宫天泽;郑学利;赵宇开
【摘 要】本文提出了压缩机综合效率系数的计算公式和分析方法,综合效率系数可以用于评价压缩机的能效水平,对压缩机综合效率系数的特性分析,可以在已知工况下估算压缩机的性能系数,从而减少实验工作量,提高开发效率；还有助于产品开发工程师对变频空调系统的压缩机选型设计,以及对多变频压缩机并联系统的压缩机转速控制的优化.%This paper originates calculation and analysis method of IER ( integrated efficiency ratio) for variable speed compressor, IER can be used to evaluate the energy efficiency level of compressor. With the analysis of IER, engineer can make an approximate calculation of COP base on the compressor work conditions, it can reduce the workload of experiment and improve products developing efficiency. It can assist engineer to choose a optimal performance compressor for a refrigeration system, and improve control logic for multi - compressor system.
【期刊名称】《节能技术》
【年(卷),期】2012(030)005
【总页数】4页(P435-438)
【关键词】变频压缩机;性能系数;综合效率系数
【作 者】宫天泽;郑学利;赵宇开
【作者单位】海信科龙空调有限公司研发中心,山东 青岛266071;海信科龙空调有限公司研发中心,山东 青岛266071;海信科龙空调有限公司研发中心,山东 青岛266071
【正文语种】中 文
【中图分类】TH45
0 前言
变频压缩机已被广泛使用于家用空调和商用空调产品，由于压缩机能耗占空调整机能耗的80% ～90%，压缩机的能效水平也就决定了空调整机的能效水平。
变频压缩机在使用过程中，会在不同的工况条件下运行，压缩机转速也会在某一范围内变化。目前，变频压缩机能效要求所执行的国家标准是《GB/T 15765－2006房间空气调节器用全封闭型电动机－压缩机》[1]，该标准只规定标准工况下额定制冷能力的测试要求，而各压缩机厂家所编制的压缩机规格书中，也是依据国标，仅提供了额定点的能效值。
对变频压缩机在变工况、变转速条件下能效特性研究，有助于到更优的压缩机选型、设计方案，从而提高压缩机使用效率，间接降低空调整机成本，提升产品竞争力，提高企业利润。
1 变频压缩机能效测试
实验选取某型号R410A转子式直流变频压缩机，在标准压缩机性能试验台进行能效测试，实验设备与测试方法依照《GB/T 5773－2004容积式制冷剂压缩机性能试验方法》[2]。
实验在过冷度8℃、吸气过热度11℃、压缩机环境温度35℃条件下，对不同冷凝温度Tc、蒸发温度Te、压缩机转速进行交叉组合，并测试压缩机制冷能效系数 COP。其中冷凝温度 Tc分别选取40℃、50℃、60℃，蒸发温度 Te分别选取 －5℃、0℃、5℃、10℃，压缩机转速分别选取30 r/min、60 r/min、90 r/min、120 r/min，测试结果如下。
图1 COP与蒸发温度关系(压缩机转速=60 r/min)
图2 COP与冷凝温度关系(压缩机转速=60 r/min)
图1、图2显示了在相同压缩机转速情况下，工况变化对COP的影响。
从图1可见，蒸发温度较低时，冷凝温度的降低对COP提升的贡献较小。在实际制冷系统匹配过程中，当蒸发器过小时，一味增大冷凝器，对提升COP的贡献并不明显。此时，应考虑先提高蒸发温度。
从图2可见，冷凝温度越高，COP随蒸发温度的变化并不明显，在实际制冷系统匹配过程中，当冷凝温度很高时，一味提高蒸发温度，并不是提高COP的最佳方式，应考虑适当降低冷凝温度。
图3 COP与压缩机转速关系(冷凝温度=50℃)
图4 COP与压缩机转速关系(蒸发温度=5℃)
从图3、图4可以看出，COP随压缩机转速的变化关系。相比于工况的变化，转速在30～90
r/min期间的变化对COP影响较小，但转速从90 r/min升高到120 r/min时，COP出现衰减明显;当工况不变时，转速在60 r/min时，压缩机效率较高。所以，在变频空调匹配设计时，应选择合适排量的压缩机，避免压缩机以过高转速运行，可以将额定能力对应压缩机转速设计在60 r/min左右，使压缩机的额定COP 相对较高[3－4]。
2 综合效率系数分析方法
2.1 理论性能系数COP0[5]
对于已知制冷剂的蒸汽压缩式制冷循环，假设压缩过程为等熵压缩，且压缩机的输入功率全部为制冷剂做功;不考虑蒸发、冷凝过程的压力损失。理论上，当系统的蒸发温度、冷凝温度、过冷度、吸气过热度四个参数确定的情况下，可以计算出制冷系统的理论性能系数COP0。
图5 蒸汽压缩式制冷循环p－h图
如图5所示，由冷凝温度与过冷度SC得到状态点3，根据蒸发温度和吸气过热度SH得到状态点1，画等熵线经过状态点1并与冷凝压力线相交，得到状态点2。
根据制冷剂热力性质表，可以得到各状态点1、2、3 的焓值(h1、h2、h3)，从状态点3 到状态点4 为等焓节流过程，即h4=h3。所以，根据以下公式可计算出理论性能系数。
2.2 综合效率系数η_total
实际蒸汽压缩式制冷循环中，由于存在泄露损失、余隙容积损失、吸气加热损失、摩擦阻力损失、压缩机电机发热等影响因素，实际性能系数COP要低于该工况下理论性能系数COP0[6]。
考虑到上述影响因素较多，且相互耦合，难以独立测试及分析。本文将全部影响因素综合到一起，提出压缩机综合效率系数η_total，该系数等于实际性能系数与理论性能系数之比，即，
压缩机综合效率系数，体现了压缩机在实际压缩过程接近理想状态的程度，越接近1，其实际性能系数越接近理论性能系数，压缩机的效率也就越高。
按照前面的各种实验工况，根据R410a制冷剂热力性质，可计算出个各测试点的COP0，再根据公式(2)和各测试点的实测COP，可以计算得到各测试点的综合效率系数，如表1。
表1 综合效率系数数据汇总转速/r·min －1 T c/℃ T e/℃－5 0 5 10 40 69.1% 70.7% 71.3% 71.3%30 50 66.8% 69.2% 70.8% 71.3%60 63.1% 64.7% 66.3% 68.9%40 70.9% 72.7% 73.4% 74.0%60 50 68.7% 69.9% 72.7% 73.5%60 64.7% 66.1% 67.9% 70.4%40 66.4% 68.1% 69.8% 71.0%90 50 69.3% 69.9% 70.7% 70.9%60 62.3% 64.7% 66.6% 67.6%40 58.8% 59.9% 61.2% 61.0%120 50 56.5% 58.2% 59.9% 60.6%60 52.8% 55.3% 54.1% 57.8%
在实验测试的所有条件下，综合效率系数最大值为74.0%，最小值为52.8%，可见，压缩机在不同的运行条件下，其综合效率系数相差较大。
从图6、图7可见，当工况确定的情况下，压缩机转速为60 r/min时，综合效率系数最高;转速在30～90 r/min范围内，综合效率系数相差不大，而从90 r/min上升到120 r/min，综合效率系数明显下降。
图6 综合效率系数与转速关系(蒸发温度=5℃)
