图11 各热泵系统的初始投资成本

图12所示为3个城市中各热泵系统的年运行成本AOC的对比情况。如图所示CO2双级压缩双气冷器中间补气回热系统的AOC 于所有系统中是最低的，这侧面反映了该系统的能效最佳以及年耗电量最低，这与前面的热力学分析相对应。此外在3个城市中，热泵系统在上海的AOC 最低，这是因为代表冬冷夏热地区的上海在冬季供暖期的平均环境温度最高且供热需求最低，这导致热泵系统的能耗低。

图12 各热泵系统的年运行成本

通常热泵系统的运行周期为15年，各热泵系统的总投资成本TIC 在运行周期内随年数n 的变化趋势如图13 所示。图中直线的截距为初始投资成本IIC，斜率为年运行成本AOC。3 个样本城市中，TIC在上海最低，而在沈阳最高，可见其受气候区域影响较大。R134a单级压缩回热系统的TIC低于4种CO2热泵系统，其根本原因仍在于CO2压缩机成本太高导致IIC太高。当前跨临界CO2压缩机价格远高于HFCs压缩机，随着技术的发展和需求的增多，CO2压缩机的成本可以达到接近于HFCs的程度[15]。

图13 总投资成本在运行周期内的变化

图14 与R134a系统总投资成本相同时各系统压缩机成本及其降低的百分比

随着CO2压缩机成本的降低，当CO2热泵系统的总投资成本TIC与R134a单级压缩回热系统相同时，其压缩机成本和所降低的百分比如图14所示。可以发现CO2压缩机成本需降低60%以上，该降低幅度较大。然而，以北京为例，除了CO2单级压缩回热系统，其他3 种CO2热泵系统降低后的压缩机成本分别为8066CNY、8845CNY、CNY，仍远高于压缩机成本为2025CNY 的R134a 系统。可以预见，当CO2压缩机成本接近于R134a 压缩机，CO2热泵系统的TIC 可以与R134a 系统相媲美，甚至可以低于它。

3 结论

建立4 种CO2跨临界热泵系统的模型并加入R134a单级压缩回热系统从能效和经济上进行对比分析，其主要结论如下。

（1）4 种CO2热泵系统都存在不同的最优高压侧运行压力，在最优高压侧运行压力下系统COPh达到最大值。环境温度为0℃时，双级压缩双气冷器中间补气回热系统的最优COPh最大，单级压缩回热系统的最优COPh最小，前者比后者COPh提高了22.5%。

（2）在最优高压侧运行压力下，压缩机排气温度随蒸发温度的升高均呈现降低趋势。CO2单级压缩回热系统在环境温度低于5℃条件下因压缩机排气温度限制要求不能达到最优COPh，需尽量降低高压侧运行压力或减少回热器过热度才能控制压缩机排气温度到合理值。

（3）CO2跨临界双级压缩双气冷器中间补气回热系统最优COPh最高且压缩机排气温度不超过现有压缩机极限，在仅考虑系统能效的前提下，是最优系统方案，且系统效率超过R134a单级压缩回热系统。

（4）选定样本城市中，热泵系统运行周期内的总投资成本在上海最低，而在沈阳最高，可见总投资成本受气候区域影响较大。随着CO2热泵技术的提高和生产规模的扩大，当压缩机成本降低80%以上接近于R134a 压缩机成本，CO2双级压缩双气冷器中间补气回热系统运行周期内的总投资成本将低于R134a系统。

[1] 李嵩. F-Gas 新法规: 不可小觑的影响力——访欧盟委员会官员Cornelius Rhein[J].制冷与空调,2014,14(5):12-14.LI Song. New F-Gas regulations: the influence that can’t be underestimated--Interview with European Commission official Cornelius Rhein[J]. Refrigeration and Air-conditioning, 2014, 14(5):12-14.

[2] MANCINI F, MINETTO S, FORNASIERI E. Thermodynamic analysis and experimental investigation of a CO2household heat pump dryer[J].International Journal of Refrigeration,2011,34(4):851-858.

[3] SAIKAWA M, KOYAMA S. Thermodynamic analysis of vapor compression heat pump cycle for tap water heating and development of CO2heat pump water heater for residential use[J]. Applied Thermal Engineering,2016,106:1236-1243.

[4] 俞彬彬,王丹东,向伟,等.跨临界CO2电动汽车空调系统性能分析[J].上海交通大学学报.2019,53(7): Binbin,WANG Dandong,XIANG Wei,et analysis of a trans-critical CO2air conditioning system for electric vehicle[J].Journal of Shanghai Jiaotong University,2019,53(7):866-872.

[5] 胡余生,刘雪涛,李敏霞,等.CO2跨临界热泵系统特性再分析[J].化工进展,2020,39(4): Yusheng, LIU Xuetao, LI Minxia, et al. Reanalysis of characteristics of CO2transcritical heat pump system[J]. Chemical Industry and Engineering Progress,2020,39(4):1252-1258.

[6] 陈子丹,罗会龙,刘锦春,等.寒冷地区CO2空气源热泵供暖运行性能分析[J].化工学报,2018,69(9): Zidan, LUO Huilong, LIU Jinchun, et al. Analysis of heating performance of CO2air-source heat pump in cold region[J]. CIESC Journal,2018,69(9):4030-4036.

文章来源：《经济科学》 网址: http://www.jjkxzz.cn/qikandaodu/2021/0517/830.html

上一篇：重症病毒性脑炎患儿家属心理韧性状况及其影响
下一篇：水利事业单位人力资源配置优化策略探讨