液体进入了中冷器的蛇形盘管进行再冷却，最后经膨胀阀进入蒸发器吸热蒸发。

这种循环系统，只适用于R12或R22的双级制冷循环系统中，而决不能用于氨的制冷系统中。

多级压缩制冷一级节流中间完全不冷却循环

所谓中间完全不冷却是指在两级压缩循环中不采用中间冷却的方式。

多级压缩制冷二级节流中间完全冷却循环

二级节流中间完全冷却的双级压缩制冷循环的工作过程是：

来自蒸发器的制冷剂饱和蒸气（状态1点）被低压级压缩机吸入，并压缩到中间压力pm（状态2点），排入中间冷却器，被其中的制冷剂液体冷却成为饱和蒸气（状态3点），同时中间冷却器中的一部分液体制冷剂吸热变为饱和蒸气，两者一起进入压缩机高压级，再次被压缩到冷凝压力pk（状态4点），进入冷凝器并冷凝成饱和液体（状态5点），经节流阀A降压到中间压力pm（状态6点），并进入中间冷却器而分离成蒸气和液体两部分。在中间冷却器中，液体制冷剂的一小部分用于冷却低压级的排气变成蒸气，并随同低压排气、节流产生的蒸气一同被高压级吸回；液体制冷剂的大部分（状态7点）则经节流阀B节流到蒸发压力p0（状态8点），并进入蒸发器制取冷量，循环如此周而复始地进行。

二级节流中间完全冷却的优点是可以消除一级节流中间冷却器盘管的传热温差。因此，在其他参数相同时，循环的制冷系数比一级节流略高。它的缺点是当压缩机排气中含油时，特别是对氨制冷机，会在中间冷却器中积油，对活塞式、螺杆式制冷系统不太适宜，而较适宜于氨离心式制冷系统。

多级压缩制冷二级节流中间不完全冷却

这一循环适宜于氟利昂离心式制冷机。二级节流中间不完全冷却循环的系统原理图和压-焓图如图1所示。进入蒸发器的制冷剂先由节流阀A节流到状态6，再由节流阀B节流到状态8。进入压缩机高压级的制冷剂蒸气系由中间冷却器出来的状态3'的饱和蒸气和压缩机低压级排出的（状态2）过热蒸气相混合，其状态3为中间压力下的过热蒸气。

沉降容积比（sedimentation rate），是指沉降物的容积与沉降前混悬剂的容积之比。

测定方法：将混悬剂放于量筒中，混匀，测定混悬剂的总容积V0，静置一定时间后,观察沉降面不再改变时沉降物的容积Vu，其沉降容积比F为:

F=(Vu/V0)×100%

沉降容积比也可用高度表示，H0为沉降前混悬液的高度，Hu为沉降后沉降面的高度。F值愈大混悬剂愈稳定。F值在1～0之间。混悬微粒开始沉降时，沉降高度Hu 随时间而减小。所以沉降容积比Hu/H0是时间的函数，以Hu/H0为纵坐标，沉降时间t为横坐标作图，可得沉降曲线，曲线的起点最高点为1，以后逐渐缓慢降低并与横坐标平行。根据沉降曲线的形状可以判断混悬剂处方设计的优劣。沉降曲线比较平和缓慢降低可认为处方设计优良。但较浓的混悬剂不适用于绘制沉降曲线。 对于混悬剂，沉降容积比越大，混悬剂越稳定。2100433B

1．扳动飞轮或联轴器2-3圈，检查压缩机是否正常，然后开启高、低压气缸的排出阀，再启动电机。

2．慢慢打开高压缸的吸入阀，如发出有液击声时，应迅速关闭吸入阀，检查中间冷却器的液面情况，待正常后再慢慢打开吸入阀。高压缸运转时，应注意高压缸排气压力不得超过1.5MPa。

3．当中间压力降至0.1MPa时，将能量调节阀逐级调至正常工作位置，同时根据电机的正常电流负荷，慢慢打开低压缸的吸入阀。如发现有液击声时，应迅速关闭吸入阀，检查循环贮液桶或氨液分离器的液面，待调整正常后，再慢慢打开低压缸的吸入阀，注意中间压力不得超过0.4MPa，电流负荷不得超过电机的额定电流。

4．当高压缸排气温度达到60℃时，应向中间冷却器供液。

5．根据库房负荷情况，适当开启有关供液阀，如用氨泵供液，按照氨泵操作步骤启动氨泵。