燃气机热泵性能系数随压缩机转速变化的研究

1、燃气机热泵性能系数随压缩机转速变化的研究摘要：分析了压缩机转速变化对燃气机热泵制冷量、制热量及压缩机输入功率的影响。研究了燃气机热泵性能系数随压缩机转速变化的规律，调节压缩机转速可实现燃气机热泵的变负荷运行，尽管性能系数略有下降，但下降幅度较为平缓，且在较大范围内变化很小。关键词：燃气机热泵；性能系数；压缩机；转速燃气机热泵(Gas Enginedriveil Heat Pump，以下简称GEHP)通过燃气在燃气机内燃烧释放热能，驱动压缩式热泵。它具有一次能源利用率高及运行费用低等优势，是很有发展前景的一种供冷、供热系统1-5。通常对GEHP性能的研究大多集中在满负荷的设计工况下，实际上由于环

2、境条件、用户需求等情况变化，GEHP经常处于变负荷工况，因此变负荷工况下GEHP性能的研究就十分重要，国内外对GEHP已开展了相应的理论分析与试验研究6、7。本文对GEHP性能系数随压缩机转速的变化进行研究。1 压缩机转速变化对GEHP的影响由于环境条件及用户需求的变化，GEHP往往处于变负荷工况运行。当GEHP的负荷发生变化时，应调整燃气机及热泵的工作参数。燃气机通过皮带及联轴器等传动部件驱动压缩机，因此改变燃气机的转速可改变压缩机的转速，从而改变压缩机的排气量，完成对热泵工作参数的调整。当其他情况一定时，GEHP的制冷量、制热量(不包括回收热量)及压缩机输入功率均可表达为压缩机转速的函数，

3、表达式为：c=anm (1)h=bnp (2)Pi=cnr (3)式中 c制冷量，kWn压缩机转速，s-1h制热量，kWPi压缩机输入功率，kWa、b、c、m、p、r由试验得到的拟合系数式(1)(3)中，m、p、r表征当其他情况一定时，GEHP制冷量c、制热量h及压缩机输入功率Pi随压缩机转速的变化程度。m、p、r越大，GEHP制冷量c。制热量h及压缩机输入功率Pi随压缩机转速提高而增加的幅度也越大。由文献8给出的GEHP制冷量c、制热量h及压缩机输入功率Pi随压缩机转速变化曲线可知，在蒸发温度为11时，随着压缩机转速的提高，制冷量c、制热量h及压缩机输入功率Pi都不同程度增大，由曲线拟合出的

4、a、b、c、m、p、r分别为1729、1468、0126、0407、0402、0539。因此在变负荷工况下，可通过改变压缩机转速实现GEHP变负荷运行。这种调节方式能实现GEHP在较大负荷范围内无级调节，提高了GEHP的供冷、供热品质及环境的舒适性。2 性能系数随转速的变化21 理论分析评价GEHP性能的重要技术与经济指标为制冷性能系数ICOP,c、制热性能系数ICOP,h，结合式(1)(3)可得二者的计算式为：部分负荷时压缩机的转速与满负荷时压缩机转速之比称为转速比，其计算式为：式中 转速比，1nf满负荷时压缩机转速，s-1由式(4)(6)可知，部分负荷下制冷性能系数与满负荷下制冷性能系数之

5、比COP,c及部分负荷下制热性能系数与满负荷下制热性能系数之比COP,h的计算式为：式中 ICOP,c,h满负荷下制冷性能系数ICOP,h,f满负荷下制热性能系数部分负荷下制冷量与满负荷下制冷量之比c及部分负荷下制热量与满负荷下制热量之比h的计算式为：式中 c,f满负荷下GEHP制冷量，kWh,f满负荷下GEHP制热量，kW由式(6)、(9)、(10)可知，c、h与转速比的关系式为：22 结果分析不论从压缩机转速改变还是从GEHP负荷发生变化的角度看，均有当m>r时，COP,r1，随着或c的增大，ICOP,c升高，反之下降。同理，当p>r时，COP,h1，随着或h的增大ICOP,h

6、升高，反之下降。试验曲线拟合出的m、p均略小于r，由式(4)、(5)可知，随着压缩机转速的增大ICOP,c、ICOP,h略有下降。但由于m-r、p-r很小，都为01左右，因此由式(7)、(8)、(13)、(14)可知，COP,c、COP,h均按低指数函数的规律变化，即在较大的范围内ICOP,h、ICOP,h变化很小。由于m、p几乎相等，因此ICOP,c与ICOP,h随压缩机转速的变化特性相同。文献8给出，在试验参数范围内(压缩机转速变化范围为8003000s-1，满负荷时的最大转速为3000s-1，ICOP,c、ICOP,h随的变化曲线见图1。图1 ICOP,c、ICOP,h随的变化Fig1

7、Variation of ICOP,c and ICOP,h with 由图1可知，试验结果与理论分析结果基本一致。上述分析表明：GEHP性能系数受压缩机转速比的影响与受负荷变化的影响在效果上相同，即可通过改变压缩机转速满足负荷变化的要求。由式(7)、(8)可知，GEHP制冷、制热性能系数随转速比的变化情况分别取决于制冷量、制热量变化程度指数m、p与压缩机输入功率变化程度指数r之差。3 结论调节压缩机转速，是实现GEHP变负荷工况运行的可行技术方案之一。在只考虑调节压缩机转速的变负荷运行时，随着压缩机转速的增大，尽管GEHP性能系数略有下降，但下降的幅度较为平缓，且在较大范围内变化很小。这说明GEHP的部分负荷性能好，能在全年中根据不同负荷要求实时调整能量的输入与冷、热量输出。GEHP由于可回收