二氧化碳空氣能熱泵熱水器是什么樣的，以下做了簡(jiǎn)單的描述：

（1）基本數(shù)據(jù)

環(huán)境空氣溫度為10℃，工質(zhì)的蒸發(fā)溫度為0℃，工質(zhì)在蒸發(fā)器出口處的過(guò)熱度為o℃；自來(lái)水（冷水）的溫度為15℃，所需的熱水溫度為60℃，熱水產(chǎn)率為100L/h，熱泵制熱量應(yīng)為：

Qc=100×4.2×（60-15）/3600=5.25（kW）

工質(zhì)出氣體冷卻器的溫度為20℃，壓縮機(jī)的效率為ncom=0.6.

（2）結(jié)構(gòu)與循環(huán)

二氧化碳熱泵熱水機(jī)組的結(jié)構(gòu)及循環(huán)如圖16-8所示。

圖16-8二氧化碳熱泵熱水機(jī)組的結(jié)構(gòu)及循環(huán)圖

16-8中1點(diǎn)為壓力為3~4MPa的二氧化碳低溫飽和蒸氣，經(jīng)壓縮機(jī)升壓至2點(diǎn)，變?yōu)閴毫?~11MPa的高壓高溫狀態(tài)，進(jìn)入氣體冷卻器，在壓力基本不變的情況下溫度下降，放熱來(lái)加熱冷水，至3點(diǎn)，變?yōu)楦邏旱蜏氐臓顟B(tài)，進(jìn)入膨脹閥，經(jīng)節(jié)流后，至4點(diǎn)，變?yōu)榈蛪旱蜏氐娘柡鸵号c飽和氣的混合物，吸收低溫?zé)嵩吹臒崃?，并蒸發(fā)氣化，至蒸發(fā)器出口處又全部變?yōu)榈蜏氐蛪猴柡蜌猓龠M(jìn)入壓縮機(jī)開始下一個(gè)循環(huán)。

（3）參數(shù)計(jì)算

壓縮機(jī)進(jìn)口處工質(zhì)的壓力為p1=3.48MPa，烙為t=432kJ/kg，嫡為=1.847kJ/（kg·℃）。

初取壓縮機(jī)排氣壓力為p2=8.5MPa，該壓力下工質(zhì)出氣體冷卻器處的焙為hs=246kJ/kg；等熵壓縮時(shí)壓縮機(jī)出口處工質(zhì)的焙為hzs=466kJ/kg，壓縮機(jī)排氣溫度為80℃。

由表16-10可見，氣體冷卻器中工質(zhì)與水的最小傳熱溫差約為0℃，難以滿足傳熱要求。

再取壓縮機(jī)排氣壓力為p2=9MPa，該壓力下工質(zhì)出氣體冷卻器處的烙為h3=245kJ/kg；等嫡壓縮時(shí)壓縮機(jī)出口處工質(zhì)的熔為h2s=469kJ/kg，壓縮機(jī)排氣溫度為87℃。

氣體冷卻器中工質(zhì)與水的沿程溫度變化情況如表16-11所示。

由表16-11可見，氣體冷卻器中工質(zhì)與水的最小傳熱溫差約為4℃，基本可滿足傳熱要求。

再取壓縮機(jī)排氣壓力為p2=9.5MPa，該壓力下工質(zhì)出氣體冷卻器處的常為h3=244kJ/kg；等熵壓縮時(shí)壓縮機(jī)出口處工質(zhì)的焙為h2s=471kJ/kg，壓縮機(jī)排氣溫度為92℃。

基于以上數(shù)據(jù)并參考常規(guī)工質(zhì)部件的確定方法，該機(jī)組所需的壓縮機(jī)可被選定；蒸發(fā)器可選用翅片管式（二氧化碳流動(dòng)管的承壓應(yīng)不小于8MPa），其傳熱系數(shù)取值范圍及平均傳熱溫差、換熱器面積的計(jì)算方法與常規(guī)工質(zhì)類似；氣體冷卻器可選用套管式（二氧化碳流動(dòng)管的承壓應(yīng)不小于13MPa），高壓超臨界二氧化碳的對(duì)流換熱系數(shù)一般大于1500W/（m2·℃），故換熱器的傳熱系數(shù)取值范圍應(yīng)與常規(guī)工質(zhì)相近，不同之處在于其平均傳熱溫差的計(jì)算。

（4）改進(jìn)與優(yōu)化

為進(jìn)一步提高二氧化碳熱泵熱水機(jī)組的制熱系數(shù)和可靠性，可采用膨脹機(jī)代替膨脹閥、加裝回?zé)崞?、熱水雙級(jí)加熱等措施。由于二氧化碳的臨界溫度低，在通常的蒸發(fā)溫度下，其蒸發(fā)壓力較高，因此，即使在需制取的熱水溫度較高時(shí)，壓縮機(jī)的壓比及效率仍在合理的范圍內(nèi)（如蒸發(fā)溫度為0℃時(shí)，其蒸發(fā)壓力約為3.5MPa，當(dāng)壓縮機(jī)排氣壓力為9MPa時(shí)，其壓比僅為2.6，壓縮機(jī)的等熵效率約為0.84，容積效率約為0.86），尤其是在寒冷地區(qū)冬季仍可提供較高溫度的熱水（如環(huán)境空氣溫度為一20℃時(shí)仍可制取90℃的熱水，且制熱系數(shù)可在2.0以上）。