《具备冷媒量自适应能力的宽温区空气源热泵系统》

空气源热泵技术在2017年入选国家重点节能低碳技术推广目录,是国家未来几年重点推广采暖方式之一,该采暖方式已逐渐从寒冷的北方往南方拓展,市场前景广阔。

空气源热泵产品在安装时如果配管较长现场需要额外追加充注制冷剂,操作繁琐且冷媒量的准确性不易保证;现有热泵控制逻辑通常会在结霜后加速制热能力的衰减,系统多采用通过室外膨胀阀控制压缩机排气温度的控制思路,此方案在室外侧换热器开始结霜时,未完全蒸发的冷媒返回气液分离器中被压缩机吸入导致压缩机排气温度降低,此时系统会持续关闭室外膨胀阀从而导致蒸发压力降低且加速结霜,加快系统的结霜速度;热泵系统不可避免会发生低水温下用户启动设备的情况,并且普通低温辐射用空气源热泵系统在除霜过程中,水温较低易发生冷媒水换热器冻裂从而导致系统报废的事故。

因此研发一种空气源热泵技术在系统冷媒自适应、延缓结霜控制逻辑、水侧换热器防冻等方面实现突破势在必行。该项目的主要工作也正是如此,主要创新点如下:

1、自主研发了基于气液分离器稳定存液功能的冷媒自适应系统。为了保证压缩机可靠性,气液分离器在空气源热泵系统中不可或缺,将气液分离器设计成储液功能,用于存储系统中多余的冷媒,不仅可以使得热泵系统能够适应较宽的冷媒充注量,而且保证了设备运行在最佳冷媒量条件,有效保证了机组的可靠高效运行。

2、自主研发了基于过冷度控制技术的延时结霜系统。新设计的控制逻辑,在制热运行时,用室外电子膨胀阀开度来控制膨胀阀前过冷度,使得膨胀阀前过冷度始终稳定在设定值附近,保证了各工况下膨胀阀工作的稳定性,还可改善制热过程中室外膨胀阀持续关小加速降低蒸发压力而导致的制热能力衰减,延长了除霜周期。

3、自主研发了基于节流降压技术的旁通回路除霜系统。新增加的部品膨胀阀形成除霜旁通回路,在水温较低的时候,冷媒不通过冷媒水换热器而通过此旁通回路形成循环,极大的拓宽了产品出水温度范围。

该项目开发的6HP空气源热泵产品与竞品相比,可在配管长度30米内免充注,是普通机型的6倍(普通机组为5米);如果配管长度为5米,机组可自动将多余的冷媒存储在气液分离器中,总充注冷媒量的变化幅度可达(3.2-2.0)/2.0=60%(2.0kg为普通6HP机出厂时冷媒充注量);除霜周期从382*10秒延长至475*10秒,除霜周期可延长(475-382)/475=19.6%,平均制热能力提升近5%;热泵最低运行水温为5℃,远低于竞品的15℃。

研发过程中申请保护知识产权合计10项,其中授权发明专利8项,授权实用新型专利2项,发表学术研究论文一篇。

该项目开发的新产品投入市场后,以其新颖的应用,较宽水温适用范围、便利的施工条件、高效的制热效果,在给客户创造价值的同时,也给公司获取了一定的经济效益,项目相关产品已经连续中标北京2016年、2017年煤改电项目,天津2017年煤改电项目。产品自上市以来至2018年底已实现销售额44084.97万元,利润20314.71万元,税收3834.58万元。随着产品的持续推广,将为公司获取更多市场订单,带来更大的经济与社会效益。

成果说明

该项目于2015年3月开始研发,2016年5月开始转入量产。至今已开发了6个系列,20余个产品型号。该产品优化了普通空气源热泵普遍存在的问题,将一种技术、一个类型的产品,给客户提供了全面的空调方案:(1)产品安装要求比普通机型低:比普通机型的免充注配管长度延长6倍,从5米提升到30米;冷媒量的适应范围拓宽了32%,极大的方便的厂外的施工,可大大降低因安装施工问题导致的机组故障。(2)产品节能优势明显:有效制热运行时间较普通机型延长了19.6%,最大限度利用空气源制热,并且在部分负荷时,可根据建筑负荷实时调

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