郭宏（廣東美芝制冷設(shè)備有限公司 研發(fā)中心，廣東 佛山 528300）

科技與應(yīng)用

兩級(jí)壓縮和單級(jí)補(bǔ)氣式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)應(yīng)用于熱泵系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究

郭宏
（廣東美芝制冷設(shè)備有限公司 研發(fā)中心，廣東 佛山 528300）

熱泵是一種重要的節(jié)能裝置，但是理論與實(shí)踐證明傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)在-15℃以下低溫環(huán)境無(wú)法正常工作。兩級(jí)壓縮和單級(jí)補(bǔ)氣技術(shù)是目前針對(duì)空氣源熱泵低溫制熱改善方案中實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較成熟技術(shù)。對(duì)兩種技術(shù)方案進(jìn)行了理論分析及實(shí)驗(yàn)對(duì)比，分析結(jié)果表明，單級(jí)補(bǔ)氣及兩級(jí)壓縮均能較好地改善低溫制熱效果，單級(jí)補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，在較大溫度范圍具有能力及能效優(yōu)勢(shì)。

熱泵；兩級(jí)壓縮；補(bǔ)氣；制熱量；COP

熱泵是一種重要的節(jié)能裝置，它能在投入一個(gè)單位的高品質(zhì)能量的條件下產(chǎn)出多于一個(gè)單位的熱量，較電加熱等傳統(tǒng)供熱方式具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，所以在資源短缺及環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重的今天，對(duì)熱泵的研究越來(lái)越引起人們的重視。長(zhǎng)期以來(lái)，空氣源熱泵空調(diào)機(jī)組在我國(guó)長(zhǎng)江中下游、西南、華南地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用，無(wú)需輔助熱源，能夠以較低的初投資、較低的能耗較好地滿足該地區(qū)的采暖、空調(diào)要求，使用方便、高效節(jié)能，對(duì)使用地區(qū)沒(méi)有什么污染，能實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用。但是對(duì)于黃河流域及華北地區(qū)，其采暖期較長(zhǎng)并且氣溫較低，在這些地區(qū)使用的空氣源熱泵必須能在-15℃的大氣環(huán)境中高效、可靠地長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，才能滿足冬季采暖的要求。理論與實(shí)踐證明，在長(zhǎng)江中下游等相對(duì)溫暖地區(qū)使用的傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)無(wú)法在這樣的低溫環(huán)境中正常工作，主要表現(xiàn)在：1）制熱量很小，無(wú)法滿足寒冷地區(qū)冬季的采暖要求；2）不能可靠地工作，隨著室外環(huán)境溫度的降低，機(jī)組COP急劇下降、壓縮機(jī)的壓比會(huì)越來(lái)越大，導(dǎo)致排氣溫度不斷升高，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞或燒毀壓縮機(jī)。因此傳統(tǒng)的空氣源熱泵不能不做任何改進(jìn)就推廣到寒冷地區(qū)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于解決空氣源熱泵在低溫環(huán)境下制熱性能不足的問(wèn)題有不少研究方向及成果，其中相關(guān)技術(shù)在商用空調(diào)中有較成熟應(yīng)用，家用空調(diào)器領(lǐng)域相關(guān)課題研究開(kāi)展相對(duì)較晚，其中基于滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上的兩級(jí)壓縮和單級(jí)補(bǔ)氣循環(huán)系統(tǒng)因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)成為研究的熱點(diǎn)，本文的主要內(nèi)容則是綜合考慮系統(tǒng)循環(huán)性能特點(diǎn)及壓縮機(jī)工作特征對(duì)上述兩種技術(shù)方案做相應(yīng)理論與實(shí)驗(yàn)分析，為后續(xù)相關(guān)領(lǐng)域工作開(kāi)展提供參考。

1　兩級(jí)壓縮與單級(jí)補(bǔ)氣循環(huán)對(duì)比

兩級(jí)壓縮和單級(jí)補(bǔ)氣技術(shù)是目前針對(duì)空氣源熱泵低溫制熱改善方案中實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較成熟技術(shù)，其主要原理均是通過(guò)中間補(bǔ)氣的方式提升冷凝器側(cè)制冷劑流量并以此提升制熱量，同時(shí)可以降低排氣溫度，對(duì)改善低溫制熱量衰減有較明顯效果。其中，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)循環(huán)p-h如圖1所示，單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)循環(huán)p-h如圖2所示。

圖1　兩級(jí)壓縮系統(tǒng)循環(huán)圖

圖2　單級(jí)壓縮噴氣系統(tǒng)循環(huán)圖

由圖1可知，應(yīng)用于空氣源熱泵的兩級(jí)壓縮循環(huán)為一種不完全冷卻兩級(jí)壓縮方式，其中，系統(tǒng)所用兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)設(shè)置高、低壓級(jí)兩個(gè)氣缸以實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓縮功能，循環(huán)流程為：吸氣狀態(tài)點(diǎn)1經(jīng)壓縮機(jī)低壓級(jí)一次壓縮后至狀態(tài)點(diǎn)2，與一級(jí)節(jié)流后中間壓力對(duì)應(yīng)飽和氣體狀態(tài)點(diǎn)8混合至狀態(tài)點(diǎn)3，進(jìn)入壓縮機(jī)高壓縮進(jìn)行二次壓縮至排氣最終狀態(tài)點(diǎn)4，進(jìn)入冷凝器冷凝放熱至狀態(tài)點(diǎn)5，經(jīng)單級(jí)節(jié)流機(jī)構(gòu)節(jié)流至狀態(tài)點(diǎn)6，其中對(duì)應(yīng)飽和液相點(diǎn)7經(jīng)二級(jí)節(jié)流機(jī)構(gòu)節(jié)流至狀態(tài)點(diǎn)9，并進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱至狀態(tài)點(diǎn)1，最終完成整個(gè)循環(huán)。

上述系統(tǒng)所用兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)相比單級(jí)壓縮壓縮機(jī)多出一個(gè)壓縮缸，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一部分附加摩擦損失，壓縮機(jī)機(jī)械效率有所降低，且壓縮機(jī)成本相對(duì)較高。

單級(jí)補(bǔ)氣循環(huán)采用帶中間補(bǔ)氣功能的單級(jí)壓縮滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)，由圖2可知，該系統(tǒng)循環(huán)流程為：吸氣狀態(tài)點(diǎn)1經(jīng)壓縮機(jī)低壓級(jí)一次壓縮，在設(shè)定初始?jí)嚎s范圍內(nèi)，一級(jí)節(jié)流后中間壓力對(duì)應(yīng)飽和氣體（狀態(tài)點(diǎn)8）由噴氣孔噴入壓縮腔，經(jīng)過(guò)連續(xù)的“混合——壓縮——再混合”過(guò)程，最終到達(dá)混合狀態(tài)點(diǎn)3，此時(shí)停止噴氣，壓縮至排氣最終狀態(tài)點(diǎn)4，進(jìn)入冷凝器冷凝放熱至狀態(tài)點(diǎn)5，經(jīng)單級(jí)節(jié)流機(jī)構(gòu)節(jié)流至狀態(tài)點(diǎn)6，其中對(duì)應(yīng)飽和液相點(diǎn)7經(jīng)二級(jí)節(jié)流機(jī)構(gòu)節(jié)流至狀態(tài)點(diǎn)9，并進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱至狀態(tài)點(diǎn)1，最終完成整個(gè)循環(huán)。

上述系統(tǒng)所用單級(jí)補(bǔ)氣式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在單級(jí)壓縮機(jī)壓縮腔中開(kāi)設(shè)補(bǔ)氣孔，結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，且無(wú)附加摩擦損失產(chǎn)生。

2　理論計(jì)算與分析

2.1計(jì)算條件

上述兩級(jí)壓縮和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)均采用經(jīng)濟(jì)器獲取中間壓力下飽和氣體，常用經(jīng)濟(jì)器有兩種：閃蒸器和過(guò)冷器。閃蒸器主要利用其氣液分離作用將單級(jí)節(jié)流后氣相部分分離出來(lái)并與單級(jí)壓縮排氣混合；過(guò)冷器則是通過(guò)吸熱蒸發(fā)獲取中間壓力飽和氣體并與單級(jí)壓縮排氣混合。不考慮閃蒸器分離效率及分離過(guò)程中不可逆損失與過(guò)冷器不可逆換熱損失的差異，二者理論循環(huán)性能基本相同，本文則選擇閃蒸器模型進(jìn)行理論分析。

理論計(jì)算工況為：冷凝溫度50℃；蒸發(fā)溫度-30～0℃；過(guò)冷溫度10℃；過(guò)熱溫度10℃。計(jì)算中考慮系統(tǒng)不同壓縮機(jī)工作特征下摩擦效率及容積效率差異。

2.2計(jì)算結(jié)果及分析

通過(guò)調(diào)用NIST 8.0物性程序，在固定冷凝溫度條件下計(jì)算對(duì)比了不同蒸發(fā)溫度下兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)的理論循環(huán)性能，著重對(duì)二種系統(tǒng)的單位容積制熱量Qv、低溫制熱量提升幅度以及COP等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行理論比較，同時(shí)，選擇單級(jí)壓縮（無(wú)噴氣）系統(tǒng)作為對(duì)比基準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果如圖3～圖5所示。

圖3　單位容積制熱量隨蒸發(fā)溫度變化規(guī)律

圖4　單位容積制熱量提升幅度隨蒸發(fā)溫度變化規(guī)律

圖5　系統(tǒng)COP隨蒸發(fā)溫度變化規(guī)律

圖3給出了不同循環(huán)系統(tǒng)單位容積制熱量Qv隨蒸發(fā)溫度變化規(guī)律，由圖可知：隨著蒸發(fā)溫度降低，基準(zhǔn)系統(tǒng)、兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)的容積制熱量均有明顯降低趨勢(shì)；兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和一級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)因存在中間壓力補(bǔ)氣過(guò)程，故容積制熱量相比基準(zhǔn)系統(tǒng)有明顯提升；相同余隙容積條件下，壓縮機(jī)兩級(jí)壓縮過(guò)程容積效率相當(dāng)較高，計(jì)算獲得兩級(jí)壓縮系統(tǒng)相比單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)容積制熱量較高。

圖4對(duì)比了兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)相比基準(zhǔn)系統(tǒng)容積制熱量提升幅度隨蒸發(fā)溫度變化規(guī)律，由圖可知：隨著蒸發(fā)溫度降低，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)相比基準(zhǔn)系統(tǒng)容積制熱量提升幅度均有明顯提升，兩種技術(shù)方案均具有低溫制熱性能的理論改善效果；兩級(jí)壓縮系統(tǒng)對(duì)基準(zhǔn)系統(tǒng)容積制熱量提升幅度相比單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)有一定優(yōu)勢(shì)，且蒸發(fā)溫度越低優(yōu)勢(shì)越明顯，當(dāng)蒸發(fā)溫度為-30℃時(shí)，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)相比基準(zhǔn)系統(tǒng)單位容積制熱量分別提升34%和28%，分析主要原因?yàn)閮杉?jí)壓縮方式能夠有效改善壓縮過(guò)程容積效率，且蒸發(fā)溫度越低壓比越大優(yōu)勢(shì)越明顯。

圖5給出了不同系統(tǒng)循環(huán)COP隨蒸發(fā)溫度變化規(guī)律，由圖可知：隨著蒸發(fā)溫度降低，基準(zhǔn)系統(tǒng)、兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)的COP均有明顯降低趨勢(shì)；兩級(jí)壓縮系統(tǒng)因壓縮過(guò)程中存在附加摩擦損失，在較高蒸發(fā)溫度條件下性能明顯差于基準(zhǔn)系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)，隨著蒸發(fā)溫度降低，二級(jí)壓縮方式容積效率優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)，對(duì)改善COP有利，當(dāng)蒸發(fā)溫度低于-15℃后，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)循環(huán)COP優(yōu)于基準(zhǔn)系統(tǒng)，當(dāng)蒸發(fā)溫度低于-25℃后，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)循環(huán)COP稍優(yōu)于單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)；單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)因無(wú)附加摩擦損失，系統(tǒng)COP隨蒸發(fā)溫度降低一直保持相對(duì)較優(yōu)水平，且始終高于基準(zhǔn)系統(tǒng)循環(huán)COP值。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為滿足客戶需求和適應(yīng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，近幾年GMCC在熱泵系統(tǒng)低溫制熱量提升技術(shù)研究方面做了大量工作，其中在單級(jí)補(bǔ)氣和兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上均有研究結(jié)果，本文則在單體性能臺(tái)位和搭載熱泵系統(tǒng)條件下，實(shí)驗(yàn)對(duì)比了單級(jí)補(bǔ)氣和兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)實(shí)際工作性能差異。

3.1壓縮機(jī)單體性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)所用兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)低壓腔容積為9.8×10-6m3，高壓腔容積為7.5×10-6m3，與之對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)壓縮機(jī)（單級(jí)無(wú)補(bǔ)氣）壓縮腔容積為9.8×10-6m3；所用單級(jí)補(bǔ)氣式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)壓縮腔容積為10.8×10-6m3，與之對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)壓縮機(jī)（單級(jí)無(wú)補(bǔ)氣）壓縮腔容積為10.8×10-6m3。單體性能測(cè)試條件如表1所示。其中，因性能測(cè)試臺(tái)位無(wú)補(bǔ)氣功能，故兩級(jí)壓縮及單級(jí)補(bǔ)氣式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)進(jìn)行單體性能測(cè)試時(shí)均未啟動(dòng)各自補(bǔ)氣功能。

壓縮機(jī)單體性能測(cè)試結(jié)果如表2所示，由表中數(shù)據(jù)可知：相同工況條件下，兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)相比對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)壓縮機(jī)制熱量有2%～4%的提升，但由于有附加摩擦損失存在，其單體COP相比基準(zhǔn)壓縮機(jī)卻有6%～12%下降；相同工況條件下，因單級(jí)補(bǔ)氣式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)補(bǔ)氣處會(huì)產(chǎn)生稍許附加余隙容積，故其單體制熱量相比基準(zhǔn)壓縮機(jī)有1%～2%的小幅下降，因該種壓縮機(jī)無(wú)附加摩擦損失，故單體COP與制熱量下降幅度相當(dāng)，為2%左右。

表1　壓縮機(jī)單體測(cè)試工況

表2　壓縮機(jī)單體性能測(cè)試結(jié)果（所有工況基準(zhǔn)機(jī)型為100%）

3.2壓縮機(jī)搭載系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

采用某帶補(bǔ)氣功能的品牌空調(diào)系統(tǒng)作為本回實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)流程如圖6所示。由壓縮機(jī)單體測(cè)試結(jié)果可知，兩級(jí)壓縮式（9.8×10-6m3/7.5×10-6m3）和單級(jí)補(bǔ)氣式（10.8×10-6m3）滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)雖排量有較大差異，但實(shí)測(cè)能力相當(dāng)，具有一定對(duì)比意義?；谏鲜鰩аa(bǔ)氣功能空調(diào)系統(tǒng)，開(kāi)啟補(bǔ)氣功能分別搭載上述兩級(jí)壓縮式和單級(jí)噴氣式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)性能比較，關(guān)閉補(bǔ)氣功能并搭載單級(jí)無(wú)補(bǔ)氣式（9.8×10-6m3）滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)獲得對(duì)應(yīng)性能數(shù)據(jù)作為對(duì)比基準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)著重考察了不同室外溫度條件下系統(tǒng)制熱量Q、低溫制熱量提升幅度和COP變化規(guī)律，在相同壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率調(diào)節(jié)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果如圖7-圖9所示。

圖6　某補(bǔ)氣品牌空調(diào)系統(tǒng)工作流程圖

圖7　系統(tǒng)相對(duì)制熱量隨室外溫度變化規(guī)律

圖7給出了系統(tǒng)相對(duì)制熱量隨室外溫度變化規(guī)律，其中對(duì)比基準(zhǔn)為基準(zhǔn)機(jī)型標(biāo)熱工況制熱能力。由圖可知：隨著室外溫度降低各種系統(tǒng)制熱量明顯降低；兩級(jí)壓縮式和單級(jí)補(bǔ)氣式系統(tǒng)相比無(wú)補(bǔ)氣單級(jí)壓縮系統(tǒng)制熱量均有較大幅度提升；因排量差異，兩級(jí)壓縮式系統(tǒng)在較高室外溫度條件下相比單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)稍低，隨著室外溫度降低，壓比增加，兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)容積效率優(yōu)勢(shì)凸現(xiàn)，室外溫度低于-20℃后兩級(jí)壓縮系統(tǒng)制熱量稍高。

圖8　系統(tǒng)制熱量提升幅度隨室外溫度變化規(guī)律

圖9　系統(tǒng)COP隨室外溫度變化規(guī)律

圖8則對(duì)比了兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)相比基準(zhǔn)系統(tǒng)制熱量提升幅度隨室外溫度變化規(guī)律，由圖可知：隨著室外溫度降低，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)相比基準(zhǔn)系統(tǒng)制熱量提升幅度均有明顯增加，當(dāng)室外溫度為-30℃時(shí)，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)相比基準(zhǔn)系統(tǒng)制熱量分別提升27%和20%，兩種技術(shù)方案均具有低溫制熱性能的實(shí)際改善效果，且與前文理論分析結(jié)果相符；隨室外溫度降低，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)相對(duì)基準(zhǔn)系統(tǒng)容積制熱量提升幅度增加趨勢(shì)更加明顯。

圖9則對(duì)比了兩級(jí)壓縮機(jī)系統(tǒng)和單機(jī)補(bǔ)氣系統(tǒng)循環(huán)COP隨蒸發(fā)溫度變化規(guī)律，由圖可知：隨著蒸發(fā)溫度降低，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)的COP均有明顯降低趨勢(shì)；因兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)存在一定附加摩擦損失，在較高蒸發(fā)溫度條件下兩級(jí)壓縮系統(tǒng)性能明顯差于基準(zhǔn)系統(tǒng)和單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)，隨著蒸發(fā)溫度降低，二級(jí)壓縮式壓縮機(jī)容積效率優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)，對(duì)改善COP有利，當(dāng)室外溫度低于-20℃后，兩級(jí)壓縮系統(tǒng)循環(huán)COP優(yōu)于單級(jí)補(bǔ)氣系統(tǒng)。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算趨勢(shì)基本相符，兩級(jí)壓縮式熱泵系統(tǒng)因其所用壓縮機(jī)容積效率優(yōu)勢(shì)，低溫制熱量提升能力相對(duì)較優(yōu)，但由于兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)所產(chǎn)生的附加摩擦損失而導(dǎo)致壓縮機(jī)單體及搭載系統(tǒng)COP在較大使用范圍內(nèi)較差；而單級(jí)補(bǔ)氣熱泵系統(tǒng)有一定低溫制熱量提升能力，且循環(huán)COP值相比兩級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng)在較大使用范圍內(nèi)較優(yōu)，具有一定綜合優(yōu)勢(shì)。在本文所設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件下：在室外溫度高于-20℃范圍內(nèi)，單級(jí)補(bǔ)氣式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)搭載同一系統(tǒng)所獲得的制熱量和COP均高于兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)，具有明顯綜合優(yōu)勢(shì)；當(dāng)室外溫度低于-20℃后，采用兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)能夠獲得相對(duì)較優(yōu)制熱量和COP值。

4　結(jié)論

從以上理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

1）兩級(jí)壓縮和單級(jí)補(bǔ)氣熱泵系統(tǒng)均具有明顯低溫制熱量提升能力，且室外溫度越低優(yōu)勢(shì)越明顯；

2）兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)具有較優(yōu)容積效率，其搭載系統(tǒng)時(shí)低溫制熱量提升能力優(yōu)于單級(jí)補(bǔ)氣；但該種壓縮結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生額外附加摩擦損失，實(shí)測(cè)壓縮機(jī)單體及搭載系統(tǒng)COP在較大使用范圍內(nèi)均較低；

3）單級(jí)補(bǔ)氣式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且在較大使用范圍內(nèi)具有制熱量及COP的綜合優(yōu)勢(shì)；

4）在本文設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件下，在室外溫度高于-20℃范圍內(nèi)，單級(jí)補(bǔ)氣式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)搭載同一熱泵系統(tǒng)所獲得的制熱量和COP均高于兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)；當(dāng)室外溫度低于-20℃后，采用兩級(jí)壓縮式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)能夠獲得相對(duì)較優(yōu)制熱量和COP值。

［1］陶鍇，陳振華，梁雙建，等.空氣源熱泵低溫性能衰減改善方案理論分析［J］.電器，2013，增刊（S1）：291-298.

［2］馬敏，黃波，等.滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式補(bǔ)氣壓縮機(jī)在熱泵系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)研究［J］.制冷學(xué)報(bào)，2012，33（4）：52-54.

［3］賈慶磊，馮利偉，宴剛，等.中間補(bǔ)氣的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮系統(tǒng)的試驗(yàn)研究［J］.制冷與空調(diào)，2014，14（8）：128-132.

［責(zé)任編輯：吳卓］

Theoretical and Experimental Analysis of the Two-stage Rotary Compressor and Vapor-injection Rotary Compressor for Heat Pump Systems

GUO Hong
（R&D Section，Guangdong Meizhi Refrigeration Equipment Co，Ltd.，F(xiàn)oshan Guangdong 528333，China）

The heat pump is an important energy-saving device，but theory and practice prove that the traditional heat pump system cannot work properly when the ambient temperature is lower than-15℃.The two-stage compression or single stage compression with vapor-injection is relatively mature technology to improve the heating effect of air source heat pump.This paper compares these two kinds of technology in theory and experiment.The results show that these two kinds of technology can improve the heating effect in low-temperature.The single stage compression with vapor-injection has the ability and efficiency advantages in a wide temperature range and also its structure is relatively simple.

heat pump；two-stage compression；vapor-injection；heating effect；COP

科技與應(yīng)用

TB61+4

A

1672-6138（2015）03-0015-04

10.3969/j.issn.1672-6138.2015.03.004

2015-04-24

郭宏（1964—），男，湖南常德市人，工程師，研究方向：制冷壓縮機(jī)研發(fā)與制造。