【壓縮機網】中國科學院工程熱物理研究所研究人員提出的“風熱機組”這一清潔能源供暖理念，具有高效、可靠、低碳、安全等優(yōu)點，豐富了風能利用方式，拓展了風能利用寬度（圖1）。為了更高效、經濟地利用風熱機組，將風能最大程度上轉化為熱能，需要對風熱機組進行性能優(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)化內容。

　　為尋找各部件優(yōu)化途徑，需要深究各部件能量轉化效率損失的原因。研究團隊對100kW風熱機組示范樣機分別進行了實驗研究、熱力學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，該研究獲得了風熱機組各部件不可逆損失出現的原因和需要優(yōu)化的方向。

　　為分析風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，對不同工況下風熱機組各部件進行分析（圖2）。相同風速下，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傳熱系數，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?平衡進行分析，進而判斷風熱機組中亟需進行熱力學優(yōu)化的部件（圖3）。研究表明，輸入?包括Ewind,in（進入物理域的風能?）和EQL（從低溫熱源吸收的?）；輸出?包括Ewind,out（出物理域的風能?）和EQH（輸出給冷卻水的?）；不可逆損失引起?損Ed。額定工況下風熱機組最大?損發(fā)生在風力機部分，提高風力機的風能利用系數是降低?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，為進一步優(yōu)化壓縮機性能參數，需要利用高級?分析方法，分析壓縮機部件對應的內源性?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?損主要是由內部不可逆性引起的，可以通過對壓縮機進行獨立優(yōu)化來降低?損，進一步優(yōu)化壓縮機內部結構參數。

　　該項研究成果有助于進一步為風熱機組系統(tǒng)控制策略和各部件的優(yōu)化設計指明方向，對提高風熱機組能量轉化效率具有重要意義。

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

　　圖1 風熱機組工質循環(huán)圖

　　圖2 風熱機組不同工況下各部件?損圖

　　圖3 額定工況風熱機組各部件?流圖

　　圖4 不同工況下壓縮機內源性?損變化

　　圖5 不同工況下壓縮機可避免?損變化