摘要： 针对天津市一实际地下耦合地源热泵示范工程，在对所采用的地源热泵机组中的单螺杆式压缩机产品样本数据分析的基础上，具体拟合出了单螺杆式压缩机运行的输气系数和绝热效率与压缩比之间的关系式，并与往复活塞式压缩机相比较，结果表明单螺杆式压缩机可获得较高的输气系数。同时分析了不同工作温度对单螺杆式压缩机循环性能的影响，所得结论为单螺杆式热泵系统数值模拟和运行特性分析提供了基础数据。
关键词： 单螺杆压缩机 地源热泵 循环性能Study on Performance of Single Screw Compressor in a Closed-circuit Ground Coupled Heat Pump with R22
2. 工作温度的变化对单螺杆式压缩机性能的影响 地源热泵系统的显著特征就是用地下埋管换热器回收土壤热源。该换热器的传热受到地区气候、土壤等因素的影响。不同地区的土壤环境条件，就会产生不同的埋管传热效果。而这一传热过程的强弱必然使埋地换热器的进出口水温发生变化，变化的水温又将导致热泵系统的冷凝器或蒸发器的工作温度发生变化，从而影响整个热泵系统的工作性能[3]。本科研工程采用的地源热泵机组中的单螺杆式压缩机，其转速、理论输气量是不变的，但是由于季节的变化，引起负荷的改变，其工作温度也在发生变化。工作温度变化时，单位质量制冷量qe、理论压缩功wt、循环制冷剂流量Gr都要发生改变，从而使制冷量Q0和消耗的功率发生改变，因为制冷量为：
Qe＝qeλ(Vh/3600)/νs(6)
式中Qe——蒸发器吸热量，kW
qe——单位质量制冷量，kJ/kg
Vn——理论排量，m3/h
νs——吸气状态的比容，m3/kg；
消耗的有效功率为：
Wt=wλ(Vh/3600)/（νsη） (7)
由上述可见，同一台热泵压缩机制冷量Qe、有效功率Wt分别与输气系数λ及单位容积制冷量qe，压缩机的总效率η，及单位容积压缩功w等数值有关。
2.1 工作温度变化对单螺杆式压缩机制热系数COP的影响
工作温度变化对地源热泵系统来讲通常是由于地区的不同及季节的改变所引起的，图4示出了不同的蒸发温度下冷凝温度改变引起的制热系数COP的变化。可以看出，制热系数COP随着冷凝温度的降低而降低，因此再次说明冷凝温度不宜过高。从图上还可以看出此种单螺杆压缩机很适合用于地源热泵机组中，因为对地源热泵系统来讲，冬季制热工况下，在土壤、回填材料特性和远界土壤温度一定的情况下，为满足吸热量的要求，埋管周围土壤和埋管内流体的温度必然处于一个较低的水平上。较低的埋管换热器进、出水温，一方面导致了热泵机组蒸发温度的降低和循环性能系数的降低；另一方面，过低的埋管换热器进水温度，有可能产生结冰现象。因此，冬季供暖季节通常将蒸发温度控制在0℃左右，有图4可以看出在热泵工作工况范围内压缩机COP可达3.5以上。夏季制冷工况下，地下埋管与热泵机组冷凝器相接，室内冷冻水管与蒸发器相接。通过制冷剂循环，不断的将室内热量释放到地下低温土壤中。排热量的大小取决于埋管内的介质与土壤之间的热交换，最终取决于埋管周围土壤之间的热质交换。由试验观察表明，夏季热泵机组运行时，蒸发温度可和通常的空调制冷系统一样，按5℃的工况运行，由图4可见夏季压缩机COP可达4.5以上。