針對天津市一實際地下耦合地源熱泵示范工程，在對所采用的地源熱泵機組中的單螺桿式壓縮機產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，具體擬合出了單螺桿式壓縮機運行的輸氣系數(shù)和絕熱效率與壓縮比之間的關(guān)系式，并與往復(fù)活塞式壓縮機相比較，結(jié)果表明單螺桿式壓縮機可獲得較高的輸氣系數(shù)。同時分析了不同工作溫度對單螺桿式壓縮機循環(huán)性能的影響，所得結(jié)論為單螺桿式熱泵系統(tǒng)數(shù)值模擬和運行特性分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：單螺桿壓縮機地源熱泵循環(huán)性能
前言
1.輸氣系數(shù)和總效率
所研究的熱泵機組采用的是MS-14M半封閉單螺桿式壓縮機，壓縮機的理論排量為158.24m3/h,ARI額定工況下的制冷量為159.3KW，制冷劑為R22，壓縮機電機輸入功率為35.84KW，電機轉(zhuǎn)速為2880rpm。
1.1輸氣系數(shù)
λ＝（Qeνs）/((Vn/3600)qe)(1)
式中Qe——蒸發(fā)器吸熱量，kW
Vn——理論排量，m3/h
νs——吸氣狀態(tài)的比容，m3/kg
擬合出關(guān)聯(lián)Pc/Pe的輸氣系數(shù)表達(dá)式（2）,關(guān)聯(lián)式的線性相關(guān)度為93.6％，均方差為2.1×10-2。
λ＝1.06165-0.02411（Pc/Pe）-0.00383（Pc/Pe）2（2）
由圖1可見，壓縮機工作時其壓力比Pc/Pe不能太高，即冷凝壓力Pc（也就是冷凝溫度tc）不宜太高，蒸發(fā)壓力Pe（也就是蒸發(fā)溫度te）不宜太低，否則，輸氣系數(shù)λ就會降低。對于單螺桿式壓縮機輸氣系數(shù)在壓縮比為3時可達(dá)0.95。單螺桿式壓縮機與活塞式壓縮機的對比曲線，其中活塞式壓縮機輸氣系數(shù)按(3)式計算[2]?？梢钥闯觯诔Ｓ玫臒岜眠\行工況范圍內(nèi)，單螺桿式壓縮機的輸氣系數(shù)都要高于活塞式壓縮機。
(3)
1.2絕熱效率
絕熱效率是指壓縮機的理論耗功與實際耗功之比[2]。同樣由樣本提供的數(shù)據(jù)根據(jù)制冷劑物性參數(shù)計算程序和公式（4）分別計算出相應(yīng)的壓縮機效率。
（4）
根據(jù)計算結(jié)果，擬合成以下關(guān)聯(lián)式：
η＝-0.14585+0.60256（Pc/Pe）-0.14352（Pc/Pe）2+0.01028（Pc/Pe）3(5)
關(guān)聯(lián)式的線性相關(guān)度為88.125％，均方差為1.47×10-2。
2.工作溫度的變化對單螺桿式壓縮機性能的影響
地源熱泵系統(tǒng)的顯著特征就是用地下埋管換熱器回收土壤熱源。該換熱器的傳熱受到地區(qū)氣候、土壤等因素的影響。不同地區(qū)的土壤環(huán)境條件，就會產(chǎn)生不同的埋管傳熱效果。而這一傳熱過程的強弱必然使埋地?fù)Q熱器的進(jìn)出口水溫發(fā)生變化，變化的水溫又將導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)的冷凝器或蒸發(fā)器的工作溫度發(fā)生變化，從而影響整個熱泵系統(tǒng)的工作性能[3]。本科研工程采用的地源熱泵機組中的單螺桿式壓縮機，其轉(zhuǎn)速、理論輸氣量是不變的，但是由于季節(jié)的變化，引起負(fù)荷的改變，其工作溫度也在發(fā)生變化。工作溫度變化時，單位質(zhì)量制冷量qe、理論壓縮功wt、循環(huán)制冷劑流量Gr都要發(fā)生改變，從而使制冷量Q0和消耗的功率發(fā)生改變，因為制冷量為：
Qe＝qeλ(Vh/3600)/νs(6)
式中Qe——蒸發(fā)器吸熱量，kW
qe——單位質(zhì)量制冷量，kJ/kg
Vn——理論排量，m3/h
νs——吸氣狀態(tài)的比容，m3/kg；
消耗的有效功率為：
Wt=wλ(Vh/3600)/（νsη）(7)
由上述可見，同一臺熱泵壓縮機制冷量Qe、有效功率Wt分別與輸氣系數(shù)λ及單位容積制冷量qe，壓縮機的總效率η，及單位容積壓縮功w等數(shù)值有關(guān)。
2.1工作溫度變化對單螺桿式壓縮機制熱系數(shù)COP的影響
工作溫度變化對地源熱泵系統(tǒng)來講通常是由于地區(qū)的不同及季節(jié)的改變所引起的，圖4示出了不同的蒸發(fā)溫度下冷凝溫度改變引起的制熱系數(shù)COP的變化?？梢钥闯觯茻嵯禂?shù)COP隨著冷凝溫度的降低而降低，因此再次說明冷凝溫度不宜過高。從圖上還可以看出此種單螺桿壓縮機很適合用于地源熱泵機組中，因為對地源熱泵系統(tǒng)來講，冬季制熱工況下，在土壤、回填材料特性和遠(yuǎn)界土壤溫度一定的情況下，為滿足吸熱量的要求，埋管周圍土壤和埋管內(nèi)流體的溫度必然處于一個較低的水平上。較低的埋管換熱器進(jìn)、出水溫，一方面導(dǎo)致了熱泵機組蒸發(fā)溫度的降低和循環(huán)性能系數(shù)的降低；另一方面，過低的埋管換熱器進(jìn)水溫度，有可能產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象。因此，冬季供暖季節(jié)通常將蒸發(fā)溫度控制在0℃左右，有圖4可以看出在熱泵工作工況范圍內(nèi)壓縮機COP可達(dá)3.5以上。夏季制冷工況下，地下埋管與熱泵機組冷凝器相接，室內(nèi)冷凍水管與蒸發(fā)器相接。通過制冷劑循環(huán)，不斷的將室內(nèi)熱量釋放到地下低溫土壤中。排熱量的大小取決于埋管內(nèi)的介質(zhì)與土壤之間的熱交換，最終取決于埋管周圍土壤之間的熱質(zhì)交換。由試驗觀察表明，夏季熱泵機組運行時，蒸發(fā)溫度可和通常的空調(diào)制冷系統(tǒng)一樣，按5℃的工況運行，由圖4可見夏季壓縮機COP可達(dá)4.5以上。
2.2工作溫度變化對吸熱量、放熱量和輸入功率的影響
熱泵機組冬季運行時，蒸發(fā)器的吸熱量最終取自埋管周圍土壤之間的熱質(zhì)交換。當(dāng)以水為管內(nèi)換熱介質(zhì)時，為防止結(jié)冰，蒸發(fā)器水的出口溫度應(yīng)保持在0℃以上。根據(jù)實驗觀察，在保證蒸發(fā)溫度為0℃時，蒸發(fā)器的水的出口溫度在2℃左右。根據(jù)以上工況，按照擬和出的輸氣系數(shù)和總效率公式，分別計算出單螺桿式熱泵機組隨冷凝溫度變化的吸熱量、放熱量和輸入功率結(jié)果，見圖5。夏季熱泵機組運行時，按5℃的工況運行，同樣按照擬和出的輸氣系數(shù)和總效率公式，分別計算出夏季單螺桿式熱泵機組隨冷凝溫度變化的吸熱量、放熱量和輸入功率結(jié)果。
地源熱泵的運行工況要適應(yīng)冬夏季空調(diào)末端負(fù)荷的需要，事實上，對于熱泵空調(diào)系統(tǒng)而言，冬季冷凝溫度穩(wěn)定在55℃已經(jīng)可以滿足供水溫度的要求[4]，由圖5，此時機組從地下吸熱量為107KW；而夏季冷凝溫度可以確定在45℃[4]，此時機組向地下排熱量為199.2KW，通過比較可以發(fā)現(xiàn)，夏季向土壤的排熱量幾乎是冬季自土壤的吸熱量的2倍。但是由于夏季較高的循環(huán)性能系數(shù)，其輸入功率反而低于冬季的輸入功率。
3.結(jié)論
1)根據(jù)單螺桿式壓縮機產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)分析，具體擬合出了單螺桿式壓縮機運行的輸氣系數(shù)和絕熱效率與壓縮比之間的關(guān)系式，并與往復(fù)活塞式壓縮機相比較，結(jié)果表明單螺桿式壓縮機可獲得較高的輸氣系數(shù)。
2)分析了不同工作溫度對單螺桿式壓縮機循環(huán)性能的影響，所得結(jié)果表明單螺桿壓縮機應(yīng)用于地源熱泵機組中可獲得較高的制熱系數(shù)，并說明熱泵機組運行過程中冷凝溫度不易過高。
3）通過對R22單螺桿式壓縮機循環(huán)性能分析研究，所得結(jié)論為單螺桿式熱泵系統(tǒng)數(shù)值模擬和運行特性分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
[1]Jeon,,JamesLi,:9,Issue:4,July,1995,
[2]楊磊.制冷原理與技術(shù)[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1988，2.
[3]周亞素、張旭、陳沛霖土壤源熱泵機組冬季供熱性能的數(shù)值模擬與實驗研究東華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）
[4]王景剛自然工質(zhì)熱泵循環(huán)和地源熱泵運行特性研究：[博士論文].天津：天津大學(xué)，2003.