（山东电力建设第三工程有限公司 山东青岛 266100）
摘要：现如今，我国科学技术在不断发展进步，在夏季，为了让人们更好的度过，本文建立了一套以Ｒ134a为制冷剂工质、以天然气为一次能源驱动开启式压缩机做功的燃气机热泵系统，研究了当蒸发器进水温度为12～22℃，室外环境温度为24.2～35.6℃，发动机转速为1400～2000r/min，夏季冷热联供模式时，空气源燃气机热泵（GEHP）机组的性能。结果表明：发动机转速和蒸发器进水温度的变化对系统性能的影响大于室外环境温度变化的影响。随着发动机转速由1400r/min增至2000r/min，系统COP1、COP2、PEＲ1、PEＲ2分别减小了15.5%、9.9%、18.8%、13.5%。在工况范围内，机组冷水出水温度可达6.7～19.3℃，热水出水温度可达40.7～61.7℃，考虑余热回收情况下系统PEＲ2可达1.14～1.45。
关键词：燃气机热泵；供冷；生活热水；余热回收；节能
引言
燃气机热泵作为新一代的节能环保空调系统，具有平衡电力与燃气的消费、一次能源利用率高等优点，必将拥有广阔的发展前景。但随着人民生活水平的不断改善，人们环境保护意识的不断增强，对自身所在声学环境的也更加关注。噪声作为工业产品的一项重要质量评价指标，是影响产品销售的一个重要因素，噪声越低，产品在市场竞争中更加有利，然而由于当前研究水平有限，燃气机热泵本身还存在着这样那样的问题，其中噪声问题是阻挠燃气机热泵走向商品化的一大障碍。目前关于燃气机热泵噪声控制方面的工作不多，为此本文对燃气机热泵系统的噪声控制进行了理论模拟及实验研究。
1燃气机热泵主体部分简介
1）燃气发动机系统是燃气机热泵系统的动力源，它对热泵系统的温度控制起着决定性的作用。燃气发动机的强劲动力以及废热的利用，使GEHP可以快速将室内温度调至设定温度；而发动机转速控制的无级调速，可使室内温度平稳地维持在设定温度。本实验台的发动机选用天然气/汽油两用燃料发动机，具有功率大、重量轻、体积小、油耗低、转速高等特点。燃料供应系统采用压缩天然气罐供气。2）热泵系统是燃气机热泵系统的核心部分，它主要包括压缩机、换热器、冷热源系统、热力膨胀阀、储液器、视液镜、干燥过滤器等部件。压缩机选用高效开启式活塞压缩机，冷凝器和蒸发器均采用钎焊板式换热器，排烟换热器采用卧式管壳式换热器。冷热源系统的作用就是为燃气机热泵创造一个所需要的外部运行环境。它主要包括蒸发器水箱、冷凝器水箱、风机盘管、蒸发器水泵、冷凝器水泵以及连接管路等。3）数据测量与采集系统是实验分析燃气机热泵系统的重要工具。它主要包括美国吉时利数据采集系统、扭矩转速测量仪、镍错镍硅销装热电偶、压力传感器、涡轮流量计、测量和控制天然气流量的质量流量控制器、噪声测量仪等。此系统仅在实验研究中作为数据采集的手段，实验台调试完毕后，它将不会成为燃气机热泵的组成部分。
2实验装置
2.1制冷剂流量调节
1）在不同的稳定工况下，施加相同的膨胀阀开度扰动时，过热度的动态特性不同；2）不同蒸发温度或制冷剂流量对应的电子膨胀阀增益与时间常数不同，随着蒸发温度或制冷剂流量的增加，电子膨胀阀的增益系数和时间常数都相应减少。3）电子膨胀阀开度增加和减少时，蒸发器的动态特性不同，蒸发器过热度在电子膨胀阀关阀时的响应速度比开阀时的响应速度快，并且过热度变化呈非线性特性。随着变转速压缩机的出现，传统的热力膨胀阀已经无法满足制冷剂大范围、快速变化的要求。电子膨胀阀具有采样时间快、精度高、时间常数小、反应速度快、能适应大范围能量调节的优点，因此被越来越多得应用在热泵系统中。传统的热力膨胀阀过热度控制系统比较注重阀体结构和蒸发器热工参数，而电子膨胀阀过热度控制系统的控制效果主要取决于控制系统的控制策略。
2.2燃气机热泵控制系统
对实验台燃料供给系统进行改造后，结构上增加燃气空气混合器，燃气空气混合器将天然气和空气混合，能够满足在任何工况下始终向发动机提供最佳空燃比的空气和天然气。就实验台的基本状况来看，可行的控制方式只有利用节气门来控制燃气空气混合气的流量，以改变发动机转速，从而实现制冷制热量的调节。这种控制方法操作容易，可实现发动机无级调速。执行器由执行机构和调节机构仁调节阀）两部分组成。在过程控制系统中，它接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。本文利用了步进电机拖动节气门的方法来调节混合气的流量，因此步进电机的步数为系统的控制量，步进电机和节气门分别为系统的执行机构和调节机构。
3数据分析
根据冷冻水质量流量和蒸发器侧冷冻水的进、出口温度计算得到系统制冷量：Qeva=cp，wmw（Teva，in－Teva，out）（1）式中：Qeva为系统制冷量，kW；cp，w为水的比热容，kJ/（kg·K）；mw为水质量流量，kg/s；Teva，in为蒸发器进水温度，℃；Teva，out为蒸发器出水温度，℃。发动机余热回收量包括发动机缸套余热回收量和烟气余热回收量。计算可得各余热回收量：QHＲ=Qcyl+Qexh（2）Qcyl=cp，cwmcw（Tcyl，out－Tcyl，in）（3）Qexh=cp，cwmcw（Texh，out－Texh，in）（4）式中：QHＲ为发动机余热回收量，kW；Qcyl为发动机缸套余热回收量，kW；mcw为防冻液质量流量，kg/s；Qexh为烟气余热回收量，kW；cp，cw为防冻液比热容，kJ/（kg·K）；Tcyl，in、Tcyl，out分别为防冻液进、出缸套换热器温度，℃；Texh，in、Texh，out分别为防冻液进、出烟气换热器温度，℃。根据天然气体积流量和低热值，可以计算出系统输入热负荷：QEC=VgasLHV（5）式中：QEC为输入热负荷，kW；Vgas为天然气体积流量，m3/s；LHV为燃气低热值，kJ/m3。压缩机轴功率可由燃发动机输入热负荷与发动机效率计算获得：P=QECε（6）式中：P为压缩机轴功率，kW；ε为发动机效率。机组总产能为制冷量与发动机余热回收量之和：QTH=Qeva+QHＲ（7）式中：QTH为机组总产能，kW。不考虑余热回收的系统性能系数（COP1）和一次能源利用率（PEＲ1）与考虑余热回收的性能系数（COP2）和一次能源利用率（PEＲ2）可由式（8）～式（10）计算：
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结语
1）实验工况范围内机组热水出水温度范围为40.7～61.7℃，考虑余热回收情况下系统PEＲ2可达1.14～1.45。2）当室外环境温度为30℃，发动机转速为1500r/min时，机组冷水出水温度范围为6.7～19.3℃。随着蒸发器进水温度由12℃增至22℃，系统COP1、COＲ2、PEＲ1和PEＲ2分别增加了18.2%、18%、17.7%和17.6%。3）发动机转速是影响机组性能的一个重要因素。在室外环境温度为30.1℃，蒸发器进水温度为12℃的工况下，随着发动机转速由1400r/min增至2000r/min，系统COP1、COP2、PEＲ1和PEＲ2分别增加了15.5%、9.9%、18.8%和13.5%。因此，在满足用户负荷情况下，燃气发动机应保持低转速运行。
参考文献：
[1]崔国栋，张薇，赵远扬，等．双管路燃气热泵（GEHP）系统仿真与实验研究［J］．制冷学报，2009，30（1）.
[2]王明涛，刘焕卫，张百浩．燃气机热泵燃气机转速与蒸发器过热度联合控制试验［J］．化工学报，2016，67（10）.