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CO2热泵热水机的标准及优势
CO2存在于大气、水体和地下,是自然界的组成部分。尽管CO2是温室气体,但每千克的温室效应是1,而通常合成制冷剂(例如HCFCs等)每千克的温室效应是2 000,甚至更高。这说明,一千克合成制冷剂的温室效应等同于上千千克的CO2。此外,CO2是优良的制冷剂,其分子结构为直线结构,非极性流体的黏度低,流动损失小,易于汽化,传热效果良好。此外,CO2无毒不可燃烧,费用低,易于获取,其价格为每千克0.5元,而合成制冷剂价格通常为每千克几十元至数百元。 
与常规制冷剂不同,CO2循环为跨临界循环,其临界温度为31.1 ℃,临界压力为7.37 MPa。当温度高于临界温度时,压缩后的高压制冷剂在较高环境温度下无法冷凝,而在超临界条件下放热。这个循环通常称为“跨临界热泵循环”,其循环方式如图2所示。这样的循环适合用于热泵循环,可以得到较高的出水温度,CO2跨临界循环已经广泛应用于CO2热泵热水机。 
在对产品的评价标准方面,我国目前没有专门针对CO2热泵热水机的标准,仅有对CO2压缩机的标准GB/T 26181—2010《家用和类似用途CO2制冷剂热泵热水器用全封闭型电动机-压缩机》。针对生产生活或工艺用热水的热泵热水机,统一采用GB/T 21362—2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》以及GB/T 23137—2008《家用和类似用途热泵热水器》。标准中规定了术语和定义、产品分类、试验工况、试验方法、噪声监测等内容,其试验工况如表1所示。GB 29541—2013《热泵热水机(器)能效限定值及能效等级》规定了热泵热水机的能效限定值及能效等级,如表2所示。   
GB/T 21362—2008规定,空气源热泵热水机热源侧变工况干球温度范围为-10~38 ℃,并有注解:或按照制造厂商明示的最低热源侧温度进行试验。 
对于北方寒冷地区采暖用热泵,根据GB/T 25127.1—2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组 第1部分:工业或商业用及类似用途的热泵(冷水)机组》和GB/T 25127.2—2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组 第2部分:户用及类似用途的热泵(冷水)机组》,在干球温度/湿球温度为-12 ℃/-14 ℃的名义工况下,户用机组和商用机组的COP分别要高于2.1和2.3。  
由于CO2的临界温度很低,在热泵循环中通常没有冷凝过程,只有临界气体冷却过程,所以其放热的换热器被称为气体冷却器。常规制冷剂放热时经过热段、冷凝段和过冷段,出口水温一般要低于冷凝温度3~5 ℃,如图3所示。CO2放热时基本没有相变,都是在超临界区,如图4所示。采用逆流换热,可以得到较高温度的热水,通常可以在65 ℃以上。CO2跨临界热泵循环特别适合用于生活热水或工业用热水。与常规制冷剂相比,CO2更容易得到较高的出水温度,但是也需要较低的进水温度,常规自来水进水温度最好。 

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