燃?xì)鈾C熱泵性能系數(shù)隨壓縮機轉(zhuǎn)速變化的研究

1、燃?xì)鈾C熱泵性能系數(shù)隨壓縮機轉(zhuǎn)速變化的研究摘要：分析了壓縮機轉(zhuǎn)速變化對燃?xì)鈾C熱泵制冷量、制熱量及壓縮機輸入功率的影響。研究了燃?xì)鈾C熱泵性能系數(shù)隨壓縮機轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律，調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)燃?xì)鈾C熱泵的變負(fù)荷運行，盡管性能系數(shù)略有下降，但下降幅度較為平緩，且在較大范圍內(nèi)變化很小。關(guān)鍵詞：燃?xì)鈾C熱泵；性能系數(shù)；壓縮機；轉(zhuǎn)速燃?xì)鈾C熱泵(Gas Enginedriveil Heat Pump，以下簡稱GEHP)通過燃?xì)庠谌細(xì)鈾C內(nèi)燃燒釋放熱能，驅(qū)動壓縮式熱泵。它具有一次能源利用率高及運行費用低等優(yōu)勢，是很有發(fā)展前景的一種供冷、供熱系統(tǒng)1-5。通常對GEHP性能的研究大多集中在滿負(fù)荷的設(shè)計工況下，實際上由于環(huán)

2、境條件、用戶需求等情況變化，GEHP經(jīng)常處于變負(fù)荷工況，因此變負(fù)荷工況下GEHP性能的研究就十分重要，國內(nèi)外對GEHP已開展了相應(yīng)的理論分析與試驗研究6、7。本文對GEHP性能系數(shù)隨壓縮機轉(zhuǎn)速的變化進(jìn)行研究。1 壓縮機轉(zhuǎn)速變化對GEHP的影響由于環(huán)境條件及用戶需求的變化，GEHP往往處于變負(fù)荷工況運行。當(dāng)GEHP的負(fù)荷發(fā)生變化時，應(yīng)調(diào)整燃?xì)鈾C及熱泵的工作參數(shù)。燃?xì)鈾C通過皮帶及聯(lián)軸器等傳動部件驅(qū)動壓縮機，因此改變?nèi)細(xì)鈾C的轉(zhuǎn)速可改變壓縮機的轉(zhuǎn)速，從而改變壓縮機的排氣量，完成對熱泵工作參數(shù)的調(diào)整。當(dāng)其他情況一定時，GEHP的制冷量、制熱量(不包括回收熱量)及壓縮機輸入功率均可表達(dá)為壓縮機轉(zhuǎn)速的函數(shù)，

3、表達(dá)式為：c=anm (1)h=bnp (2)Pi=cnr (3)式中 c制冷量，kWn壓縮機轉(zhuǎn)速，s-1h制熱量，kWPi壓縮機輸入功率，kWa、b、c、m、p、r由試驗得到的擬合系數(shù)式(1)(3)中，m、p、r表征當(dāng)其他情況一定時，GEHP制冷量c、制熱量h及壓縮機輸入功率Pi隨壓縮機轉(zhuǎn)速的變化程度。m、p、r越大，GEHP制冷量c。制熱量h及壓縮機輸入功率Pi隨壓縮機轉(zhuǎn)速提高而增加的幅度也越大。由文獻(xiàn)8給出的GEHP制冷量c、制熱量h及壓縮機輸入功率Pi隨壓縮機轉(zhuǎn)速變化曲線可知，在蒸發(fā)溫度為11時，隨著壓縮機轉(zhuǎn)速的提高，制冷量c、制熱量h及壓縮機輸入功率Pi都不同程度增大，由曲線擬合出的

4、a、b、c、m、p、r分別為1729、1468、0126、0407、0402、0539。因此在變負(fù)荷工況下，可通過改變壓縮機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)GEHP變負(fù)荷運行。這種調(diào)節(jié)方式能實現(xiàn)GEHP在較大負(fù)荷范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)，提高了GEHP的供冷、供熱品質(zhì)及環(huán)境的舒適性。2 性能系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化21 理論分析評價GEHP性能的重要技術(shù)與經(jīng)濟指標(biāo)為制冷性能系數(shù)ICOP,c、制熱性能系數(shù)ICOP,h，結(jié)合式(1)(3)可得二者的計算式為：部分負(fù)荷時壓縮機的轉(zhuǎn)速與滿負(fù)荷時壓縮機轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)速比，其計算式為：式中 轉(zhuǎn)速比，1nf滿負(fù)荷時壓縮機轉(zhuǎn)速，s-1由式(4)(6)可知，部分負(fù)荷下制冷性能系數(shù)與滿負(fù)荷下制冷性能系數(shù)之

5、比COP,c及部分負(fù)荷下制熱性能系數(shù)與滿負(fù)荷下制熱性能系數(shù)之比COP,h的計算式為：式中 ICOP,c,h滿負(fù)荷下制冷性能系數(shù)ICOP,h,f滿負(fù)荷下制熱性能系數(shù)部分負(fù)荷下制冷量與滿負(fù)荷下制冷量之比c及部分負(fù)荷下制熱量與滿負(fù)荷下制熱量之比h的計算式為：式中 c,f滿負(fù)荷下GEHP制冷量，kWh,f滿負(fù)荷下GEHP制熱量，kW由式(6)、(9)、(10)可知，c、h與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系式為：22 結(jié)果分析不論從壓縮機轉(zhuǎn)速改變還是從GEHP負(fù)荷發(fā)生變化的角度看，均有當(dāng)m>r時，COP,r1，隨著或c的增大，ICOP,c升高，反之下降。同理，當(dāng)p>r時，COP,h1，隨著或h的增大ICOP,h

6、升高，反之下降。試驗曲線擬合出的m、p均略小于r，由式(4)、(5)可知，隨著壓縮機轉(zhuǎn)速的增大ICOP,c、ICOP,h略有下降。但由于m-r、p-r很小，都為01左右，因此由式(7)、(8)、(13)、(14)可知，COP,c、COP,h均按低指數(shù)函數(shù)的規(guī)律變化，即在較大的范圍內(nèi)ICOP,h、ICOP,h變化很小。由于m、p幾乎相等，因此ICOP,c與ICOP,h隨壓縮機轉(zhuǎn)速的變化特性相同。文獻(xiàn)8給出，在試驗參數(shù)范圍內(nèi)(壓縮機轉(zhuǎn)速變化范圍為8003000s-1，滿負(fù)荷時的最大轉(zhuǎn)速為3000s-1，ICOP,c、ICOP,h隨的變化曲線見圖1。圖1 ICOP,c、ICOP,h隨的變化Fig1

7、Variation of ICOP,c and ICOP,h with 由圖1可知，試驗結(jié)果與理論分析結(jié)果基本一致。上述分析表明：GEHP性能系數(shù)受壓縮機轉(zhuǎn)速比的影響與受負(fù)荷變化的影響在效果上相同，即可通過改變壓縮機轉(zhuǎn)速滿足負(fù)荷變化的要求。由式(7)、(8)可知，GEHP制冷、制熱性能系數(shù)隨轉(zhuǎn)速比的變化情況分別取決于制冷量、制熱量變化程度指數(shù)m、p與壓縮機輸入功率變化程度指數(shù)r之差。3 結(jié)論調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速，是實現(xiàn)GEHP變負(fù)荷工況運行的可行技術(shù)方案之一。在只考慮調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速的變負(fù)荷運行時，隨著壓縮機轉(zhuǎn)速的增大，盡管GEHP性能系數(shù)略有下降，但下降的幅度較為平緩，且在較大范圍內(nèi)變化很小。這說明GEHP的部分負(fù)荷性能好，能在全年中根據(jù)不同負(fù)荷要求實時調(diào)整能量的輸入與冷、熱量輸出。GEHP由于可回收