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空气源热泵机组结霜及除霜控制方法的研究点击：1934 日期：[ 2014-04-26 21:39:47 ] |
| 空气源热泵机组结霜及除霜控制方法的研究 侯春枝 陈 恩 蒋德伦 丁东旭 (合肥通用机械研究院) 摘 要：讨论影响空气源热泵冷热水机组结霜的因素及常用除霜控制方式,并结合机组的实际运行情况提出一种典型的除霜控制流程。 关键词：空气源热泵冷热水机组 结霜 除霜 空气源热泵冷热水机组在冬季运行时,制热效果不是很理想,尤其是在气候十分寒冷的地区。其主要原因是由于空气源热泵冷热水机组用空气作为冷源和热源,当室外换热器翅片表面温度低于空气露点温度且小于0℃时,风冷换热器表面会结霜,从而增加了空气和换热器之间的热阻,同时霜层使空气流动阻力增加,空气流量减小,使风冷换热器的换热量降低。所以研究影响空气源热泵冷热水机组结霜的因素及其除霜控制就显得尤为重要。所以以下笔者从影响风冷翅片换热器结霜的参数、常用除霜方式及典型除霜控制流程三方面进行分析。 1·影响风冷翅片换热器结霜的参数[1] 霜层的形成和影响因素比较复杂,综合国内外有关学者的研究成果,并结合实际工作经验,可将影响风冷换热器结霜特性的参数归纳为以下几个方面: 1)迎面风速:在强制对流情况下,迎面风速对霜的形成有较大的影响。迎面风速很小时,使负荷减小,造成蒸发温度快速下降,进而使盘管结霜速度加快,且霜层厚度增加;反之,当迎面风速较大时,使负荷增大,蒸发温度上升,温差减小,降低了结霜的倾向,使结霜状况明显改善。 2)室外空气温湿度:结霜与空气温度、相对湿度的关系见图1。 图1中虚线区域为可能结霜区,阴影部分为必然结霜区。从图中可以看出,空气相对湿度越大,室外盘管越容易结霜。当相对湿度大于75%时,温度低于5℃时就开始结霜了。罗鸣[2]认为,在长江流域的气候条件下,当空气相对湿度小于50%时,盘管就很少会结霜;另一方面,当盘管表面温度低于0℃,且低于入口处空气的露点温度时,空气中的水分就会析出并在盘管表面结霜。盘管表面与入口空气之间的温差越大,结霜速度越快,结霜也会越严重。在我国东北等寒冷地区,最冷月平均温度为-10~0℃,日平均温度在5℃以下的天数为90~145天,大部分时间在结霜区域内,这更进一步说明空气源热泵冷热水机组在寒冷地区冬季制热效果更差。 3)翅片换热器的结构:影响室外换热器结霜特性的换热器结构包括翅片间距,分路数,沿气流方向的管排数及肋片边缘效应等。 影响空气源热泵冷热水机组结霜的因素除上面所介绍的3点外,机组运行时间及开停周期中停机时间的长短等都会影响机组的结霜速度和厚度,在此就不一一赘述。 2·常用除霜方式 按照除霜热源不同,空气源热泵冷热水机组主要有电加热除霜和热气除霜2种方式。电加热除霜一般用于小型家用空调,工商业用的大型空气源热泵机组通常采用热气除霜。由于关于家用热泵空调除霜方式研究的文献已经很多,所以在此仅就工商业常用的空气源热泵冷热水机组的热气除霜方式加以分析。常见的热气除霜控制方法有:压差控制法、温度-时间控制法和温差-时间控制法。 2.1 压差控制法 室外换热器的空气流通阻力和翅片间距有关。随着霜层的增厚,空气流通面积减小,换热器进出风的压差增大。当其增大到设定值时,控制系统就会发出除霜指令,使机组进入除霜状态。随着除霜的进行,霜层逐渐变薄。当换热器进出风侧的压差降到除霜终止的设定值时,控制系统又会发出终止除霜的指令,这就是压差控制除霜的原理。该方法要根据运行时间的长短等因素来定期调整压差设定值,这样做一方面增加了机组的维护难度,另一方面又降低了机组的可靠性,此方法现在已很少使用。 2.2 温度-时间控制法 机组在制热工况下,低温低压的制冷剂进入室外翅片盘管换热器,使盘管温度下将,当盘管温度(或吸气压力)下降到设定值t1时,由温控器的感温包将信号输入时间继电器开始计时,同时进入除霜模式,即制冷工况;当盘管温度(或排气压力)上升到设定值t2时或除霜执行时间达到设定的最长除霜时间b,即只要t2或b中任意一个达到设定值以后除霜模式即告终止,机组又恢复到制热工况,翅片管的温度又不断下降;当盘管温度第2次下降到设定值t1时,同时又超过设定的除霜周期a,此时要t1和a同时达到设定值后才能进入第2次除霜模式,如此周而复始。 2.3 温差-时间控制法[2] 机组在冬季制热时,翅片盘管换热器内的制冷剂和室外空气之间将保持适当的温差,液体制冷剂在低于室外空气的条件下蒸发吸热。当盘管空气表面结霜以后,使进风温度和盘管温差增大,当该温差达到机组设定温度时,而且距上一次的除霜间隔也已达到设定值a,机组即进入除霜模式。当盘管温度(或排气压力)上升到设定值或除霜时间达到设定的最长除霜时间b时除霜结束。 除上述3种除霜方法外,还有定时除霜法。该种方法仅简单地控制时间,例如设定30 min化霜一次,机组就会机械地到30 min化霜一次,而不管室外空气等其他参数,此种除霜方法仅在电子控制之前采用,现在已经逐步被淘汰。目前经常用的是温度/温差-时间控制法。 3·典型除霜控制流程[3] 从理论分析上看,除霜参数似乎就包括除霜温度、除霜间隔和除霜时间3个方面,但在机组的实际运行中,还必须要综合考虑诸如系统的蒸发压力、冷凝压力、水流量、压缩机的油压差和内置保护等因素。图2为空气源热泵冷热水机组实际运行中典型的控制流程。 从图2可以看出,该控制流程不但考虑了压缩机的运行安全,还为了确保除霜效果,在除霜结束条件满足后,四通阀换向前开启风机,以吹走盘管上被融化的水分。如果没有这一步骤,而直接停止化霜循环,盘管上未干的水分就会重新结霜,降低除霜效果。 4·结束语 笔者就影响空气源热泵冷热水机组结霜的因素、常用的除霜方法进行了分析讨论,并根据机组的实际运行特点提出了一种典型的除霜控制流程。该流程经实践证明是目前诸多控制流程种比较经济、合理的一种,可以在空气源热泵冷热水机组中广泛推广。 参考文献 [1]NealDL O,Tree D R.A review of frost formation insimple geometries. ASHRAE Transactions, 1985, 91(2A):267-281. [2]蒋能照.空调用热泵技术及应用.北京:机械工业出版社,1997. [3]朱瑞琪.制冷装置自动化.西安交通大学出版社,1993. [4]罗鸣.空气源热泵冷热水机组除霜研究.建筑热能通风空调,2002,(6):15-17. |
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