喷气增焓在空调、热泵的系统应用

喷气增焓在空调、热泵的系统应用

喷气增焓(EVI)技术有助于提升系统的能力和能效，并且能有效改善高压缩比工况下排气温度过高的情况，拓展低温制热的运行范围。与同排量的普通压缩机系统相比，具有经济器的EVI压缩机系统带来的好处如下：

• 能力的提升，能力的提升来自于系统蒸发器进、出口焓差的增加，而不是靠制冷剂质量流量的提高。
• 能效的提升，能效的提升得益于能力增加对能效的影响大于功率增加的影响。
• 运行范围的拓展，准二级压缩过程，中间冷却，降低排气温度。

喷气增焓（EVI）工作原理

EVI涡旋压缩机除了吸气口和排气口以外，还具有一个喷射口，用于带经济器的系统。图1 显示了一个经济器过冷设计的系统，在压焓图中解释了能力提升的原理，以及随之而来的能效提升。并且能力、能效提升的幅度将随着压缩比的增加而增加。

在图1中的系统采用了一个换热器(H/X)作为经济器，用于提高制冷剂进蒸发器之前的过冷度。如前所述，过冷度的提高带来系统能力的增加。在实现制冷剂过冷的过程中，一小部分制冷剂在经济器换热器(H/X)中蒸发，再进入涡旋压缩机涡旋盘，与中压腔的制冷剂进行混合，然后共同压缩至排气压力。这个类似于二级压缩，中压冷却循环，可以有效降低排气温度，确保了压缩机的可靠运行，特别是在高压缩比工况。

图 1 EVI系统简图和压焓图

管路设计

从经济器到压缩机的喷射管路管径应不小于喷射口对应的管径尺寸，并且为了尽量减少阻力损失，其长度应尽可能短。从经济器到蒸发器的液管需要作保温，其长度也要尽量短，以使蒸发器前的制冷剂过冷度最大。

经济器膨胀阀的选型

经济器喷射回路的节流元件通常选用电子膨胀阀(EXV)或热力膨胀阀(TXV)，不推荐采用毛细管。EXV/TXV的大小选型应有足够的裕度，使其适应整个系统的工作范围，但其优化则需对应常规的运行工况。根据前面计算所确定的经济器热交的换热量以及压力差和过冷度，选择合适的EXV或TXV。

对于TXV在经济器喷射回路的安装和应用同其在常规的空调制冷系统的类似，需要注意经济器喷射应用对应的蒸发温度相对较高，带MOP功能的TXV在某些情况可能不能有效工作。

蒸发器膨胀阀的选型

EVI系统的过冷度比普通系统大很多，蒸发器膨胀阀的选择除了要考虑蒸发器的能力、压差，还应该重视过冷度对选型的影响。

喷射回路的关闭

停机时，为防止液体制冷剂通过喷射回路进入压缩机，需要将喷射回路关闭。系统运行时，有时会面临系统冷凝压力较高的情况，也需要关闭喷射回路来降低冷凝器的负荷，达到降低压缩机运行电流的目的。为了关闭喷射回路，对于采用EXV的系统可以将EXV关闭来实现，对于采用TXV的系统则需加一个电磁阀，通常是加在TXV前。

另外，为了方便实验测试和现场维修，推荐系统在喷射回路中加一个机械球阀来实现喷射回路的关闭。

排气温度的控制

经济器的膨胀阀通常采用过热度控制，在多数情况下就可以有效控制压缩机的排气温度不超过120℃。排气温度传感器的位置必须尽量靠近压缩机的排气口，并且应该绝热保温。

在一些极限的高压缩机比工况时，压缩机的运行点处在运行范围图的左上角区域，则需要进行湿蒸汽喷射控制，通过喷射口进入压缩机涡旋的制冷剂会带有少量的液体来控制排气温度。在进行湿喷射控制时，需确保压缩机的排气过热度不低于25K，以避免喷射的液体过多，对涡旋的润滑带来不利的影响。由于湿喷射控制时的过热度为0K，对于采用EXV的系统，通常将控制目标转为排气过热度控制；对于采用TXV的系统，需要另外设置从经济器液路出口到压缩机喷射口的旁通回路，回路中带有一个电磁阀和毛细管，二者的选型需确保电磁阀打开时，压缩机的排气过热度不低于25K。

化霜

化霜过程中，喷射回路的打开或关闭没有统一的规定。但考虑到化霜运行的非稳态过程中，膨胀阀难以满足使排气过热度不低于25K的要求，建议将喷射回路关闭。

EVI系统推荐的选型

为方便用户进行EVI系统主要元件设计的初步选型，以下针对不同压缩机型号列出了TXV和经济器板换的选型推荐。设计工况基于50Hz电源，蒸发温度-1.5℃，冷凝温度50℃，冷凝器出口过冷度5.6K，经济器板换换热温差5.6K。仅用于参考，用户需根据自己的系统设计进行实验确认。

喷气增焓涡旋压缩机在空气源热泵热水器中的应用

空气源热泵热水机组主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四大部件组成。整个热泵热水器的工作过程如图1所示，工质在蒸发器内吸收低温空气中的热量，压缩机将工质压缩，使其温度及压力相应提高，高温高压工质随后进入冷凝器，放出热量，加热热水，最后工质通过节流膨胀阀，温度降到室外环境温度以下进入蒸发器继续蒸发吸热。通过这样的循环，只需供给压缩机的一小部分电能，工质便可以从低温环境中吸取大量的热量，加热热水，其能效比永远高于1。

典型的喷气增焓热泵热水机组系统如下图所示。图 (a)是带经济器的热泵热水机组系统；图(b)是带闪发器的热泵热水机组系统。两者使用了同样的喷气增焓涡旋压缩机。

从喷气增焓系统焓差图中看出，由于喷气增焓，涡旋压缩机排气口(即经过冷凝器)的流量为蒸发器流量m 和辅助进口口流量i之和，增强了冷凝器的换热效率。喷气增焓，在排气温度不高的情况下，可以控制节流阀优化中间经济器的换热性能，获得最大的制热量，在排气温度较高时，可以通过调节节流阀控制排气温度，保证压缩机可靠运行。对于制热量与COP，理论上两种喷气增焓系统是相同的，然而，带经济器和带闪发器系统在实际运用中也有着各自的特点。

从喷气增焓系统功能图中可知，在对吸气口与辅助进气口的流量控制上，对于带经济器系统，遵循模块化独立设计原则，即蒸发器流量和中间喷气流量分别由两个节流阀单独控制，互不耦合，系统调节容易，且喷气口压力不会高于排气压力，不会产生回流。

但经济器属于换热设备，系统的COP受到经济器换热效率的影响。对于闪发器系统，遵循耦合控制原则，即任一节流阀调节，都会影响到蒸发器流量和中间喷气流量，需要联合控制，闪发器系统没有任何换热温差，系统COP理论上要优于经济器系统。在实际运用中，由于控制难度大且喷气口会产生回流现象，这些因素都将影响闪发器系统的COP。

为了论证实际喷气增焓空气源热泵热水机组在低环境温度下的运行性能，采用带闪发器的喷气增焓涡旋压缩机技术制作样机如图所示，并进行性能实验，对照表可以看出，在室外环境温度-10℃情况下，制取65℃的热水，喷气增焓涡旋压缩机能明显提高机组的制热量，加热热水时间从380min缩短到260min，系统的制热效率从1.43提升到1.72。

典型带闪发器的热泵热水器机组

需要注意的是，对带闪发器的热泵机组采用四通换向除霜,必须在除霜时关闭截止阀，阻止工质液体经闪发器由喷气口进入压缩机涡旋腔内，避免大量回液。

优化制热室外机布管安排：