噴氣增焓工作原理

在空調冬季制熱的過程中，其實我們的空調就是「空氣源熱泵」。空調冬季向室外的空氣抽取熱量，並把熱量送至房間，這便是簡單的空調製熱原理！

一、空氣源熱泵在低溫工況下存在的問題

我國北方地區冬季室外氣溫低，客觀條件對空氣源熱泵運行效率不利，此時系統安全性也存在問題。主要表現有：

（1）根據製冷劑性質，室內溫度不變則製冷劑冷凝壓力不變，隨著室外氣溫逐漸降低，蒸發壓力不斷下降，壓縮機吸氣比容隨之增大，之後壓縮機的壓縮比變大，比功增加，系統循環工質量減少，導致系統制熱量和制熱性能係數都下降。

（2）室外蒸發壓力降低，壓縮機吸氣壓力降低，壓縮比增大，壓縮機欠壓縮且嚴重偏離最優值，導致其輸氣量減少，與此同時壓縮機排氣溫度升高將嚴重影響壓縮機工作的安全性。排氣溫度是決定壓縮機使用壽命的重要因素，要嚴格控制在130℃以下。

過高的排氣溫度將致使冷卻潤滑油和工質的密度降低，進而在金屬催化下化學分解生成對機器不利的遊離炭、酸和水分。遊離炭能堵塞乾燥管，積聚在排氣閥上時增加壓縮機的排氣阻力，完全堵死時會爆缸。酸類隨製冷劑循環會腐蝕系統各個部分。壓縮機內存過多水分會產生「水錘」現象，溫度過高時也可能燒毀電機。

（3）室外溫度降低，製冷劑蒸發壓力下降，壓縮機容積效率的降低也加劇了制熱量的減少。容積效率主要受余隙容積、開口過流壓力、吸氣過熱度和製冷劑泄漏的影響。

（4）直接決定壓縮機制熱量和制熱性能係數的壓縮機效率包含電動機效率ηo、機械效率ηm和指示效率ηi。如果渦旋壓縮機為定頻壓縮機，故電動機效率和機械效率變化不大，此時機組效率主要關聯於指示效率。當降低蒸發溫度偏離渦旋壓縮機設計工況很嚴重時，指示效率會急劇下降，例如，當蒸發溫度從-10℃下降至- 25℃時，工質R22渦旋壓縮機的指示效率從0.75降低至0.55。

（5）當機組處於低溫環境中時，室外機的換熱翅片上會有水蒸氣因其溫度低於凝華溫度而結霜，增加熱阻，降低換熱效率，以至於熱泵機組不能正常工作。

傳統的空氣源熱泵較難適應室外環境低溫工況，其主要原因是空氣源熱泵在室外環境低溫工況下工作時會因壓縮機排氣壓力過高而影響其正常運行。室外環境溫度低，空氣源熱泵的蒸發溫度也會降低，冷凝溫度不變時，會造成壓縮機的壓縮比升高，因而排氣溫度升高。

尤其當環境溫度低於0℃時，壓縮機排氣溫度甚至高於130℃，壓縮機排氣壓力過高將使潤滑油變稀，潤滑條件惡化，甚至引起潤滑油的碳化和出現拉缸等現象。因此，普通空氣源熱泵在低於0 ℃時無法正常運行。

為了提高空氣源熱泵的制熱效率，並解決由於室外環境溫度過低導致傳統空氣源熱泵出現高壓縮比及高排氣溫度的問題，提出了噴氣增焓技術。噴氣增焓技術採用了經濟器循環設計，通過准二級壓縮中間冷卻的原理，解決了高壓縮比及高排氣溫度的問題。採用噴氣增焓技術的空氣源熱泵的壓縮機通過中間壓力吸氣孔吸入一部分中間壓力氣體，與經過部分壓縮的冷媒混合後再壓縮，實現了以單台壓縮機實現兩級壓縮的過程，從而使得採用噴氣增焓技術的空氣源熱泵可以適應比普通空氣源熱泵更低的室外環境溫度，經有關文獻實際測試得到採用噴氣增焓技術的空氣源熱泵在室外環境最低溫度-20℃的工況下仍能正常運轉。

與此同時增加了冷凝器中的製冷劑流量，增大了主循環迴路之間的焓差，從而大大提高了壓縮機的效率，使得採用噴氣增焓技術的空氣源熱泵相對於普通的空氣源熱泵節能效果更顯著。採用噴氣增焓技術的空氣源熱泵相對於一般空氣源熱泵能適應更低的室外環境溫度，使得空氣源熱泵在低溫工況下運行的可靠性大大提高，同時還兼具節能、高效的特點，因此在生產、生活中得到越來越廣泛的應用。

二、噴氣增焓原理

噴氣增焓系統又被稱為經濟器(或稱閃蒸器、中間冷卻器)系統，其循環示意圖見上圖。其流程為：高溫、高壓的製冷劑氣體經過冷凝器進行冷凝冷卻，並將冷凝放出的熱量傳遞給中間介質，吸熱升溫的中間介質用於供暖。冷凝後的製冷劑迴路分為兩路：主迴路為製冷迴路；輔助迴路為補氣迴路。

輔助迴路中的製冷劑液體經過電子膨脹閥降壓到一定中間壓力後變為中壓氣、液混合物並與來自主迴路的溫度較高的製冷劑液體在經濟器中發生熱交換。輔助迴路的製冷劑液體吸收熱量變為氣體,通過壓縮機的輔助進氣口補入壓縮機工作腔；同時,主迴路的製冷劑得到過冷卻,這部分過冷的製冷劑經過膨脹閥後進入蒸發器(室外機換熱器)。

在蒸發器中,主迴路的製冷劑吸收低溫環境中的熱量而變為低壓氣體進入壓縮機吸氣腔,經過一段內壓縮後,主、輔迴路的製冷劑在壓縮機工作腔中混合,然後隨著工作腔的轉動這兩部分製冷劑邊壓縮邊混合直至混合過程結束,混合後的製冷劑經壓縮機進一步壓縮後排出壓縮機至此,形成一個完整的封閉循環。

三、二次節流系統

一般經濟器系統分為一次節流系統和二次節流系統。二次節流相對於一次節流提高了製冷劑在蒸發器中的吸熱量，提高了能源利用率。

從冷凝器出來的製冷劑分為兩路：主迴路為製冷迴路，支路為噴氣迴路。主迴路製冷劑液體直接進入板換，支路製冷劑經膨脹閥節流降壓後再進入板換。這兩部分製冷劑在板換中進行熱交換，主迴路製冷劑放熱變為過冷液體，經膨脹閥降壓後進入蒸發器；支路製冷劑吸熱變為氣體，從壓縮機噴射口噴入渦旋壓縮腔；主路和輔路製冷劑在壓縮腔內混合，再進一步壓縮後排出壓縮機外，進入冷凝器，構成封閉的噴氣增焓熱泵系統工作循環。

噴氣增焓壓縮機是採用兩級節流中間噴氣技術，採用閃蒸器進行氣液分離，實現增焓效果。它通過中低壓時邊壓縮邊噴氣混合冷卻，然後高壓時正常壓縮，提高壓縮機排氣量，達到低溫環境下提升制熱能力的目的。

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