李曉敏

（山西大同大學建筑與測繪工程學院，山西大同 037003）

電動汽車近幾年的發(fā)展非常迅速。由于電動汽車沒有內燃機，在低溫環(huán)境下，為了保證乘車的舒適性，需要采用補氣式熱泵空調系統(tǒng)[1]，這種空調能夠在低溫環(huán)境下仍然具有較高的制熱效率。與普通空調系統(tǒng)相比，補氣式熱泵空調主要通過補氣回路來控制空調系統(tǒng)的合理制熱，但是補氣方式多種多樣，空調系統(tǒng)的匹配相對復雜[2]，補氣式熱泵空調的性能對于整車性能的影響很大。在冬季的低溫環(huán)境下，空調系統(tǒng)的內部參數會出現(xiàn)異常[3]，導致空調系統(tǒng)的采暖性能受到影響。

根據表1比較結果及工程現(xiàn)場實際情況，填筑料場位于項目區(qū)河道內，儲量190.68萬m3，距工程區(qū)平均運距500m，土石籠袋填筑料各項試驗指標滿足質量要求。綜合分析選用土石籠袋護岸形式更適宜。

1 實驗裝置

實驗在標準焓差實驗室和強化傳熱實驗室內完成的，冷源與人員由強化傳熱實驗室中的恒溫空氣相和相關的溫控裝置實現(xiàn)[4]。實驗裝置中，設計的補氣式熱泵空調系統(tǒng)主要包括主路循環(huán)和低壓補路循環(huán)[5]，裝置示意見圖1。

部件主要包括壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器等。壓縮機型號為海立變頻旋渦壓縮機EVS34，額定高電壓288 V，范圍在200～400 V 之間，額定低電壓12 V，范圍在8～16 V；最大排氣壓力3.73 MPa，最大吸入壓力0.51 MPa；能夠承受的最高排氣溫度120 ℃，最高的吸入溫度36 ℃[6]。冷凝器和蒸發(fā)器為平行流換熱器，不同換熱器的參數，見表1。

工程車場區(qū)已開始使用并供暖，經使用狀況分析：室外機組：6 臺，建筑單體：4 個，取暖設備：125 臺。制熱時間：3h，供水溫度：56℃，回水溫度：48℃。機組加熱到正常溫度時，抽取3個房間進行研究：會議室，宿舍，走廊。會議室：面積98m2，風機盤管5臺，制熱時間30min，室內溫度23℃;宿舍：建筑面積15m2，風機盤管1臺，制熱時間30min,室內溫度26℃；走廊：建筑面積66㎡，風機盤管2臺，制熱時間30min.室內溫度14℃。

表1 不同類型換熱器參數

在壓縮機轉速改變的情況下，選擇工況4進行實驗，改變壓縮機的轉速進行實驗。在低溫制熱時，車外換熱器的熱像采集狀態(tài)點劃分，見圖3。

表2 空調系統(tǒng)低溫制熱模擬工況

在保證其他環(huán)境參數不變的情況下，改變送風量分別為320、380、480 m3/h，對各個狀態(tài)點進行溫度測量，繪制成圖5曲線。

2 補氣式熱泵空調的數學模型

壓縮機的功率計算公式可以表示為：

圖2 壓縮機工作過程壓焓圖

通過制熱實驗的結果與計算可知，在環(huán)境溫度為-7 ℃和-15 ℃工況下制熱，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行；-7 ℃制熱可以達到3 842 W，出風的溫度為48 ℃，制熱效率為1.9；在-15 ℃情況下，制熱為3 073 W，出風的溫度為46 ℃，制熱效率為1.86。

式中：mcom表示壓縮機的質量流量，kg/s；λ表示壓縮機的輸氣系數；Vth表示壓縮機的理論容積輸氣量；vsuc表示吸氣口的比容。

二是有機物排放造成的水資源污染。外源性污染中存在的有機物主要有植物性營養(yǎng)元素氮、磷以及好氧有機物等，這些有機物含有大量的碳水化合物、蛋白質、油脂、磷和氮。將含有這些成分的有機物排放到水資源中，會使水中存在的微生物發(fā)生降解反應，進而降低水中氧氣含量，嚴重時還會出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象，這不僅破壞了水產生物的生長環(huán)境，還會造成大量生物因缺氧而死亡。

為了方便后續(xù)的性能比較，需要以補氣式熱泵空調為基礎建立數學模型，利用數值模擬的方法研究空調的運行模式[9]。在空調系統(tǒng)中，壓縮機是最重要的零部件之一，主要能夠為熱泵提供循環(huán)動力，其性能直接決定了空調系統(tǒng)的性能[10]。將壓縮機的內部制冷劑的質量流量等參數建立數學模型，其工作過程壓焓圖，見圖2。

從圖4 可以看出，在相同轉速下，狀態(tài)點1～6 的溫度是逐漸上升趨勢，排氣溫度隨著系統(tǒng)運行的時間會先增大，后降低，隨后趨于平穩(wěn)，出風、回風溫度隨著系統(tǒng)的運行時間先升高后降低，然后趨于平穩(wěn)；隨著轉速升高，相同狀態(tài)點的溫度升高，排氣溫度升高，出風與回風溫度降低；當空調系統(tǒng)穩(wěn)定后，排氣溫度從36.8 ℃升高到了45.3 ℃，出風溫度由14.3 ℃升高為18.2 ℃，回風溫度由11.0 ℃升高到14.3 ℃。壓縮機的排氣溫度隨著壓縮機的轉速的升高而升高，主要是由于中壓補氣后，經過蒸發(fā)器散熱的輔路飽和氣態(tài)制冷劑進入壓縮機的中壓補氣口，與氣態(tài)制冷劑混合后被壓縮放熱，使壓縮機的排氣溫度升高。

根據上述的參數，可以計算出壓縮機的理論功率以及排氣溫度。

3 實驗結果與分析

3.1 改變轉速的性能分析

補氣式熱泵空調裝置中，主路、輔路分別選用的是E2V-26、E2V-11 電子膨脹閥，其調節(jié)范圍為10%～100%；選擇了軸流式風機作為車外風機，其額定風量最大為3 000 m3/h；車內使用的是離心式風機，額定風量最大為1 000 m3/h。當開啟低壓補氣的模式時，制冷劑會從壓縮機的排氣口經過冷凝器后分成兩路[7]，經過主路的制冷劑在中間換熱器中完成與輔路的換熱降溫降壓，最后進入到壓縮機的吸氣口。相對于傳統(tǒng)的空調，低壓補氣可以降低排氣溫度，提高系統(tǒng)效率?？照{低溫制熱模擬工況，見表2。

圖3 各熱像狀態(tài)點采集區(qū)域劃分

狀態(tài)點1、2 是第一流程的進出口，狀態(tài)點3、4 是第二流程的進出口，狀態(tài)點5、6 是第三流程的進出口。從圖3 能夠看出，這3 個流程結構之間的呈現(xiàn)比較清晰，圖中明暗條紋反應了工作過程中的溫度和狀態(tài)，溫度從入口到出口都符合該工況下的蒸發(fā)溫度范圍。對各個狀態(tài)點的溫度進行測量，繪制出圖4曲線。

式中：N表示壓縮腔室的對數，取3；h表示渦旋體高，mm；t表示渦旋體的壁厚；p表示節(jié)距[13-15]。

圖4 各狀態(tài)點溫度隨壓縮機轉速變化

3.2 改變送風量的性能分析

表2 中的模擬工況主要借鑒了國標中關于房建空氣調節(jié)空調行業(yè)的熱泵系統(tǒng)相關測試工況和標準[8]，通過對比分析低溫制熱工況下的性能參數，分析補氣式熱泵空調的采暖性能。

圖5 狀態(tài)點隨車內風量的溫度變化

從圖5可知，在送風量相同的情況下，狀態(tài)點1～6 溫度是上升的趨勢，在不同送風量下，不同點呈現(xiàn)出不同的變化。但是隨著風量增大，狀態(tài)點6的溫度逐漸升高，主要是因為車內的風機送風量變大，車外換熱器的熱量也變大，蒸發(fā)溫度升高。在不同的送風量模式下，在開始的階段吹臉模式的排氣溫度要高于吹足模式，吹臉模式下排氣溫度為47.3 ℃，出風溫度為37.5 ℃，回風溫度為21.4 ℃；在吹足模式下排氣溫度為61.3 ℃，出風溫度為43.7 ℃，回風溫度為24.6 ℃。在圖5三種送風量的條件下，排氣溫度會隨著送風量的增加而增大。

勘查區(qū)面積較大，煤層結構復雜多變，煤層層數多，且標志層不明顯，構造復雜程度為中等偏復雜的類型（二類）。單由鉆探進行煤巖層對比，難度較大；且鉆孔網度較稀，煤層沉缺、剝蝕、合并等現(xiàn)象較多，更增加了各鉆孔間煤層對比的多解性。地震時間剖面具有波形時間延續(xù)性的特點，可連續(xù)追蹤形成發(fā)射波的煤層。同時，通過時間剖面間層位閉合，在全區(qū)進行追逐對比。

圖2 中的數字表示了壓縮機工作過程中的不同狀態(tài)，狀態(tài)8 的制冷劑與狀態(tài)9 的過熱氣體進行混合，質量也會有一定的增加[11-12]。壓縮機模型主要反映了壓縮機工作過程中的功率、排量以及吸氣排氣的溫度等。在建模過程中，忽略能量損失，理論輸氣量固定，制冷劑的質量流量計算公式為：

4 結論

（1）根據實驗室的設備裝置參數，對低溫環(huán)境下補氣式熱泵空調采暖性能進行了一系列的試驗研究，可以作為理論試驗借鑒。

大陸公司的冷卻液控制閥主要應用于汽車熱管理系統(tǒng)冷卻液控制回路中，按需調節(jié)冷卻液流量和流向。冷卻液控制閥由執(zhí)行器和閥體組成，執(zhí)行器包括無刷電動機，齒輪減速系統(tǒng)以及電子控制系統(tǒng)（智能功能模塊）。通過LIN-BUS實現(xiàn)與整車通信。閥體部分主要包括殼體、閥芯、外蓋以密封組件。模塊化的殼體和閥芯可實現(xiàn)兩通、三通、四通和五通等不同的水閥需求。執(zhí)行器配合模塊化的閥體設計可實現(xiàn)全行程的流量調節(jié)以及快速切換等功能。

（2）通過不同工況下車外換熱器的溫度測量，以壓縮機內部制冷劑的質量流量等參數建立數學模型，利用數值模擬的方法研究了空調的運行模式。

學生動手操作后，師生一道總結得到判定方法2：兩角及其夾邊分別相等的兩個三角形全等(簡寫為：“角邊角”或“ASA”).判定方法3：兩角分別相等且其中一組等角的對邊也相等的兩個三角形全等.(簡寫為“角角邊”或“AAS”)

（3）采用壓縮機轉速與送風量作為控制變量，找出了制熱量與制熱效率最高的工況。相同送風量模式下排氣溫度會隨著運行的時間先增大后平穩(wěn)，出風、回風溫度會隨著運行時間先升高，然后平穩(wěn)隨之達到穩(wěn)定狀態(tài)。

（4）對于低溫環(huán)境，補氣式熱泵空調采暖可以通過改變壓縮機轉速和送風量方法進行調節(jié)，使得排氣溫度在安全可靠舒適范圍之內。