項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：馬國(guó)遠(yuǎn)

項(xiàng)目聯(lián)系人：周峰 zhoufeng@bjut.edu.cn

項(xiàng)目組成員：馬國(guó)遠(yuǎn)、周峰、許樹學(xué)、李富平、孫晗、姜明健、晏祥慧等

單位：北京工業(yè)大學(xué)

項(xiàng)目背景及研究意義

空氣源熱泵是從室外環(huán)境空氣中獲取熱量并提升品位后用于供熱，以及從室內(nèi)環(huán)境中取熱并排放至室外環(huán)境空氣從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)制冷的裝置或系統(tǒng)。由于其適用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)控方便、能源效率高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛使用。由于環(huán)境空氣溫度變化范圍大，空氣源熱泵性能在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)性能衰減嚴(yán)重。因此，發(fā)展能兼顧制冷和制熱性能的高適應(yīng)性空氣源熱泵對(duì)于我國(guó)建筑節(jié)能至關(guān)重要。在此背景下，自1990年代末開始，項(xiàng)目完成單位在該領(lǐng)域開展了大量研究工作。

項(xiàng)目介紹

我國(guó)北方地區(qū)建筑冬季有較長(zhǎng)時(shí)間的采暖需求，同時(shí)，近年來我國(guó)長(zhǎng)江流域等地區(qū)的采暖需求也逐漸旺盛。研究表明：空氣源熱泵是適宜上述地區(qū)非集中采暖用戶的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的熱源形式。另外，隨著氣候變化加劇，全國(guó)各地夏季空調(diào)需求也不斷增加，預(yù)計(jì)未來夏季空調(diào)的需求將進(jìn)一步快速增長(zhǎng)。因此，高適應(yīng)性空氣源熱泵在制熱工況下需要重點(diǎn)解決低環(huán)境溫度下的性能衰減問題，而夏季則需要提升其溫和環(huán)境下的能效水平。

針對(duì)北方寒冷地區(qū)熱泵供暖效率低的問題，項(xiàng)目提出了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“帶噴射器和貯液過冷器的熱泵（制冷）系統(tǒng)”的復(fù)合循環(huán)新流程，在詳細(xì)研究該熱泵系統(tǒng)循環(huán)機(jī)理和性能特性的基礎(chǔ)上，歸納出其設(shè)計(jì)理論和方法；以此為指導(dǎo)研發(fā)出家用熱泵空調(diào)器和商用低溫空氣源熱泵機(jī)組，形成批量生產(chǎn)。該熱泵系統(tǒng)在極端工況下按照復(fù)合循環(huán)工作，提高工作性能和運(yùn)行穩(wěn)定性，在普通工況下按照單機(jī)循環(huán)工作，保持傳統(tǒng)熱泵的特點(diǎn)。與普通系統(tǒng)相比，能夠很好地適應(yīng)氣溫大范圍變化，保證在寒冷地區(qū)高效、穩(wěn)定地全年運(yùn)行，解決了空氣源熱泵在寒冷氣候區(qū)制熱性能差、無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵問題。設(shè)備實(shí)物圖如圖1所示。

項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)

（1）首次提出采用強(qiáng)化補(bǔ)氣壓縮機(jī)、貯液過冷器、噴射器構(gòu)成的新流程，建立了其通用特性方程，探明了其動(dòng)態(tài)特性和匹配特性，確定出補(bǔ)氣壓力和噴射器結(jié)構(gòu)參數(shù)的適宜范圍，研制出的原型機(jī)可在低蒸發(fā)溫度下長(zhǎng)期安全運(yùn)行，具備優(yōu)良的低溫制熱性能。

（2）該技術(shù)用于家用熱泵，研制出在54℃至-30℃環(huán)境溫度中穩(wěn)定可靠運(yùn)行的熱泵空調(diào)器，且形成批量生產(chǎn)。經(jīng)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，該空調(diào)器額定工況制冷能效比為4.87，-15℃環(huán)境溫度的制熱能效比為2.18。

（3）該技術(shù)用于商用熱泵，研制出能在-20℃環(huán)境溫度中穩(wěn)定運(yùn)行的低溫空氣源熱泵機(jī)組，并進(jìn)行了工程應(yīng)用，在-15℃氣溫下制熱能效比達(dá)2.15。

（4）該技術(shù)解決了環(huán)保替代工質(zhì)R32熱泵低溫工況下排氣溫度超限的問題，使其能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，且制熱量高出常規(guī)熱泵系統(tǒng)4%～6%，制熱能效比高出3%。

圖1 設(shè)備實(shí)物圖

項(xiàng)目成果

項(xiàng)目累計(jì)發(fā)表論文40余篇，其中SCI檢索論文20余篇；授權(quán)專利20余項(xiàng)，其中發(fā)明專利10余項(xiàng)。2014年，教育部科技發(fā)展技術(shù)中心組織了對(duì)“適合首都圈氣候特點(diǎn)的帶噴射器和貯液過冷器的熱泵（制冷）系統(tǒng)”的科技成果鑒定會(huì)，鑒定意見為：該成果綜合技術(shù)水平處于國(guó)際領(lǐng)先。研究成果通過北京工業(yè)大學(xué)與珠海格力集團(tuán)合作的項(xiàng)目于2014年獲得北京市科技獎(jiǎng)（技術(shù)發(fā)明類）三等獎(jiǎng)；與清華同方人環(huán)公司聯(lián)合申報(bào)的項(xiàng)目于2015年獲得中國(guó)制冷學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（技術(shù)發(fā)明類）一等獎(jiǎng)。新型轉(zhuǎn)子補(bǔ)氣壓縮機(jī)已在全球第二大轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)量產(chǎn)，并在強(qiáng)熱型熱泵空調(diào)器中批量應(yīng)用。