采用R290机械过冷的跨临界CO<sub>2</sub>热泵系统实验研究

代宝民; 苗荣华; 赵未淇; 刘诚豪; 韩记磊; 王羽; 张通; 刘圣春

doi:10.12465/issn.0253-4339.20251103003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

采用R290机械过冷的跨临界CO₂热泵系统实验研究

更新时间：2026-05-06

- 采用R290机械过冷的跨临界CO₂热泵系统实验研究
- Experimental Study on a Transcritical CO₂ Heat Pump System Integrated with Mechanical Subcooling Using R290 as the Working Fluid
- 制冷学报 2026年页码：1-8
- 作者机构：
  
  天津商业大学天津市制冷技术重点实验室天津 300134
- 作者简介：
  
  刘圣春，男，教授，天津商业大学机械工程学院，13920682426，E-mail：liushch@tjcu.edu.cn。研究方向：自然工质替代，制冷系统节能与优化。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52576017;52476085)
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20251103003
  中图分类号： TB657.2;TQ051.5
- 收稿：2025-11-03，
  
  修回：2025-11-26，
  
  录用：2025-12-01，
  
  网络首发：2026-05-06，
- 稿件说明：
移动端阅览
代宝民,苗荣华,赵未淇等.采用R290机械过冷的跨临界CO₂热泵系统实验研究[J].制冷学报,

Dai Baomin Miao Ronghua Zhao Weiqi Liu Chenghao Han Jilei Wang Yu,Zhang Tong Liu Shengchun.Experimental Study on a Transcritical CO₂ Heat Pump System Integrated with Mechanical Subcooling Using R290 as the Working Fluid[J].Journal of Refrigeration,
代宝民,苗荣华,赵未淇等.采用R290机械过冷的跨临界CO₂热泵系统实验研究[J].制冷学报, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20251103003.

Dai Baomin Miao Ronghua Zhao Weiqi Liu Chenghao Han Jilei Wang Yu,Zhang Tong Liu Shengchun.Experimental Study on a Transcritical CO₂ Heat Pump System Integrated with Mechanical Subcooling Using R290 as the Working Fluid[J].Journal of Refrigeration, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20251103003.

摘要

搭建了R290机械过冷跨临界CO

热泵系统（DMS）的实验测试装置，并对其与常规CO

热泵系统（Base）进行了实验研究及对比分析。结果表明，系统存在最优排气压力和最优过冷度。在蒸发温度为5 ℃，供回水为50/30 ℃工况下，最大COP为3.89，最优排气压力和过冷度分别为8.4 MPa和17.3 ℃。随着供回水温度的升高，DMS和Base系统最大COP均呈逐渐降低趋势，DMS系统相对Base系统的COP提升率逐步增大，对应的最优排气压力也逐步增大。DMS系统的COP高于Base系统，最优排气压力低于Base系统。当供回水温度从50/30 ℃升至58/38 ℃时，COP提升率从9.6%提高至16.7%，R290压缩机与CO

压缩机的功耗比呈现近似增加的趋势，由21.0%提高至27.7%。本研究可为CO

热泵系统的能效提升提供实验参考。

Abstract

An experimental setup that uses R290 as the working fluid for the dedicated mechanical subcooling of a transcritical CO₂ heat pump system （DMS） was developed and evaluated in this study. The results were compared with those of the conventional baseline C

heat pump system （base）. The results revealed that there is an optimal discharge pressure and subcooling degree for the system. Under the operating conditions of an evaporation temperature of 5 ℃ and supply/return water temperature of 50/30 ℃， the DMS system achieved the maximum coefficient of performance（COP） of 3.89， with the corresponding optimal discharge pressure and subcooling degree being 8.4 MPa and 17.3 ℃， respectively. With an increase in the supply/return water temperature， the maximum COP values of both the DMS and base systems exhibited a gradually decreasing trend. Further， the relative COP improvement rate of the DMS system with respect to the base system increased progressively， and the corresponding optimal discharge pressure increased gradually for both systems. The COP of the DMS system remained consistently higher than that of the base system， whereas the optimal discharge pressure was consistently lower than that of the base system. As the supply/return water temperature was increased from 50/30 ℃ to 58/38 ℃， the COP improvement rate increased from 9.6% to 16.7%. Additionally， the power consumption ratio of the R290 compressor to that of the CO

compressor exhibited an increasing trend， rising from 21.0% to 27.7%. This study provides an experimental reference for enhancing the energy efficiency of CO

heat pump systems.

关键词

Keywords

references

生态环境部 . 我国正式接受《〈关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书〉基加利修正案》［EB/OL］.（ 2021-06-21 ）［ 2025-11-01 ］. https：//www.mee.gov.cn/ywdt/hjywnews/202106/t20210621_841062.shtml https://www.mee.gov.cn/ywdt/hjywnews/202106/t20210621_841062.shtml .

Ministry of Ecology and Environment . China formally accepts the "Kigali Amendment to the Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer" ［EB/OL］.（ 2021-06-21 ）［ 2025-11-01 ］. https：//www.mee.gov.cn/ywdt/hjywnews/202106/t20210621_841062.shtml https://www.mee.gov.cn/ywdt/hjywnews/202106/t20210621_841062.shtml .

国家发展改革委，工业和信息化部，生态环境部，等 . 关于印发《推动热泵行业高质量发展行动方案》的通知［EB/OL］.（ 2025-03-17 ）［ 2025-11-01 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202504/content_7016926.htm https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202504/content_7016926.htm .

National Development and Reform Commission ， Ministry of Industry and Information Technology ， Ministry of Ecology and Environment ， et al . Notice on issuing the Action Plan for Promoting the High-Quality Development of the Heat Pump Industry ［EB/OL］.（ 2025-03-17 ）［ 2025-11-01 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202504/content_7016926.htm https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202504/content_7016926.htm .

Yang Dazhang ， Li Yang ， Xie Jing ， et al . Research and application progress of transcritical CO 2 refrigeration cycle system： a review ［Incentives and strategies for financing the renewable energy transition： a review ［J］. International Journal of Low-Carbon Technologies ， 2022 ， 17 ： 245 - 256 .

侯丽艳，戚瑞，王飞虎，等 . HCs自然工质制冷机组关键技术［J］. 冷藏技术， 2024 ， 47 （ 4 ）： 82 - 84 .

Hou Liyan ， Qi Rui ， Wang Feihu ， et al . The key technologies of HCs natural refrigerant refrigeration unit ［J］. Journal of Refrigeration Technology ， 2024 ， 47 （ 4 ）： 82 - 84 .

宋昱龙，王海丹，殷翔，等 . 跨临界CO 2 蒸气压缩式制冷与热泵技术综述［J］. 制冷学报， 2021 ， 42 （ 2 ）： 1 - 24 .

Song Yulong ， Wang Haidan ， Yin Xiang ， et al . Review of transcrit ical CO 2 vapor compression technology in refrigeration and heat pump ［J］. Journal of Refrigeration ， 2021 ， 42 （ 2 ）： 1 - 24 .

Bantillo S M R ， Callejo G A C ， Camacho S M K G ， et al . Future trends of natural refrigerants： selection， preparation， and evaluation ［J］. Engineering Proceedings ， 2024 ， 67 （ 1 ）： 9 .

舒歌群，王琦，田华 . 跨临界CO 2 制冷热泵系统理论研究及应用现状［J］. 天津大学学报（自然科学与工程技术版）， 2025 ， 58 （ 9 ）： 886 - 903 .

Shu Gequn ， Wang Qi ， Tian Hua . Review of theoretical research and application of transcritical CO 2 refrigeration and heat pump system ［J］. Journal of Tianjin University （Science and Technology）， 2025 ， 58 （ 9 ）： 886 - 903 .

Liu Shengchun ， Lu Fenping ， Dai Baomin ， et al . Performance analysis of two-stage compression transcritical CO 2 refrigeration system with R290 mechanical subcooling unit ［J］. Energy ， 2019 ， 189 ： 116143 .

Illán-Gómez F ， García-Cascales J R ， Velasco F J S ， et al . Numerical performance of a water source transcritical CO 2 heat pump with mechanical subcooling ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2023 ， 219 ： 119639 .

Dai Baomin ， Qi Haifeng ， Liu Shengchun ， et al . Evaluation of transcritical CO 2 heat pump system integrated with mechanical subcooling by utilizing energy， exergy and economic methodologies for residential heating ［J］. Energy Conversion and Management ， 2019 ， 192 ： 202 - 220 .

Llopis R ， Nebot-Andrés L ， Cabello R ， et al . Experimental evaluation of a CO 2 transcritical refrigeration plant with dedicated mechanical subcooling ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2016 ， 69 ： 361 - 368 .

Nebot-Andrés L ， Sánchez D ， Calleja-Anta D ， et al . Experimental determination of the optimum working conditions of a commercial transcritical CO 2 refrigeration plant with a R-152a dedicated mechanical subcooling ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2021 ， 121 ： 258 - 268 .

Bani Issa A A ， Liang Changkuan ， Groll E A ， et al . Residential heat pump and air conditioning systems with propane （R290） refrigerant： Technology review and future perspectives ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2025 ， 266 ： 125560 .

DS/EN IEC 60335-2-40： 2024 Household and similar Electrical Appliances-Safety-Part 2-40： Particular Requirements for electrical heat pumps， air-conditioners and dehumidifiers ［S］.

Moffat R J . Describing the uncertainties in experimental results ［J］. Experimental Thermal and Fluid Science ， 1988 ， 1 （ 1 ）： 3 - 17 .

刘丽丽，代威，杨智，等 . 超临界态二氧化碳流体热力学性质的分子动力学模拟［J］. 低温工程， 2022 （ 4 ）： 70 - 75 .

Liu Lili ， Dai Wei ， Yang Zhi ， et al . Thermodynamic property prediction of supercritical CO 2 fluid by molecular dynamics simulation ［J］. Cryogenics ， 2022 （ 4 ）： 70 - 75 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于引射器与集成机械过冷的CO₂热泵系统性能分析

R290电动汽车热泵空调性能实验研究

低温热泵系统中R290替代R22的性能研究及优化

R290替代R134a新能源汽车压缩机仿真分析和实验研究

排气余热驱动的引射过冷CO₂热泵系统性能分析

采用R290机械过冷的跨临界CO2热泵系统实验研究

Experimental Study on a Transcritical CO2 Heat Pump System Integrated with Mechanical Subcooling Using R290 as the Working Fluid

DOI：10.12465/issn.0253-4339.20251103003

摘要

Abstract

关键词

Keywords

references

采用R290机械过冷的跨临界CO₂热泵系统实验研究

Experimental Study on a Transcritical CO₂ Heat Pump System Integrated with Mechanical Subcooling Using R290 as the Working Fluid