多种制冷剂热泵循环性能的对比分析
R290与R22的制冷性能比较分析及替代实验
ｉ ｅａｒｃ ｎ ｉｏ ｅ ｐ ｓＫＦ ３ ＧＷ ／ ３ ５ ０ － ．ｈ ｅｕｔｎ ｉａｅｔａ： ａ ｅａ ｐｏ ｒｔ ｉｉｇｒｆｉｅ ａ ｔ ｎｔ ｉ ｏ ｄｔ ｎ ｒ ｙ ｅ Ｒ一５ ｈ － ｉ ｔ Ｒ（５ ４ ）Ｎ５Ｔ ｅｒｓ ｌ ｉｄｃｔ ｔ ｆ ｔ ｓ ｐ ｒｐ ａｅｆ ｌ ｅｒ ｒｎ ｈ ｉ ｉｈ ｔ ｈ ｌｎ ｇ
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来 就是地 球 生态 系统 中存在 的，无 论 是使用 还是排 放 到环境 中，取之 于 自然 回之 于 自然 ，对于 生态环 境 不存在 “ 为 ”干扰 ；所 以对 环境 的影 响 比合成 人
ｔ ｎ ｃ ｎ ｉ ｏ ，ｔ ｌｏｃ ｎｒ ｓｓ ｅｒ ｅ ｒ ｅ ａｉｏ ｉ ｌ ｐ ｏ ｏ ｍａ ｇ ｅＴ ｅｅ ｐ ｉ ｎ ｆ ２ ０ ｄ ｓ ｌ ｃｎ ２ｉ ｏ ｅ ｉ ｏ ｄｔ ｎ Ｉ ｉ ａｓ ｏ ｔ ｔ ｔ ｉ ｒｆｉ ｒ ｔ ｎｃ ｒ ｅ ｒ ｆ ｒ ｎ ｃ ． ｈ ｘ ｅｍｅ ｔ ９ ｉｐ ａ ｉ ｇＲ２ ｄ ｎ ｏ ｉ Ｉ ａ ｈ ｇ ａ ｃ ｏ Ｒ ｓ
保 的制 冷剂 。绿 色环 保制 冷剂 可 以是合 成 的， 也可 以是天 然 的 ，虽 然合 成 的环保 制冷 剂也对 臭氧 层不 会 造成破 坏 ，但 它可 能给地 球 的生态 环境 带来 潜在
的和不 可预 知 的影 响。从 地球 生态 的可 持续发 展来 看 天然 制冷 剂是最 理想 的选 择 ， 因为天 然制 冷剂本
R407C、R410A系统热力性能研究综述
万方数据
ＲＥ Ｒ ＧＥ ＡＴＯＮ Ｆ Ｉ Ｒ Ｉ
Ｖ２ （ｏ ｌ ．４） Ｎ２ ｔ Ｎ ８ ｏ Ｔ ａ ｏ ｌ ｏ
３ ２０ ， ｐ ， ３ Ｓ ０ ｅ
液击和防止膨胀阀前工质的闪发，而且一般会提高 系统性能。但通常的对气液热交换器的性能分析都 不考虑其所引起的质量流量的减少和产生的压降， 且对混合工质的分析很少。文献 ［］分析了一些 ８ 纯质及 Ｒ １ ４０ Ａ和 Ｒ０Ｃ等混合工得出了质 量流量和压降对性能影响的关系式。结论为： 使用 气液热交换器对 Ｒ２ Ｒ２ Ｒ １ 工质的系统性能 ２ ， ， ７ ３ ７ 不利，而对 Ｒ０Ａ Ｒ３ａ Ｒ２ Ｒ０Ａ ８９ ， ５７ ， ４ ， ， ４ ， ０ １ １ ４ ２
好 系 能 〔一 的 统 效，。 ，
Ｒ １Ａ； ０ ＜ ４０ １ ０ ９
文献 ［］ 所给以 １ 年工质累积辐射力来计 ３ ０ ０ 算 的 Ｇ Ｐ 值 为：Ｒ２ ７ ； ０Ｃ ６０ Ｗ ２， ０ ４ ， ０； １ Ｒ ７ １ ０
３ 传热、压降及 Ｃ Ｐ胜能研究 ＯＴ
文献 【］分析了当Ｒ０Ｃ系统具有气液分离 １ ４７ Ｔ Ｅ指标反映出工质对全球温室效应的影响 器或蒸发器为满液式时，由于非共沸物的气液组成 ＷＩ 大小， 它综合考虑工质的泄漏的直接影响和系统运 的差别对系统性能的影响，测量出其气相组成在 ． ℃时为３／３３ ｗ％，因此在蒸发和冷凝过程 ５３／２ ｔ 行所造成的间接影响，已逐渐被接受。文献 ｛］ ４４ ４ 在进行实验比 较后认为Ｒ２ ４７ 的直接温室效 ２ 比Ｒ０Ｃ 中会产生传质阻力， 导致其比 纯工质或共沸物的传 热系数低，含油时微肋翅片管内蒸发和冷凝时相对 应大 １％左右， ５ 但在系统冷凝温度 ４ 一 ７ ，蒸 ３ ４９ Ｃ 发 温度一 ２ ７ １一 ℃时， ４７ 的ＴＷ 值比Ｒ２ Ｒ０Ｃ Ｅ Ｉ ２ 的 于Ｒ２ ２ 传热系 数下降２％一 ５ 而为 ． ２％， ０ 满液式蒸发 大， 而在冷凝温度５ ￣ ８ 、 ３ ５９ 蒸发温度 ２ １ ０ 一０ ℃时 器时更是下降了７％。前者因一般为空气源热泵， ５ 替代使用才有利。 由于换热热阻主要在空气侧， 故制冷剂传热系数的 卜 降对气一气热泵影响不大。而采用满液式蒸发器 按ＡＨ Ａ ｔｄｄ １ 的划分，两土质 Ｓｎａ ３ 一 ９２ ＳＲ Ｅ ｒ ４ ９ ａ 的安全分类均为Ａ／ 类， １Ａ Ｉ 燃烧热分别为Ｒ０Ｃ ４７ ： 的冷水机组则冷剂侧热阻 占主要 部分，在使用 ６ Ｏ 降４％。而干式蒸 － Ｍ／ｇ Ｒ１ ：一 ． Ｍ／ｇ ４ Ｊ ， ０ ． ｋ ４ Ａ ４ Ｊ 。由于属 ＩＣ Ｒ０Ｃ时冷量下降３％，Ｃ ＰＦ ４ ９ ４ ｋ Ｉ ｓ ４７ Ｆ 一质， 「 这两种下质不能使用矿物油和烷基苯油， 而 发器的冷量和 Ｃ Ｐ Ｏ 只分别下降７ ％和 １％， ４ 可以预 应使用ＰＥ Ｏ 油和其它可溶性润滑油，当 选择弹性 测当采用管内 冷凝时， 整体性能还会有所改善。 或塑性材料作为系统部件以及在选择干燥剂时， 需 另外当系统中有气液分离器时，由于循环组成 要 综合考虑工质与 其配套的润滑油性质 中Ｒ２ ８２ 的浓度增加， ３和 １ ５ 使得 Ｒ０Ｃ ４ 制热能力 ７ Ｒ０Ｃ ４０ 的热力性质数据国际上流行通 ４７ 和Ｒ１ Ａ 比 Ｒ２ ３ ８ ２ 大 ％一 ％｝ 过美国国家标准技术局 （Ｉ ） Ｎ Ｔ 所推出的主要是基 Ｓ 气液热交换器用于制冷系统可以防止压缩机的
多种制冷剂热泵循环性能的对比分析
多种制冷剂热泵循环性能的对比分析制冷剂热泵是一种能够将低温热能转换为高温热能的系统，广泛应用于制冷、供暖、空调等领域。
不同的制冷剂对热泵的循环性能会产生不同的影响。
本文将对几种常见的制冷剂热泵进行对比分析。
首先，制冷剂的选择对热泵的性能有很大影响。
在常见的热泵制冷剂中，最常见的是氨、氟利昂和碳二氟化合物。
氨是一种环保的制冷剂，但它具有腐蚀性和毒性，需要特殊设计和操作。
氟利昂是一种广泛应用的制冷剂，具有良好的热传导性能，但它对臭氧层有破坏作用。
碳二氟化合物是一种近年来发展起来的新型制冷剂，它对环境影响小，但热传导性能较差。
因此，在选择制冷剂时需要综合考虑其环境影响和热传导性能。
其次，不同制冷剂的物理性质也会影响热泵的性能。
例如，制冷剂的沸点和凝固点会影响制冷剂在循环中的相变过程，进而影响系统的制冷效果。
制冷剂的密度和比热容对热泵的传热性能有重要影响。
具有较高密度的制冷剂可以提高传热效率，而具有较高比热容的制冷剂可以提高热泵的制热功率。
此外，制冷剂的化学稳定性和可靠性也是需要考虑的因素。
制冷剂在循环过程中可能会发生分解、腐蚀和泄漏等问题，而这些问题会影响热泵的运行效果和寿命。
因此，在选择制冷剂时，需要综合考虑其化学稳定性和可靠性。
最后，制冷剂的价格和供应情况也是需要考虑的因素。
不同制冷剂的价格差异较大，且供应情况也存在不确定性。
因此，在选择制冷剂时，需要综合考虑其成本和供应保障情况。
综上所述，不同制冷剂对热泵的循环性能会产生不同的影响，包括对环境的影响、热传导性能、物理性质、化学稳定性和可靠性等方面。
在选择制冷剂时，需要综合考虑以上因素，以达到最佳的循环性能。
同时，随着环境保护意识的提高，未来有可能出现更环保和高效的制冷剂，这将进一步推动制冷剂热泵领域的发展。
r245fa和其他四种工质在高温热泵中的理论对比
第45卷第1期2020年2月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 45 No. 1Feb. 2020文章编号：1009-220X(2020)01-0055-05 DOI:10.16560/ki.gzhx.20200110R245fa和其他四种工质在高温热泵中的理论对比杨文娟，张华*（上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093）摘要：把R245fa和R134a、R11、R1336mzz(Z)和R1233zd(E)四种工质的热物理性质对比，在相同的工况下理论分析了五种工质在中高温热泵中的COP、压缩机排气温度、单位容积制热量、压缩比等性能参数。
结果表明，在高温热泵70～100℃的运行区间内，R245fa冷凝压力较低、制热COP高、排气温度相对较低等特性，具有良好的循环性能。
R245fa拥有应用于更高冷凝温度工况下的潜质，为今后更为深入的研究提供借鉴。
关键词：高温热泵；R245fa；循环性能；理论分析中图分类号：TB612 文献标识码：A热泵是工业生产中极具吸引力的能源转换设备，因为它提供了利用废热或任何一种低品位热能来减少一次能源消耗的有效方法。
全球经济的发展，全球能源消耗快速增长，高温热泵技术广泛应用于木材干燥、建筑供暖、制药等领域，它在节能效果上的优势比电或一次能源用热系统更加明显，高温热泵技术可以利用30～60℃范围的低等级热源提供80～100℃以上的热量，所以近年来，具有低GWP的制冷剂蒸汽压缩高温热泵在废热回收方面受到了广泛的关注[1-3]。
热泵中必须使用制冷剂，而人们对环境保护越发重视，破坏环境的HCFs类制冷剂正加速淘汰，而把研究重点逐渐转移到HFC类和HFE类等环境友好型制冷工质[4]。
与常规的热泵技术相比，高温热泵技术有其自身的特点：冷凝压力和冷凝温度相对较高，排气温度也相对较高，压比也比常规的热泵的压比高[5]。
配合使用的常见的高温热泵技术的制冷剂有R1234ze、R124、R114、R134a等纯制冷剂，也有共沸混合工质。
制冷剂对空气源热泵性能的影响
制冷剂对空气源热泵性能的影响摘要：随着科技的进步，人们的生活水平逐渐提高，也随着不可再生资源一点点被消耗，人们的环保意识也在提高。
在供暖方面，我们希望有一种新型且节能的供暖方式来代替传统的供暖方式以减少资源的消耗。
空气源热泵作为一种无污染且安装方便的供暖方式近几年得到广泛应用。
但在低温下此供暖方式却存在着制热效率低下，排气温度过高，严重时热泵无法运行等诸多问题。
本文针对上述所涉及到的问题，通过阅读文献查找资料，对低温空气源热泵进行性能研究，分析影响低温空气源热泵性能的因素并指出改进方法以及总结与低温空气源热泵相关的研究成果，本文具体比较了部分制冷剂在不同循环方式下的性能，分析了结霜问题对热泵性能的影响并提出了除霜措施以及适合低温工况下热泵运行的循环方式，寻求低温工况下更好的解决方案。
关键词：低温空气源热泵；改进方法；解决方案一、引言中国的能源需求仍在增加，过去十年我国能源消耗增长54.6%，目前以煤炭为主的能源结构无法改变。
我国在2017年的能源消耗中，煤炭占60%，石油占19%，可再生能源占12%，天然气占7%，核能占2%。
我国的能源结构存在一定问题，煤炭使用率过高，导致环境问题突出。
因此我国能源结构需要进一步提高清洁能源的比重。
目前我国北方供暖以燃煤为主，散煤因价格较低成为冬季供暖的重要燃料。
其中生活用煤占总用煤的九成以上。
据炉具行业不完全统计，2015年制造的炉具有七成以上是劣质低效率的，这使人们供暖所需燃煤量越来越多。
散煤的不充分燃烧会生成对大气环境有害的气体，如氮氧化物，硫氧化物等，因为没有控制污染物排放的装置，在污染物排放方面，民用燃煤污染物排放量远远高于工业和电厂锅炉的污染物排放量，造成冬季严重的大气污染。
二、制冷剂的性质不同的制冷剂有着不同的热力性质，并且同种制冷剂在不同的热力循环下性能也有所不同。
在进行各种制冷剂热力循环分析前，先简单介绍一下几种常见的制冷剂。
2.1 R22R22属HCFC类物质，也是目前使用最广泛的中低温制冷剂。
R32R1233zd(E)热泵系统的热力学分析
避免[23]。寻找零 ODP 且 GWP 值较低的环保制冷剂已 成为今后一段时期内全球制冷空调业界所面临的共 同责任，是需要全球同行联合起来集中力量解决的重 大课题。美国空调、供热与制冷协会（AHRI）的低 GWP 替代制冷剂评价计划（LowGWP AREP）[4]中采用 L20
收稿日期：20150930 作者简介：范晓伟（1966~），男，博士，教授；河南省郑州市中原中路 41 号（450007）；037162506158；Email: xwfan@ 基金项目：国家自然科学基金（No.51176207）
1 中原工学院能源与环境学院 2 郑州大学土木工程学院
摘 要：R1233zd(E)是一种环保、无毒、不可燃的新型制冷剂，本文将 R32 与 R1233zd(E)混合用于替代热泵热水器 传统制冷剂 R22。在热泵热水器名义工况下，基于换热器中传热窄点温差的限制，对 R32/R1233zd(E)二元混合制 冷剂在不同质量配比下热泵循环系统的热力学特性进行计算分析。结果表明，相同工作条件下，混合工质在计算 配比范围内 COPh 均大于 R22 系统，并存在两个峰值，分别对应于质量配比分别为 90/10 和 46/54，R32/R1233zd (E)的最优质量配比为 90/10。在最优配比下，系统制热系数 COPh 值为 4.793 分别比纯质制冷剂 R22、R32 系统的 COPh 增加 10.2%、6.6%。新型混合制冷剂 R32/R1233zd(E)很有潜力成为新的热泵替代制冷剂。 关键词：非共沸混合制冷剂 热泵热水器 R32/R1233zd(E) 传热窄点
第 35 卷第 9 期
范晓伟等：R32/R1233zd(E)热泵系统的热力学分析
·35·
（R32/R152a/R1234ze (E)，45/20/35）、ARM32a （R32/ R125/R134a/R1234yf，25/30/25/20）、DR7（R32/R1234yf， 36/64）等混合制冷剂在“Koolman”空气源热泵型冷水 机组（制冷模式）下以 R22 为基准制冷剂进行对比分 析，结果表明新型替代制冷剂都有较大的温度滑移， 热力学效率都显著降低。Subiantoro [5]等人分别从环境 影响 、系 统能 效 、换热 器 性能 对 可 能 替 代 R22 的 R407C、R134a、R437A，R1234yf 和 R290 制 冷 剂 进 行 对比分析，发现 R290 综合性能相对较优。本课题组曾 对自然制冷剂 R744 和碳氢类（HCs）制冷剂混合用于 热泵系统进行了理论和试验研究，得到可用于热泵系 统天然制冷剂混合制冷剂及其配比范围[67]。
多种制冷剂热泵循环性能的对比分析
多种制冷剂热泵循环性能的对比分析热泵是一种利用制冷剂循环工作原理实现供暖和制热的设备。
制冷剂在热泵循环中扮演着重要角色，其性能直接影响到热泵的循环效率和能耗。
目前市场上常用的制冷剂有多种，包括氨、二氧化碳、氯氟烃等。
本文将对这些制冷剂在热泵循环中的性能进行对比分析。
首先，我们来看氨制冷剂。
氨在热泵循环中具有较高的制冷性能，具有较高的制冷系数。
相比之下，氨具有较低的温度极限，通常在-50℃到5℃之间使用。
此外，氨具有较高的蒸发潜热，对于低温应用非常适合。
但是，氨的毒性较大，使用过程中需要严格控制泄露，以免对环境和人体造成危害。
其次，二氧化碳制冷剂是一种环保型的选择。
二氧化碳在热泵循环中具有较高的制冷效能，并可以在比较宽的温度范围内工作，通常在-50℃到80℃之间使用。
此外，二氧化碳制冷剂具有较高的热导率和较低的黏度，能够有效提高热交换效果。
但是，二氧化碳制冷剂的工作压力较高，对于设备的设计和安全性要求较高。
再次，氯氟烃是一类常用于家用热泵的制冷剂。
氯氟烃在热泵循环中具有较好的制冷性能，通常在-50℃到110℃之间使用。
氯氟烃制冷剂具有较低的毒性，对环境较为友好，但是会对臭氧层产生破坏。
因此，国际上已经禁止使用一些含有氯氟烃的制冷剂，逐步向使用替代品转变。
此外，还有一些其他的制冷剂，如烃类制冷剂（如丙烷、异丁烷等）和氟烷制冷剂（如R134a、R410a等）。
烃类制冷剂具有较低的全球变暖潜势和较低的毒性，但易燃、易爆且不稳定，需要严格的安全措施。
氟烷制冷剂具有较高的制冷效能和可靠性，但对环境的影响仍需要关注。
综上所述，不同制冷剂在热泵循环中具有各自的优势和适用范围。
在选择制冷剂时，需要考虑制冷性能、安全性、环保性以及使用的温度范围等因素。
未来，随着对环境友好型制冷剂的需求增加，热泵中环保制冷剂的使用将逐渐普及，并得到进一步优化和发展。
制冷机和热泵的异同点
制冷机和热泵的异同点制冷机和热泵是两种常见的热力设备，它们在功能和原理上有一些相似之处，但也有一些不同之处。
本文将从工作原理、应用领域、能源效率和环境影响等方面对制冷机和热泵进行比较和分析。
一、工作原理：1. 制冷机：制冷机是一种将热能从低温区域转移到高温区域的设备，其工作原理基于制冷循环。
制冷循环主要包括蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀等组件。
制冷剂在蒸发器中吸收低温热量，经过压缩机增压后，释放高温热量到冷凝器中，然后通过节流阀降压，重新进入蒸发器循环。
2. 热泵：热泵是一种能够利用外部环境热能提供供热和制冷的设备，其工作原理基于热力循环。
热泵通过蒸发器吸收外部环境中的低温热量，经过压缩机增压后，释放高温热量到热水或空气中，以实现供热或制冷的目的。
二、应用领域：1. 制冷机：制冷机主要应用于冷库、冷藏车、空调等场所，用于降低温度并保持低温环境。
它可以将热量从一个区域转移到另一个区域，实现冷却效果。
2. 热泵：热泵主要应用于供热和制冷领域。
在供热方面，热泵可以通过吸收外部环境中的低温热量，提供热水、采暖或工业过程中的热能；在制冷方面，热泵可以通过反转工作循环，将热量从室内排出，实现制冷效果。
三、能源效率：1. 制冷机：制冷机的能源效率通常通过制冷系数（COP）来衡量，COP越高表示能源利用效率越高。
一般情况下，制冷机的COP在2至5之间，即每消耗1单位的电能，可以产生2至5单位的制冷量。
2. 热泵：热泵的能源效率也是通过COP来衡量，但与制冷机不同的是，热泵的COP通常大于1。
这是因为热泵可以利用外部环境中的热能，使得单位能量产生的热量大于消耗的能量。
一般情况下，热泵的COP在2至6之间，即每消耗1单位的电能，可以产生2至6单位的供热量。
四、环境影响：1. 制冷机：制冷机在工作过程中会产生废热和制冷剂的排放，对环境造成一定的影响。
特别是一些传统制冷剂，如氟利昂，不仅对臭氧层有破坏作用，还对全球变暖有贡献。
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随着我国社会的高速发展和人民生活水平的提高，经济发展与环境保护的矛盾也日益突出。
为减少采暖燃煤使用量、改善空气环境、提高能源使用效率，我国北方开始推广“煤改电”、“煤改气”等一系列政策。
北京怀柔区实施“煤改电”政策后，在电价方面将取消阶梯电价，并且在采暖期最低可享受0.1元/度的优惠电价；在采暖设备方面，对空气源热泵按照实际供热面积每平米200元补贴。
基于节能环保的环境要求和供热采暖的生活需求，采暖用空气源热泵代替传统锅炉已成为一种发展较快的趋势。
1 研究现状1.1热泵发展近况近年来国内外众多高校、研究机构和企业都一直致力于解决热泵在全年长期运行中的问题，尤其是在低温工况下运行的问题。
早在2003年，清华同方就宣称将某热泵产品进行技术革新，使得该产品的工作环境从（-8～7）℃扩大到（-15～45）℃。
2006年，南京工业大学的学者王伟设计并搭建了一台可单双级切换的压缩空气源热泵热水器，制冷剂选用R134a，得到双级压缩热泵热水器在-20℃的环境下运行COP能保持在1.5左右，相对于电热水器有较明显的优势。
广东长菱空调气冷机公司陈俊骥设计搭建一套采用中间喷射的涡旋热泵热水器并进行了实验，实验表明：该系统能在-20℃～43℃的环境温度下正常运行，制取热水的水温达到65℃；在-15℃的环境温度以下，该设备COP依然能保持在2.0以上。
国外对低温空气源热泵热水器的研究主要集中在日本、美国和一些西欧国家。
美国学者Wang X等在2009年以R410A 为工质建立一个11kW的实验台，比较了经济器和闪发器对制冷制热的影响，得出结论：外界环境为46.1℃时，闪发蒸汽喷射相对于单级系统制冷量和制冷系数分别提高14%和4%；外界环境为-17.8℃时，制热量和制热系数分别提高30%和20%。
1.2热泵循环研究进展基于热泵技术的发展要求，许多国内外学者对不同的热泵循环进行了理论对比分析，也根据不同的循环理论进行实验研究。
热泵循环的主要形式分为：单级压缩制热循环、双级压缩制热循环、复叠式制热循环三种。
其中双级压缩制热循环中包括液体喷射技术、闪发蒸汽喷射技术等一些新型技术的应用。
2015年，日本学者Chieko Kondou等本文以热力学性能为评价指标，对R22、R134a、R410a、R717和R744等十六种常用制冷剂进行对比，分析其在单级、双级和复叠式热泵循环下的性能。
综合分析各工质的环保、安全性、制热效率、自然度等因素，得出CO2单级热泵循环系统为最优的热泵循环系统,并从热力学角度，分析了CO2热泵系统循环性能的影响因素。
多种制冷剂热泵循环性能的对比分析上海理工大学/吕静 张旭 赵琦昊北京凯昆广胜新能源电器有限公司/张继凯 赵德鹏研究了工质分别为R717、R365mfc、R1234ze(E)和R1234ze(Z)在冷凝温度从80℃到160℃下对双级和三级复叠式热泵机组理论计算，得出R1234ze(Z)具有较高的能耗比。
清华大学的学者石文星在2008年，详细介绍两种新型的热泵循环技术：液体喷射技术和闪发蒸汽喷射技术，并对闪发蒸汽喷射制热循环，用R410A为工质进行热力学理论计算，得出：温度效率对制热量和COP单调影响的关系；喷射比对制热量和COP的影响不大。
2011年，上海理工大学的学者白建民依据复叠式制冷循环的原理，从理论上分析复叠式高温热泵的可行性，并建立实验台进行实验研究。
2015年，东南大学的陶玉鹏对液体喷射制热循环与单级压缩制热循环进行对比分析，得出液体喷射式制热循环能够提高热泵在低温下的COP值，降低了压缩机排气温度。
国外内学者对热力循环的研究主要集中在给定制冷剂的条件下，由于实验设备或者成本的原因，并没有充分考虑不同制冷剂在不同热泵循环下的热力性能区别。
2 多种制冷剂热泵循环性能分析由于不同制冷剂在不同热力循环下的能耗比并不相同，笔者以天津大学马一太教授提出的自然度为评价指标，选择满足环保要求的制冷剂，计算其在不同的热力循环下能耗比（COP）的具体值，根据COP的大小来选择效率最高的制冷剂作为热泵循环的工质。
考虑到GB/T 23123-2008中的要求和实际出水温度的需求，取冷凝温度为55℃，过冷过热均为0℃，不考虑回热。
液体喷射式和闪发蒸汽式制热循环可以近似归类为双级压缩循环。
本论文针对16种常用制冷工质，蒸发温度在-25℃至15℃范围内，研究其单级压缩、双级压缩和复叠式制热循环的COP值。
2.1 在单级压缩循环中的对比图1 单级压缩制热循环图1所示为R22、R134a、R410a、R717、R744（CO2）等十六种常规的制冷剂或制冷剂组合在单级压缩循环下的COP值。
由图1可以看出，所有制冷剂的COP值均随着蒸发温度的升高而增大，增加趋势相同；其中R717的COP值最高的，之后依次为R744、R22、R134a、R290等。
R717（NH3）由于其本身的绝热指数较大，经过绝热压缩后具有较高的排气温度，使得其再冷凝器内的放热量较大，具有较高的COP。
COP蒸发温度（℃）图2 双级压缩制热循环图2为16种工质在双级压缩循环下的能耗比，与单级压缩相类似，所有制冷剂的COP均随着蒸发温度的升高而增大；R717、R744、R22和R134a 的COP处于前四；在相同的蒸发温度下，双级压缩的COP值高于单级压缩的COP值，蒸发温度越低，两者的差距越大，说明双级压缩制热循环比单级压缩制热循环具有更大优势。
2.3 在复叠式制热循环中的对比.图3 复叠式制热循环图3表示复叠式制热循环下，各工质对在不同蒸发温度下的COP值。
图例中前面为低温循环下的工质，后面为高温循环下的工质。
蒸发冷凝器内的换热温差取3℃。
由图中可以看出，复叠式制热循环的COP高于单级压缩制热循环，但略小于双级压缩制热循环。
这是因为在蒸发冷凝器内存在换热温差，导致整体的效率下降。
2.4 单级、双级循环下的压比在实际运行与理论循环还是存在巨大的区别：在实际循环中压缩机内压缩为非等熵过程，进、排气阀均会有节流损失，特别是活塞式制冷压缩机，当压力比接近20时，容积效率将接近0，所以压比可以作为考量的一个重要指标。
图4单、双级压比图4表示R22、R134a、R717、R744这四种COP值较大的制冷剂在单、双级循环下的高低压之比。
图中可以看出R717（NH3）的压比在单、双级内对比均为最大值，特别是在单级、-25℃蒸发温度的情况下压比达到15.26，这说明在实际运行中其压缩机容积效率较低，导致系统效率下降，远达不到理论计算中3.2的COP值。
从图中还可以看出R744（CO2）在单级压缩循环的压比小于7，接近其它三种工质在双级压缩下的压比。
这是由于R744（CO2）在低蒸发温度下具有较高压力，压缩到高压的压比小，提高了压缩机的运行效率。
2.5 自然度的比较依据制冷剂国标GB7778-2008中给出的将ODP、GWP等因素结合的环境影响评估方法，天津大学马一太教授将该方法进行改进优化，提出结合安全指标毒性、可燃性和环保指标ODP、GWP的评价指标-自然度。
考虑到自然度指标综合了安全性能指标和环境影响指标，能够较为全面的判断制冷剂的综合性能，所以在制冷剂筛选中作为工质的评判标准之一。
表1 制冷剂环保特性制冷剂安全等级ODP GWP自然度R22A10.00417900.62R134a A1013700.81R290A30200.90R32A207160.85R717B2000.92R744A1010.99R600a A3030.89R152a A201400.90R406a A10.05715600.61R407c A1015300.77R417a A1019500.70 R1234yf B10 4.40.89表1内包含各制冷剂环保特性参数，其中自然度越接近1，表面其自然度评价值就越高，对环境、运行安全的影响就越小，因此自然度可以作为对环境影响大小的重要参考指标。
从自然度角度来看，R744（CO2）相比于其它制冷剂具有较大的环保优势，之后自然度较高的依次为R717（NH3）、R290、R152a、R1324yf。
综上所述，由自然度可以看出CO2作为未来制冷剂在环保、安全方面的潜力还是十分巨大的，CO2在单级压缩循环和双级压缩循环中均有较高的COP值，相对于其它制冷剂有更大的优势，CO2在冷凝器内温度下降恰好与水的温升相匹配，这种温度滑移正好与所需的变温热源相匹配，属于一种特殊的洛伦兹循环，使得换热系数，系统的能耗比增加，考虑到系统的COP，同时兼顾到可行性和设备制造成本等因素，热泵热水器采用CO2单级压缩循环较为合理。
3 CO2单级压缩循环影响因素热泵循环过程中，CO2在冷凝器内处于超临界状态，故称为跨临界循环，冷凝器称为气冷器。
对蒸发温度、压缩机效率、排气压力、气冷器进、出口水温等对其性能的影响进行定性分析。
图5 CO2热泵循环图（1）蒸发温度图5中可以看到：当其他因素不变，蒸发温度下降时，系统循环从1-2-3-4变成了1’-2’-3-4’，h1’-h4’<h1-h4即单位质量制冷蒸发热量减少，再加之压缩机输入功率增加，使得整体系统制冷COPr下降，由于制热循环COPh=COPr+1,制热效率也随之下降。
此外，当高压侧压力不变，蒸发温度下降的同时，蒸发温度也随之下降，使得压比增大，压缩机效率降低，系统的COP减小。
（2）高压侧压力由图5中可以看出，随着高压侧压力的升高，系统循环变成了1-2’’-3’’-4’’， 所以在气冷器出口温度一定时，随着高压侧压力的升高，其等温线斜率越大，制热量的增量随着高压侧压力的升高而有所减少（压力从3点增加到3’’点时，焓值变化不大）。
但等熵线的变化趋势近似于直线（1-2-2’’），即随着高压侧压力的升高，压缩机的功耗呈线性增加。
因此，当其它参数不变时，随着高压侧压力的增加，整个系统的COP存在一个极大值。
通常将系统的COP最大时的高压侧压力称为CO2热泵循环的最优高压压力。
国内外学者S.M.Liao、Friedrich Kauf和廖胜明等人对跨临界CO2热泵循环的最优高压压力做了深入研究，并给出最优高压压力的计算公式。
研究表明，系统最优高压压力主要受蒸发温度、气冷器出口温度和压缩机性能影响，通常情况下，忽略压缩机效率的影响，其计算公式为：p opt=(2.788-0.0157×t e)×t c+(0.381×t e-9.34)(bar)其中，t e——蒸发温度，℃。
t c——气冷器出口温度，℃。
（1）压缩机性能压缩机效率对系统的COP具有较大的影响，压缩机作为热泵循环的核心部件，其效率越高。
对于活塞式压缩机来说其总效率也就是容积效率ηv，主要受到余隙系数λv、节流系数λp、预热系数λt和气密系数λl的影响。