【壓縮機網(wǎng)】中國科學(xué)院工程熱物理研究所研究人員提出的“風(fēng)熱機組”這一清潔能源供暖理念，具有高效、可靠、低碳、安全等優(yōu)點，豐富了風(fēng)能利用方式，拓展了風(fēng)能利用寬度（圖1）。為了更高效、經(jīng)濟(jì)地利用風(fēng)熱機組，將風(fēng)能最大程度上轉(zhuǎn)化為熱能，需要對風(fēng)熱機組進(jìn)行性能優(yōu)化。系統(tǒng)優(yōu)化體系龐大，需要綜合考慮各部件優(yōu)化和整機控制策略優(yōu)化內(nèi)容。

　　為尋找各部件優(yōu)化途徑，需要深究各部件能量轉(zhuǎn)化效率損失的原因。研究團(tuán)隊對100kW風(fēng)熱機組示范樣機分別進(jìn)行了實驗研究、熱力學(xué)理論分析和模型分析。通過分析樣機運行的試驗工況、理想工況和不可避免工況，該研究獲得了風(fēng)熱機組各部件不可逆損失出現(xiàn)的原因和需要優(yōu)化的方向。

　　為分析風(fēng)熱機組各部件的不可逆損失及原因，研究人員采用傳統(tǒng)?分析方法，基于各部件比?、?損失、?效率和局部?損失率等性能參數(shù)，對不同工況下風(fēng)熱機組各部件進(jìn)行分析（圖2）。相同風(fēng)速下，不同水流量對壓縮機和冷凝器?損變化影響不同。水流量增加，冷凝器?損降低，而壓縮機?損增加。這是因為對于冷凝器而言，增大水流量，有利于提高冷凝器中水側(cè)傳熱系數(shù)，強化換熱，換熱溫差降低，換熱器的不可逆性減小。而對于壓縮機，水流量增大導(dǎo)致冷凝器平均水溫降低，冷凝溫度降低，壓縮機的等熵壓縮功率下降，而輸入機械能不變。壓縮機的?損隨水流量的增大而增大。

　　研究人員對機組額定工況下的?平衡進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷風(fēng)熱機組中亟需進(jìn)行熱力學(xué)優(yōu)化的部件（圖3）。研究表明，輸入?包括Ewind,in（進(jìn)入物理域的風(fēng)能?）和EQL（從低溫?zé)嵩次盏?）；輸出?包括Ewind,out（出物理域的風(fēng)能?）和EQH（輸出給冷卻水的?）；不可逆損失引起?損Ed。額定工況下風(fēng)熱機組最大?損發(fā)生在風(fēng)力機部分，提高風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)是降低?損的最有效途徑，而熱泵子系統(tǒng)的?損主要來源于壓縮機，為優(yōu)化熱力循環(huán)，應(yīng)加強壓縮機的優(yōu)化。

　　由于熱泵子系統(tǒng)最大?損來自壓縮機，為進(jìn)一步優(yōu)化壓縮機性能參數(shù)，需要利用高級?分析方法，分析壓縮機部件對應(yīng)的內(nèi)源性?損、外源性?損、可避免?損和不可避免?損（圖4、圖5）。壓縮機平均內(nèi)源性?損占比95.70%，壓縮機可避免?損的平均占比為90.60%，即壓縮機的?損主要是由內(nèi)部不可逆性引起的，可以通過對壓縮機進(jìn)行獨立優(yōu)化來降低?損，進(jìn)一步優(yōu)化壓縮機內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)。

　　該項研究成果有助于進(jìn)一步為風(fēng)熱機組系統(tǒng)控制策略和各部件的優(yōu)化設(shè)計指明方向，對提高風(fēng)熱機組能量轉(zhuǎn)化效率具有重要意義。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Energy上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的資助。

　　圖1 風(fēng)熱機組工質(zhì)循環(huán)圖

　　圖2 風(fēng)熱機組不同工況下各部件?損圖

　　圖3 額定工況風(fēng)熱機組各部件?流圖

　　圖4 不同工況下壓縮機內(nèi)源性?損變化

　　圖5 不同工況下壓縮機可避免?損變化