空气源热泵冷热水机组结霜研究分析

点击：1785 日期：[ 2014-04-26 22:14:29 ]

空气源热泵冷热水机组结霜研究分析程卫红姚杨 (1.东北林业大学土木工程学院哈尔滨150040; 2.哈尔滨工业大学市政环境学院哈尔滨150090) 摘要 : 空气源热泵冷热水机组冬季运行时，空气侧换热器表面容易结霜，结霜将影响机组的供热能力，而且目前除霜过程的可靠性较差。对空气源热泵在冬季制热运行时结霜的因素进行了分析，并就结霜对机组冬季上况的影响进行了研究，提出了机组在冬季工况下性能提高的几条途径。关键词 : 空气源热泵冷热水机组结霜换热器中图分类号:TV91 文件标识码: A 1 引言能源问题和环境污染问题是制约国民经济发展的两个世界性问题。改革开放以来，我国能源工业保持了较快的增长。中国进人21世纪，已拥有世界第三位的能源生产系统a1，但能源消耗量已居世界第二，人均每年消耗的能源低于世界平均水平。热泵技术在解决采用清洁能源、可再生能源、提高能源利用率和减少环境污染的问题上显示出日益重要的作用。热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的装置。虽然要消耗一定量的高位能，但所供给的热量却是消耗的高位能与吸取的低位热量的总和。空气源热泵冷热水机组作为空调冷热源，其优势在于:冬夏共用，设备利用率高;省去了一套冷却水系统不需另设锅炉房;机组可布置在室外，节省机房的建筑面积;安装使用方便;不污染空气，有利于环保。因此该机组在气候适宜地区的中小型建筑中得到了广泛地应用。但机组在气温偏低且相对湿度较高的地区，热泵运行时还不太理想，其原因是空气侧换热器结霜和除霜造成机组供热能力下降。 2 结箱原因空气源热泵冷热水机组在冬季制热运行时，空气侧换热器起蒸发器的作用，由于蒸发温度较低，换热器表面的温度也随之下降，甚至低于O 'c，当室外空气流经换热器盘管时，其所含的水分就会析出，并形成霜层。霜层增加了导热热阻，降低了换热器的传热系数，使流过换热器的空气流量降低，随着霜层的增厚，将出现蒸发温度下降，制热量下降，风机性能衰减，影响制热效率，严重时出现停机，使机组不能正常工作。因此，需用除霜的方法解决这些问题，但除霜过程(如逆循环除霜)将影响正常供热，且产生除霜损失，增加运行功耗，降低供热系数。要提高供热能力及性能系数，关键在于避免、延缓结霜，减少结霜量，提高机组在结霜工况下的工作特性。 2.1 室外空气参数我国大部分地区处于季风气候区[z1，热泵适宜应用的地区空气相对湿度普遍比较大，如长江以南地区，相对湿度大于75%，温度在0℃左右。在空气温度一定时，相对湿度越大，结霜越严重，在空气相对湿度一定时，0℃工况的结霜比一4C下况的结霜严重[31。实际运行表明，当室外空气温度在一2-7C，而相对湿度大于50%时，结霜最严重。结霜及霜层的阻塞效应使空气流道表面粗糙度增大，通过空气侧换热器的压降不断增大，风量不断减少，影响空气侧换热，使机组运行效率下降。 2.2 换热器结构参数空气侧换热器主要结构参数:翅片间距、管径、管间距、分液路数等。相对湿度较小于65%的地区，翅片间距对其结霜特性的影响不大;相对湿度为75%的地区，属于一般结霜区[41，翅片间距2.5mm, 3mm，可以减少结霜量，使换热器表面温度升高，换热量增加;相对湿度为85%的地区，由于空气中绝对含湿量大，室外空气状态点处于结霜速率较大区间的缘故，翅片间距增加到3.5mm直到4mm时，才能延缓结霜，减少结霜量。 2. 3 风速在强制对流的情况下，风速对霜的形成有较大影响。迎面风速很小时，结霜较快，且霜层厚度增加较仇当迎面风速较大时，则结霜状况明显改善。这主要是因为风速降低，使负荷减小，造成蒸发温度快速下降，使结霜速度加快;而风速增大，使负荷增大，蒸发温度上升，温差减小，降低了结霜的倾向。 3.提高机组综合性能的途径 3.1 空气侧换热器结构设计当空气露点温度高于换热器翅片表面温度且翅片表面温度低于0℃时，翅片表面就会结霜。在一定的大气条件下，换热器翅片表面是否结霜、霜层的发展速度以及对换热器性能的影响程度与翅片结构、形式有关。若蒸发温度相对较高，换热器表面的结霜情况会相对好一些，但这要以加大换热器面积为代价，加大的换热器部分并非能发挥出相应的效果，同时，增加了制造成本。换热器翅片形式一般有平片、波纹片及开窗翅片3类。开窗翅片有利于提高同侧换热系数，但在结霜工况下，开窗翅片结霜后的气流阻力要大于平片和波纹片。同时，对于在结霜工况下运行的空气源热泵的空气侧换热器建议不用开窗翅片，而采用平片。 3.2 空气侧换热器表面处理国内外就抑制换热器表面结霜的问题进行了大量研究，有许多实验结果表叽随着翅片表面僧水性的提高，连续运转的时间延长，经亲水表面处理和经超憎水表面处理的换热器，连续运行时，对提高热泵制热能力有很大作用。 3. 3 风机与换热器的匹配翅片表面的气流速度对换热器表面结霜也有一定影响。风速偏小(0.6-lm/s) ，不能吹走冰晶，使霜层逐渐增厚，风速较高(3m/s)对抑制结霜有利。因为，风速高可以加大换热器传热系数，提高蒸发温度，从而提高翅片表面温度，又可吹走冰晶，因此，为减少结霜，可适当提高风机转速，加大空气流量，抑制结霜，提高机组供热性能。 3.4 除霜控制技术的改进除霜方法包括:空气除霜室外空气温度高于2"'3℃采用，电热除霜将电加热器放置在空气侧器上;热气除霜是经常采用的方法，可把一部分高压制冷剂旁通到蒸发器进行除霜，也可以利用四通换向阀将供热工况转变为制冷工况进行除霜。除霜控制方法:定时除霜长江流域40分钟一次[51，黄河流域30分钟一次，最长除霜时间50分钟一次;温度(压力)一时间法当盘管表面温度(或吸气压力)降低到设定值，且与上一次除霜时间间隔达到一定值开始除霜空气压差控制法测量通过换热器的空气压差，当压差达到设定值时，开始除霜;最佳除霜时间控制法[61建立除霜时间与结霜量之间的关系;自组织模糊控制除霜采用模糊控制算法，使除霜控制自动适应环境参数的变化。

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