为了建设资源节约，环境友好型社会，国家鼓励使用可再生能源和热回收。中高温热泵作为一种高效节能，清洁环保并符合可持续发展战略的能源开发和节能技术，广泛应用在地热尾水，石油开采和输送以及化工，食品，钢铁，制药等行业的工艺流程中。中高温热泵可利用25~60的废热源，提供温度在60以上的热水，直接供暖或者工艺加热，大大减少能源的浪费，又避免了排放废水的温度过高以及对环境的不利影响。中高温热泵的关键技术之一就是选取适合的制冷工质。
常用工质由于本身的性质和压缩机相关技术关系，很难制取70以上的热水。因此需要从新的制冷工质中进行选取。早期曾以CFC11，CFC114为研究工质。但因其对环境污染较大，现已经被禁止使用。中高温热泵工质选取一般遵循以下原则。
（1）冷凝压力在2.4MPa以下；（2）蒸发压力在0.1MPa以上；（3）热力学指标良好，临界温度高；（4）油溶性好，化学性质稳定；（5）对环境危害小，无毒，无污染；（6）具有较高的COP.依据以上原则，日本神户制钢以R22/R142b组成的非共沸混合物为工质实验，供水温度可以达到85以上。Gianfranco比较了几种工质，发现R-236fa的临界温度较高，适用于在高温热泵中，但目前正处于不断的实验阶段。在国内，清华大学研究了制冷工质命名为HTR01，HTR02的中高温热泵。天津大学高温热泵研究组已经研究出ZHR系列的中高温热泵工质。从热工性能进行了计算，得出ZHR系列工质适合中高温热泵。其中ZHR02能够满足产生70左右热水的要求，无毒，不可燃，综合性能良好，可直接充罐于R22压缩机中。该工质已申请国家专利并已公开。本文对以ZHR02为制冷工质的中高温热泵系统的实验研究作全面分析。
2ZHR02的基本性质与中高温热泵设计参数2.1ZHR02的基本性质。
中高温环保工质ZHR02为一种综合性能较好的非共沸混合工质，表1列出ZHR02的基本物性。ZHR02的GWP，ODP均相对较低，综合环保性能良好。进一步对ZHR02进行的材料相容性试验，油溶性实验，可燃性试验表明，ZHR02工质能直接充罐于R22压缩机中，油溶性符合要求，安全可靠。
2.2中高温热泵设计参数。
选取ZHR02为中高温热泵工质，设计工况：蒸发温度为25，冷凝温度为75，过热度，过冷度都为5，压缩机指示效率为0.65.由于非共沸工质存在滑移温度，计算中，蒸发温度选取蒸发压力下工质的露点温度，冷凝温度选取冷凝压力下工质的泡点温度。理论计算数据见表2.Pe：蒸发压力，MPa；Pc：冷凝压力，MPa；te：蒸发器中工质的温度滑移，；tc：冷凝器中工质的温度滑移，；n：压缩比；qh：单位质量制热量，kJ/kg；qv：单位容积制热量：kJ/kg 3；COP：性能系数。
表2为ZHR02，R134a，R114三种工质理论循环性能比较。从压力方面看，R134a排气压力*大，ZHR02工质的压力略大于R114，但都小于常规热泵系统设备可承受的压力上限；从性能系数方面看，三种工质COP相差不大，节能显着；ZHR02单位容积制热量是R134a的1.22倍，是R114的3.15倍，其有利于压缩机的小型化。
ZHR02压比较小，直接充罐于R22压缩机中性能良好，排气温度小于120. ZHR02为非共沸混合工质，在蒸发器和冷凝器中的相变滑移温度分别为8.95，7.09，这与水源在两器中的温度变化相匹配，可以有效减小蒸发器和冷凝器的温差传热不可逆损失，提高系统的可用能效率。
整个实。
验台由四个系统组成，即工质循环系统，水路循环系统，自动控制系统以及测量装置系统，工质循环系统由壳管式蒸发器，壳管式冷凝器，半封闭整体式螺杆压缩机，干燥过滤筒，电子膨胀阀等组成；水路循环系统由水泵，膨胀水箱，混水箱，电动阀，截止阀等组成；温度测试采用Pt100铂电阻温度计，测量误差为！0.5，分别布置在各个设备的制冷剂和水侧的进出口处；采用电磁流量计进行换热器水侧流量的测试。所有测量仪表均配合安捷伦数据采集系统进行自动采集。自动控制系统结合水系统可以使高温热泵机组在设定工况运。
实验进行时，首先开启深水井泵使系统充满实验台全部水系统，直到溢流水箱溢流为止，并排尽系统中集存的空气，调整相关阀门到测试状态；分别开启热源侧，使用侧两系统循环水泵，并再次排尽空气，使流量稳定在粗调流量值上，波动幅度！2%；检查电路系统完全无误后，开启热泵机组，开启与被测热泵机组相匹配的混水泵，调节两电动阀使两系统温度达到设定工况值。各温度读数对额定工况的*大偏差为！0.5，待各测温点温度达到设定值，系统便自动采集数据并记录。
4实验工况与结果分析。
4.1实验工况。
本实验通过自动控制系统调节蒸发器，冷凝器的进出口水温度，模拟了GB/T#水源高温热泵机组征求意见稿中规定的中高温热泵机组的多种工况：名义工况，*大工况，*小工况和变工况。
实验工况见表3.变工况测试工况为：（1）保持冷凝器进出口水温度和流量在名义工况值下，蒸发器进口水温T3从28~53以8为间隔变化；（2）保持蒸发器进出口水温度和流量在名义工况值下，冷凝器进口水温T1以8~10为间隔变化。
组合多种运行工况，并测试各工况下机组系统各处的测量值，计算各工况下性能系数，制热量等参数。。
热泵的性能系数计算公式为。
COPh=Qc/P（1）
Qc=Cmc（T2-T1）（2）
式中，COPh：热泵试验机组性能系数；Qc：制热量，kW；P：压缩消耗功率，kW；mc：冷凝器侧循45第7期制冷技术Refrigeration环水流量，kg/s；me：蒸发器侧循环水流量，kg/s；C：水的比热容，J/（kg.）；T1，T2：冷凝器侧循环水进，出水温度，。
4.2结果与分析。
冷凝器进口水温度为62时，蒸发器水流量为48.3m 3 /h，冷凝器水流量为64.3m 3 /h时，制热量，COP，冷凝器出口水温随蒸发器进口温度的变化曲线。
从图中可以看出，ZHR02工质在变工况运行时，制热量随着蒸发器进口水温的升高而大大增加。当蒸发器进口水温为28，53时，制热量分别为487.38kW和786.70kW，制热量增加了61%；COP从3.7升高到5.21，增加了40.8%.冷凝器出口水温从68升高到72，名义工况下制热量，COP，冷凝器的出口水温分别为612. 85kW，4.35，70.名义工况下稳定运行，完全满足国标要求。
蒸发器进口水温度38时，蒸发器水流量为48.3m 3/h，冷凝器水流量为64.3m 3/h时，制热量，COP，高低压压力以及冷凝器出口水温随冷凝器进口温度的变化曲线。
从图中可以看出，ZHR02工质在变工况下运行时，制热量随冷凝温度进口水温的升高而大大降低。当冷凝器进口水温为38，67时，制热量分别为660.57和605.52kW，降了8.3%，COP从6.9降低到3.93，降低了43.0%.高压压力小于2.5MPa，传统设备压力完全可以满足安全要求。名义工况下制热量，COP分别为620.62kW，4.41.名义工况下稳定运行完全满国标要求。
ZHR02*高出水温度为75. 5结论。
本文对以ZHR02为工质中高温热泵机组搭建了测试实验台，实验研究了蒸发器进口水温，冷凝器进口水温参数（国标规定的进出口水温度范围）对系统性能的影响，得出以下主要结论：（1）以ZHR02为工质，名义工况下理论计算制热量值略大于实验数据。原因如下：（a）测量仪器读数有误差。（b）散热损失。蒸发器，冷凝器和系统管路保温不够，与环境换热有损失。
（c）ZHR02直接充罐于R22压缩机中，热量有偏差。
（2）通过中高温热泵工质ZHR02进行实验测试，证明采用工质ZHR02适合做中高温热泵制冷剂，机组在名义工况下运行稳定，COP达4.3，*高压力小于2.4MPa，可以利用高温热源制取65以上的热水，*高出水温度为75.（3）设计的试验机组还存在若干不足，通过系统的优化设计，机组循环性能会更优。
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