风冷热泵冷热水机组除霜研究

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风冷热泵的优劣势分析及风冷热泵的除霜方法和原理

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电加热除霜
除霜方法
换向法热氟除霜法
热氟除霜的改进——热气除霜法
除霜方法及其原理
NO. 01
电加热除霜
电加热法是最简单的除霜方法。它的思路是在室外换热器上安装适当功率的电阻，当室外换热器上积霜严重时，开启电气开关，电热丝通电发热融霜。电加热除霜电路控制中有融霜时间控制器，一个单刀双掷开关和一个电动马达，马达带动传动齿轮进行记时。
除霜方法及其原理
NO. 04
热敷除霜的改进—热气除霜法
使用了一个气液分离器，分离出的液体就保存在分离器中，气体经过压缩机再加热后用来融霜。这样随着除霜的进行，液态制冷剂连续不断地返回到气液分离器中，贮存在室外换热器盘管内的制冷剂质量逐渐减少，使制冷剂的温度逐渐上升，强化了除霜效果。
除霜方法及其原理
确定除霜时刻的指标
第五类以盘管内制冷剂的流速来判断。监测盘管内制冷剂的流速并比较其与无霜盘管的差值，当差值大于某一定值后，启动除霜工况。第六类，以室外盘管的温度梯度作为判断标准。后两种在很多文献中都得到了认可，比较切实可行。
人生只若如初见
大结局
THE END
确定除霜时刻的指标
第三类以压差作为控制量。当室外换热器积霜严重时，会堵塞盘管，引起管道内压力的增大：可是一般压力仪表的测量精度不足，采用高精度的压力元件则成本会增加很多。
确定除霜时刻的指标
第四类以风机电流作为指标。因为当室外换热器积霜严重时，风机的阻力增大，相应的表现在风机电流的波动上，但是，引起电流波动的因素很多，以此作为确定除霜时间的指标，容易引起误报。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
除霜方法及其原理
NO. 04

空气源热泵除霜方法的研究现状及展望

空气源热泵除霜方法的研究现状及展望空气源热泵是一种利用室外空气中的热能加热室内环境的系统，可以用于取暖和热水供应。

然而，在使用过程中，空气源热泵面临着除霜问题。

因此，研究除霜方法成为了热泵技术的研究热点。

以下是空气源热泵除霜方法的研究现状及展望。

目前，空气源热泵的除霜方法主要有以下几种：1.周期性的逆转热泵周期：这种方法通过逆转制冷循环的工作过程，将表面冰层融化，并把融化水排出系统。

这种方法简单直接，但能耗较高。

2.电热除霜：在热泵蒸发器表面安装电加热器，通过加热使冰层融化。

这种方法较为常见，但能耗较高。

3.感应电热除霜：将热泵蒸发器表面加热片替换为线圈，通过感应加热的方式进行除霜。

这种方法能耗较低，但材料成本较高。

未来，对空气源热泵除霜方法的研究将继续深入。

以下是几个可能的展望：1.新型材料的应用：目前，电热除霜方法和感应电热除霜方法在能耗和成本方面存在一定的问题。

因此，研究者可以将目光投向新型材料的研发。

比如，通过设计特殊导热材料，提高蒸发器表面的热传导能力，从而加快除霜过程。

2.微创技术的应用：目前，空气源热泵的除霜方法大都需要停机进行操作，影响系统的正常运行。

因此，研究者可以探索微创技术的应用，例如利用微小的振动或者声波，直接作用于蒸发器表面，从而减少除霜时间。

3.智能控制系统的应用：目前，空气源热泵的除霜方法大多是基于定时或者温度的设定。

由于室外环境的变化，这种方法往往无法满足实际需求。

因此，研究者可以借助智能控制系统，结合室内外温度和湿度的实时监测数据，实现智能化的除霜控制。

总之，空气源热泵除霜方法的研究现状较为成熟，但在能耗和成本方面仍存在一定问题。

未来的研究可以探索新型材料、微创技术和智能控制系统的应用，从而实现更加高效和可靠的除霜方法。

风冷热泵冷热水机组除霜研究

２．气候条件２
１引言
风冷热泵冷热水机组作为中央空调的冷热源，自９年代在我国得到了广泛的应用以来，ｏ使用地域
由南向北迅速推广。这类机组的优点是一机二用，提高了机组的利用率。制冷时，冷凝器采用风冷，省去了水冷冷水机组所需的冷却水系统；热时采用制热泵运行方式，能且无使用锅炉造成的对环境的节污染；组安装、机布置方便，置于屋顶而无需专门可设置机房等。但从风冷热泵冷热水机组实际运行的效果看这类机组在气温偏低且相对湿度较高的地区如长江流域制热运行时还不太理想。其主要原因是蒸发器结霜及除霜造成机组供热能力下降。
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图ｌ湿度对蒸发温度的影响
作萱简压： ☆ 收稿日期罗鸣，１／年生，男，＂９５硕士研究生，华中科技大学，０７４０３４
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２００２年第６期
主要有换热器的回路数、片间距与翅片形式等。翅由于结霜引起气流受阻是影响蒸发器性能的主要因素，为此，片间距的选择对于结霜工况下运行翅

热泵热水器除霜方法的研究

文章编号:ISSN 1005-9180(2009)03-0040-03Ξ热泵热水器除霜方法的研究林永进(浙江商业职业技术学院应用工程系,浙江杭州310053)[摘要]阐述了空气源热泵热水器的结霜特性,分析了热泵热水器化霜时与空调器不同的特征,提出了采用检测冷凝器温度与水温的差值来判断室外蒸发器是否结霜、检测室外热交换器盘管温度来判断除霜是否完成的两器盘管温度综合判断除霜法。

[关键词]热泵热水器;结霜;除霜方法[中图分类号]T M 925 [文献标识码]AStudy on the Defrost Method of the Heat Pump Water HeaterLI N Y ongjin(A pplied Eng ineering D epartment ,Z hejiang V ocati onal C ollege o f C ommerce ,H ang zh ou 310053,China )Abstra ct :T he fros ting per forman ce of air -s ource heat pump w ater h eater is expounded 1T he defrost characteristic of heat pum p w ater heater is analyzed ,which is di fferen tfrom air conditioner 1A new defrost meth od bas ed on com prehensive evalu 2ation according to th e tem perature o f the evaporat or and condenser is pro posed 1Th is method judge wh eth er the outdo or evap 2orator was frosted by the tem perature d ifference betw een the condenser and w ater ,and judge whether th e ou td oor evaporator was defrosted by its coil temperature 1K eyw or ds :H eat pump w ater heater ;Frosting;Defrost meth od1　前言空气源热泵热水器是利用热泵的原理,从环境空气中吸收热量来制取生活热水的热泵装置。

风冷热泵冷热水机组有关问题讨论(二)

膨胀阀可使机组管路系统简化，降低流动阻力，但
由于阀的构造限制，反向流动时，致阀的静装当导
配过热度升高，同时阀的制冷剂流量下降，据厂家介绍约下降２％以上。对于设有贮液器的热泵系０统，管路走向比较困难，于保证冬季进蒸发器的难
ａｂｅｔｅｐｒｔｒ．ｒｉｍｅａｕｅａｍｔ
风冷热泵冷热水机组有关问题讨论（介绍一）
了该机组制冷量与制热量、组的噪声、组的除机机霜措施、组使用的压缩机及机组的能耗指标等问机
刘宪英孙纯武黄忠
（重庆大学城市建设学院）
搞暮本文是风冷热水机组有关问题讨论（）一的续篇，主要介绍了该机组的节流装置，棚换热器、水空风玲热泵冷热水机组节流装置换热器环境温度
气拽热器、机组使用的环境温度、内置水泵、机组的防腐及布置等问题。关ｔ词
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第２卷第１期
ＲＥＦＧＲＩＥＲＡＴ１０ＮＡＮＤＩ — ＣＮＤＩＩＮＩＧＡＲＯＴＯＮ
制冷与空调
．．．２Ｎｏ１

空气源热泵除霜原理及除霜方式研究分析

空气源热泵除霜原理及除霜方式研究分析空气源热泵是一种新型的节能环保的供暖设备，具有使用成本低、效益高等优点，深受消费者欢迎。

然而，在使用过程中，空气源热泵会出现冬季结霜的问题，这会造成设备效率低下、耗能增加等诸多问题。

因此，了解空气源热泵的除霜原理及除霜方式对于提升设备效率、降低运行成本具有重要意义。

一、除霜原理空气源热泵的除霜原理主要有以下两种：基于周期性反转的“倒换式”除霜和基于周期性切换的“双回路”除霜。

1. 倒换式除霜倒换式除霜在空气源热泵中应用较为广泛，其工作原理是通过调节制冷循环中的制热/制冷阀，将室内供暖循环转为制冷循环，室外汽化器则转变为冷凝器，从而使霜冻逐渐融化。

具体过程如下：（1）在制热模式下，热泵通过室外换热器吸收和压缩热量，将室内制热循环水加热，并通过室内暖风机将热量传递至室内。

（2）当室外换热器的温度下降到一定值时，空气中的水分就会开始凝结在换热器表面形成霜冻，同时由于室外换热器的热传递效率下降，热泵的工作效率也随之下降。

（3）为了解决结霜问题，空气源热泵会根据预设的结霜温度和时间点，通过倒换制冷/制热阀，将制热循环转为制冷循环。

通过此时的制冷循环，将制热水道中的热量释放到室外，产生高温冷凝器，从而达到除霜的效果。

（4）当除霜完成后，系统会自动切换回制热模式，继续为室内供暖。

2. 双回路除霜双回路除霜的工作原理是通过两个独立的制冷/制热回路，分别对室内和室外进行冷却和加热，实现结霜的除去。

具体过程如下：（1）在制热模式下，热泵通过室外换热器吸收和压缩热量，将室内制热循环水加热，并通过室内暖风机将热量传递至室内。

（3）为了解决结霜问题，双回路除霜通过独立的制冷回路，将高压制冷剂注入到室外换热器，从而实现结霜的除去。

同时，室内的加热回路也会停止工作，避免浪费能量。

风冷热泵商用空调除霜控制理论分析

针对风冷热泵空调的除霜方法进行比较深新的化霜模式，这种化霜模式的思路就是通
ｃｄ入的研究，而在本期中，笔者准备针对我过室外环境温度Ｔ和室外盘管温度Ｔ的差值
公司家用空调的新除霜模式及现在我部模来判断室外换热器是否结霜，也就是说室外
ｃ过分析，我们认为商用空调与家用空调的使内，根据室外环境温度Ｔ和室外盘管温度气状态未ｉ０结霜条１牛，Ｔ就一直保持叵定。ｄ用情况有所不同：对于风管机而言，由于回Ｔ的对应关系将整个工作区间分为两个部ｄＣ、Ｄ结霜期：如果室外环境空气状
了换热器翅片间风道的阻力，使通风量减
机、户式机等，根本没有室内机可言，昕以我们可将其假设为二阶函数），为了能够小，换热量也随之减小，两个因素叠加，
家用机的这种新化霜模式就更没有了用武之更加直观地说明这个问题，我们首先对风使换热效率不断恶化，Ｔ不断下降且下降ｄ地，所以针对商用空调的特点开发适用于商冷热泵机组制热运行时室外环境温度Ｔ和率不断增大，￣Ｔｃ１ｄ的曲线变化率逐渐变］用空调的新化霜模式便成了我们目前的当务室外盘管温度Ｔ随时间变化的曲线进行分陡。当结霜总面积达到换热器换热面积的ｄ

风冷热泵除霜方法分析

5科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON 2008N O.08SCI EN CE &TECHN OLOG Y I NFOR M A TI O N 工程技术风冷热泵冷热水机组作为中央空调系统的冷热源，白20世纪90年代初进入我国。

由于其安装方便、运行操作简单，节能及易于模块化集成等特点，十几年来得到了长足的进展。

随着制冷技术的不断进步，其使用范围不断拓宽，已经从原来的华南及长江流域迅速扩展到黄河流域及广阔的大西北地区。

但是，由于冬季气温普遍较低，使得这类机组在制热运行中出现了一些问题，如压缩机烧坏、制热量不足、换热器结霜等。

其中，以风侧换热器的结霜问题最为普遍。

由于结霜及融霜的传热学机理较复杂，并且受环境温湿度的变化影响较大，实现其优化控制十分困难。

这个看似很小的问题，却往往给机组的运行带来很多麻烦。

这是一个恶性循环，一旦盘管上结霜，换热面积减小，风量降低，而系统的蒸发在继续，所以需要的热交换只能靠降低蒸发温度来维持。

而降低了蒸发温度，会进一步降低盘管表面温度，加大空气进出口之间的温度值，最终增加了霜层的厚度，严重时导致盘管冻结，使机组无法运行。

1除霜过程分析结霜现象的产生，是风冷热泵系统与环境相互作用的结果。

机组冬季制热运行时，室外翅片管换热器作蒸发器，其表面温度低于环境空气温度。

当翅片管表面温度足够低于空气露点温度时，空气中的水蒸气便会凝结；当此温度开始低于0℃时，凝露便以疏松的冰晶体的形式堆积在翅片管表面上而形成霜。

在结霜的早期，由于霜层增加了传热表面的粗糙度及表面积，使总传热系数有所增加。

随着霜层的逐渐增厚，又加大了空气流过翅片管时的阻力，降低了空气流量，从而导致翅片管内制冷剂蒸发不充分，蒸发温度降低、蒸发器出口过热度减少、制热量衰减、制冷剂流量降低等问题，严重时会引起压缩机事故。

此时，必须对热泵机组进行除霜操作。

所谓逆循环除霜是指：除霜时，通过四通阀的动作，使热泵机组从制热运行模式切换到制冷运行模式。

风冷热泵商用空调除霜控制分析

55T y目前，风冷热泵空调的使用已由长江流域及其以南地区向黄河流域推进，这些地域有着各自不同的气候特征，风冷热泵运行时所出现的问题也有所不同。

在环境温度和湿度相对较高的长江流域，风冷热泵空调器冬季制热时室外换热器的盘管温度总是低于环境空气温度，当低于环境空气的露点温度时，换热器的翅片表面就会产生冷凝水。

如果管温进一步低于0℃，冷凝水就转变为霜附着在翅片表面上，结霜严重时，翅片间的风道局部甚至全部被霜占据，从而导致换热器的换热系数下降以及翅片密闭的两侧板间时（见图2），两侧将进行能量的交换。

板式热回收再两侧仅进行温度的显热形式交换；板翅式热回收由于换热材料采用的是多空纤维，当隔板两侧气流之间存在温度和水蒸汽分压力差时，两气流之间就产生传热和传质的能量交换过程，即进行了温度和湿度的全热交换。

板式或者板翅式热回收装置主要有以下部分组成：板式或者板翅式热回收器、送排风机、空气过滤器、冷热盘管以及加湿器等。

板式热回收器属于显热回收，其通常由光滑金属或者非金属塑料板装配而成，形成基本的波纹板交叉叠积平面通道。

板间一般形成Δ形，形，形状截面，在一定的设备体积条件下，气流与板材直接的接触面积增大。

板翅式热回收器属于全热回收，其结构形式与板式基本相同，仅在构成材料热交换的材质上有所不同，板翅式热回收通常采用非金属多空纤维材料（如纸或者膜）作为基材制成换热的单元体。

单元体的波纹板叫擦叠积，并用胶使其峰谷与各班粘贴而组成。

13结论部分热回收：增加了小的热回收冷凝器，相当于加大了冷凝器换热面积，增加了制冷量，提高了机组制冷能效比。

制冷能效比提高2%，加上卫生热水，机组综合能效比提高28%。

全部热回收：热回收冷凝器和标准冷凝器单独使用，冷凝器换热面积没变，因卫生热水水温高于水冷机组水温，制冷量减少，能效比降低。

能效比降低34%，考虑到卫生热水，机组综合能效比提高51%。

热回收参数：提供热回收量和热回收进出水温度。

不提供热回收量要提供热水流量和温差。

风冷热泵旁通除霜问题的研究

但是，这些地区的冬季气温普遍较低，使得这类机组在制热运行中出现了一些问题，如压缩机烧坏、制热量不足、换热器结霜等。其中，以风侧换热器的结霜问
题最为普遍。由于结霜及融霜的传热学机理较复杂，并且受环境温、湿度的变化影响较大，实现其优化控制十分困难。这个看似很小的问题，却往往给机组的运行带来很多麻烦。本文对逆循环除霜方法中旁通除霜法进行分析、研究，进而发现了加速除霜过程、减少除
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技术交流
风冷热泵旁通除霜问题的研究
刘清江，韩学廷
（天津商学院机械工程学院制冷与空调系，天津３０３）０１４
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因此，根据热力学定律，我们便可以得出，制冷剂

风冷热泵结霜、除霜问题

结霜的原因：风冷热泵以环境空气为冷源，因此具有较强的环境依赖性，若环境温度越低，机组供热越小。

当室外蒸发器肋片的表面温度低于水蒸气的露点温度时，其表面将会产生凝结水，若环境温度低于0度，就会在蒸发器表面结霜。

影响结霜的主要因素：室外温度、湿度、气流速度。

肋片间距、沿气流方向管排数、肋片表面粗糙度。

此外，机组运行时间越长越容易结霜，上一次开停机时间越短，越可能加剧结霜的倾向。

夜间运行，结霜现象更突出。

霜的总体结构分为冰柱，冰球，冰层，空气泡。

结霜初期：霜层表面粗糙，增加了换热面积。

空气流通截面减小，空气流速增大，空气侧对流换热系数增大，加强换热。

结霜后期：霜在蒸发器表面沉积会增加热阻。

积聚的霜同时会增大流经蒸发器的空气阻力，导致风机工作点偏倚，从而使系统的空气流量减少，导致蒸发器换热量减小。

最终结果：结霜一方面导致空气与制冷剂之间的传热热阻增大，另一方面，霜的厚度增加，使空气流动阻力增加，空气流量减小，风侧换热能力降低。

总体上降低了传热效果及运行性能。

当霜增加到一定厚度以后，换热量快速下降。

有实验数据：当室外换热器空气流量由非结霜状态时的74m3/min，降到20m3/min，风侧换热量下降20%。

关于除霜的方法：* 电加热法* 反循环除霜法* 热气旁通法* 相变蓄热装置辅助除霜电加热管：反循环除霜：除霜时，压缩机停机，四通换向阀由制热模式转换到制冷模式，压缩机开启，热泵机组由制热变为制冷。

原本为蒸发器的室外机变为冷凝器，压缩机输出的高温高压气体直接进入到室外机，将热量释放到霜层里面，再经过节流阀，到室内机，这时会产生制冷效果。

除霜完成后，再转换模式，继续向室内供热。

热气旁通法除霜：热气旁通法是基于反循环除霜的一种改进方法。

可以缩短除霜的时间，提高除霜效率，并取得更好的除霜效果。

除霜原理：在除霜工况下，压缩机输出的高温高压气体直接经电磁融霜阀到室外机除霜，然后直接回到气液分离器，再至压缩机，构成一个小的循环。

风冷热泵结霜与除霜问题的研究

风冷热泵结霜与除霜问题的研究摘要：本文对风冷热泵机组冬季制热运行时换热器表面结霜的问题进行了研究，分析了风冷热泵霜层形成的机理，介绍了空气相对湿度、温度、风速及换热器的结构对风冷热泵蒸发器结霜的影响，同时还对常见的除霜方法做了简要介绍，最后提出了除霜问题的研究方向。

关键词：风冷热泵；除霜；结霜；蒸发器1.引言风冷热泵冷热水机组作为中央空调系统的冷热源，自20世纪90年代初进入我国。

由于其安装方便、运行操作简单，节能及易于模块化集成等特点，十几年来得到了长足的进展。

随着制冷技术的不断进步，其使用范围不断拓宽，已经从原来的华南及长江流域迅速扩展到黄河流域及广阔的大西北地区。

但冬季南方地区相对湿度较高，这正是风冷热泵蒸发器最容易结霜的温度和湿度范围，所以冬季风冷热泵室外侧蒸发器易结霜，使得风冷热泵机组在运行中出现一些问题，如制热量不足，系统COP降低等，严重时还会造成设备损坏。

因此有必要对风冷热泵结霜与除霜问题进行仔细的研究。

1.风冷热泵结霜的影响因素1.1 蒸发器表面结霜与空气参数的关系结霜的机理及结霜对传热的影响涉及因素很多，一般认为空气源热泵机组室外蒸发器结霜时，其表面温度tfe 和空气露点温度tdew需满足下式：且式中空气露点温度tdew 取决于空气的干球温度tw和相对湿度φ，因此室外空气的干球温度和相对湿度是影响热泵结霜的重要参数。

结霜的气象参数范围为-12.8℃～5.8℃,在该区域内如何减缓结霜过程和如何提高除霜效率就称为空气源热泵冷热水机组的主要研究方向。

浙江大学低温工程研究所利用自己所开发的热泵机组全年性气候运行模拟软件，模拟的结霜速率随室外气象参数的变化图。

等结霜速率线，由于霜层密度较小, 所以一般在外表面上的结霜量Wm 大于等于0. 625 ×10-5kg/ ( m2·s) 时盘管表面结霜已很严重。

共划分了5个结霜速度区。

从中可以看出, 当室外干球温度在- 5℃1.2 蒸发器表面结霜与换热器结构的关系换热器结构对霜层的影响包括翅片盘管的翅片形式，翅片盘管的间距，翅片盘管的管排数，翅片表面的粗糙度以及翅片盘管的表面处理对蒸发器表面结霜的影响。

风冷热泵机组冬季的除霜控制

风冷热泵机组冬季的除霜控制持1常的卟值，结霜与空气温湿度的关系空气的相对湿度是影响热泵机组作个重要因素，不慎重仔细地研宄空气相对湿度的影响，就会导致在设计阶段和运行时出现错误，尤其是可能造成的耗电量计算的错误。

在空气蒸发器出口温度和蒸发器蒸发温度之间有个直接关系。

对于空气液体热交换来说，其关系尤为明显，但般蒸发温度和蒸发器盘管面温度的温差平均为2.5，而盘管面温度与空气出口温度的温差般为1.5这样，空气出口温度和蒸发温度的温差大约为4.我们必须澄清概念并不是室外温度越低，结霜就越多。

实际情况正好相反只要看下空气的焓湿就清楚了。

在饱和湿度曲线上在452之间，绝对湿度差值入1.8gkg，4和1之间，绝对湿度差值么=1.248.1种情况的数值比笫种高出1.5倍。

更具体地说，台热泵机组在每处理化8空气，在第种情况下会结出1.8克的冰霜。

为了更加形象地说明。

举个实例5100十的热泵机组每小时处理37，000公斤的空气，在第种情况下，会结霜66.6公斤，而在第种情况下结霜为由此引出了个结论第，有必要使热泵在6饱和温度以上的情况下不结霜。

这样，盘管必须确定在适当的规格。

第，对于台热泵来说最恶劣的工况是5到之间有雾或雨雪天气，而不是气温更低的情况。

例如，在8环0相对湿度的情况下，结霜的量要比上面的最恶劣工况的结霜量小得多。

除腧术为了防止盘管上结霜和机组停机，需要个化霜循环。

个除霜过程通常需要3分钟某些进口设备的除霜时间必需1分钟左右第分钟风扇不转，以便使冷凝温度尽快升高去融霜，第和第分钟风扇也开始转，主要是为了使已经融化成水的霜全部蒸发变干。

如果没有这个程序而直接停止化霜循环，则盘管上没干的水会重新结成霜，降低了除霜的效果。

化机组化霜过程中，热泵不仅不能给系统提供热量，反而会吸收热量。

当机组盘管结霜时，机组效率迅速下降，直到定限度时机组开始化霜。

此时，大约3分钟的时间，机组从水系统中吸收热量提供到盘管去除霜。

实际上，在这3分钟的时间里，机组产生的能量是负数。

风冷热泵型家用空调器除霜、除冰控制方法研究

ＶａｕｇｎｅｒｎｇｌｅＥｎｉｅｉ
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风冷热泵型家用空调器除霜、除冰控制方法研究
ＳｕｄｎｆｏｔｎｎｄＤｅｒｅｉｇＣｏｒｌＭｅｈｓｏｔｙｏＤｅｒｓｉｇａｆｅｚｎｎｔｏｔｏｄｆＦａｎ－ｃｌｄａｏｏｅＨｅｔＰｕｍｐ
廖水华Ｌａｈｉｕ；铭坤ＷａｇＭｉｇｕｉｏＳｕｈａ王ｎｎｋｎ
（珠海格力电器股份有限公司，海５９７）珠１００
（ｒｅＥｌｃｒｐｉｎｅ，ｎ．ｆｈｈｉＺｕａ５１００，ｈｎ）ＧｅｅｔｃＡｐｌｃｓＩｃｏＺｕａ，ｈｈｉ９７Ｃｉａｉａ
摘要：风冷热泵型家用空调器在低温制热过程申结霜、冰的原因进行了分析，出几种常用的除霜、对结提除冰的控制方法，结合空调器的实际运行情况提出一种典型的除霜、除冰控制方法。
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈａｅｎｌｚｄｔｅｒａｏｓｏｒｓｉｇａｄｆｅｚｎｇｕｄｅｏｔｍｐｅａｕｅｈａｉｇｐｏｅｓｆｒｆｎ— ｏｌｄｈａｕｅｐｐｒａａｙｅｈｅｓｎｆｆｏｔｎｎｒｅｉｎｒｌｗ— ｅｒｔｒｅｔｎｒｃｓｏａｃｏｅｅｔｐｍｐ，ｎｏｈａｄｇｔｔｅｃｍｍｏｏｒｌｍｅｈｄｏｅｒｓｉｇａｄｄｆｅｚｎ．Ｖｅｉｙｎｔｗｉｈｔｅｔｓａａａｄｃｍｂｎｎｈｅａｔａｕｎｎｏｉｏｏｇｔａｔｐｉａｏｔｏｏｎｃｎｔｏｔｏｆｄｆｏｔｎｅｒｅｉｇｎｒｆｉｇｉｔｈｅｔｄｔｎｏｉｉｇｔｃｕｌｒｎｉｇｃｎｄｔｎｓｔｅｙｃｌｃｎｒｌｉ

热泵空调机组除霜控制方法及系统

热泵空调机组除霜控制方法及系统
热泵空调机组除霜控制方法及系统主要涉及以下步骤：
1. 检测热泵空调机组的运行工况，如果检测到制热运行的制热管路系统数量大于等于两个，且制热管路系统中存在满足除霜条件的除霜管路系统时，获取除霜管路系统的除霜容量以及除除霜管路系统之外的制热管路系统的制热容量。

2. 判断除霜容量是否小于所述制热容量，若是，则控制除霜管路系统进入除霜模式；若否，则根据结霜程度重新选取进入除霜模式的除霜管路系统。

3. 在执行所述根据除霜差值将所述除霜管路系统按照结霜程度从轻到重进行排序的步骤时，如果存在所述除霜差值相等的除霜管路系统，则根据所述除霜管路系统对应压缩机的累计运行时间的大小将所述除霜管路系统进行排序。

4. 根据结霜程度重新选取进入除霜模式的除霜管路系统，包括：判断是否存在满足除霜条件的除霜管路系统；若存在，获取该除霜管路系统的结霜程度；根据结霜程度重新选取进入除霜模式的除霜管路系统。

通过以上步骤，可以有效地控制热泵空调机组的除霜，提高其使用效率和舒适性。

风冷热泵冷热水机组热气旁通除霜与逆循环除霜性能对比

第40卷第5期2006年5月西安交通大学学报JOURNAL OF XI′AN JIA OTONG UNIVERSITYVol.40№5May2006风冷热泵冷热水机组热气旁通除霜与逆循环除霜性能对比黄东,袁秀玲(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)摘要:在制冷量为55kW的风冷热泵冷热水机组上,比较了热气旁通除霜和逆循环除霜的性能.结果表明:逆循环除霜的能量来自压缩机的输入功率以及从房间和循环水中吸收的热量,除霜时间为94s,但房间温度存在剧烈波动,舒适性较差;热气旁通除霜的能量只来自压缩机的输入功率,而且制冷剂流过分液器和分液毛细管的能量损失较大,除霜时间比逆循环除霜方式多178s,但不会从循环水和房间吸热,舒适性较好;在热气旁通除霜方式的融霜阶段,压缩机的吸气过热度一直在0℃左右,导致排气温度和过热度不断降低,可能会危及压缩机的安全.关键词:性能对比;热气旁通除霜;逆循环除霜;风冷热泵冷热水机组中图分类号:TB65文献标识码:A文章编号:0253?987X(2006)05?0539?05Co mparis on of Dyna mic Chara cteris tic s Be t w e e n the Hot-G a s Bypa s s Defro s ting Me thod and Re v ers e-Cy cle Defro s ting Me thodon an Air-to-Wat er He at PumpHuang D ong,Y uan X iuling(S chool of Energy and Pow er Engineering,Xi′an Jiaoton g University,X i′an710049,China)Ab stra ct:The dyna mic characteristics for both the hot-gas bypass defrosting m etho d and the re-verse-cycle de frosting metho d were co mpared experimentally on a55kW unitary air-to-water heat pum p.The duration time for the reverse-cycle defro sting method was94seconds be cause the two energy sourc es for the melting frost were the input power of the co mpressor and the heat ab-sorbed from the circulating water and indo or spac e.B ut the ind oor roo m temperature de cre ased gre atl y and quickly,which destro yed the in door am enity.The duratio n time for the h ot-gas by-pass defrosting metho d was178seco nds more than that for the reverse-cycle de frosting method bec ause the only energy sourc e was the input power of the compressor.M oreover,the larger heat loss caused by the distributor and distributor c apillary was the other main cause of the longer de-frosting tim e for the hot-gas b ypass defrosting method.Sinc e the he at was not absorbed from the indoor spa ce,the am enity was greatly impro ved.However,the discharge temperature an d super-heat de cre ased gradually be cause the compressor suction superheat was always0℃during all the melting stage for the hot-gas b ypass de frosting m ethod.C orrespond ingly,we must prevent the d ischarge temperature and superheat from decreasing to a level w here the compressor d oes n ot functi on safel y.Ke yw ord s:omparison;hot-gas bypass defrosting;reverse-cycle defrosting;air-to-water he at pump.收稿日期:2005?10?25. 作者简介:黄东(1975～),男,博士,讲师.空调在冬季运行时,风冷热泵冷热水机组会结霜,当霜层积累到一定程度时制热量显著衰减,必须进行除霜.常用的除霜方式有2种:第1种是逆循环除霜;第2种是热气旁通除霜.现在采用最普遍的除霜方式是第1种,这种除霜方式也存在很多缺点:如除霜时要从房间吸热,室温会降低5～6℃,影响室内的舒适性;切换制热和除霜模式时,系统压力波动剧烈,产生的机械冲击比较大;除霜时室内换热器作为蒸发器,表面温度低达-20～-25℃,当恢复制热后,较长一段时间吹不出热风;在启动和终止除霜时,四通阀换向产生较大的气流噪声等.文献[1?5]用实验和模拟的方法研究了小型热泵空调的逆循环除霜性能,文献[6?9]研究了风冷热泵冷热水机组的逆循环除霜性能.第2种除霜方式能克服逆循环除霜的以上缺点,具有以下优点:除霜过程中系统参数变化非常平缓,制热和除霜模式切换时对压缩机的机械冲击比较小;不从房间吸热,恢复制热即吹出热风,舒适性较好;四通换向阀不需要换向,气流噪声小等.但是,人们对热气旁通除霜的研究比较少,现有文献主要集中在采用变频压缩机的空气?空气热泵[10,11],以及具有多个蒸发器的制冷系统[12],文献[13]采用“汽化器”来汽化融霜后被冷凝的制冷剂液体,但在既能制冷又能制热的热泵机组上无法安装“汽化器”,因为找不到合适的安装位置使其只在热气旁通除霜循环中起作用,而不影响正常的制冷和制热性能.本文在一台采用定速压缩机并且具有制冷和制热功能的风冷热泵冷热水机组上,研究热气旁通除霜性能,并与逆循环除霜进行了对比.1实验装置及除霜控制要求实验装置和测点布置如图1所示.气液分离器能容纳80%的充灌量,并安装了3个视液镜以观察除霜时其中的液位变化.制热与制冷循环均采用外平衡式热力膨胀阀作为节流机构,它的压力平衡管和温包放在四通换向阀与气液分离器之间.除霜采用逆循环除霜和热气旁通除霜2种方式.如图1所示:当启动逆循环除霜时,四通换向阀把机组从制热循环切换至除霜(制冷)循环,关闭风冷换热器的风机,制冷剂沿实线流动,压缩机的排气进入风冷换热器融霜,同时制冷剂被冷凝为液体,再经热力膨胀阀节流进入板式换热器被蒸发成气体,最后被压缩机吸入;当采用热气旁通除霜时,四通换向阀不切换,开启热气旁通电磁阀,关闭风机,压缩机的排气从旁通电磁阀直接到达分液器,然后进入1:压缩机;2:气液分离器;3:四通换向阀;4:风冷换热器;5:分液器;6:热力膨胀阀;7:干燥过滤器;8:示液镜;9:热力膨胀阀;10:电磁阀;11:板式换热器;12:单向阀;13:高压储液器;14:热气旁通电磁阀;p1:吸气压力;p2:排气压力;T1:吸气温度;T2:排气温度;T3:风冷换热器入口温度;T4:风冷换热器出口温度(分液器入口温度);T5:进水温度;T6:出水温度;T7:分液器出口温度图1实验样机系统图及测点布置风冷换热器除霜,融霜后的制冷剂经过四通换向阀进入气液分离器,最后被压缩机吸入.启动除霜的条件为:当结霜导致机组的制热量衰减至峰值制热量的80%时,启动除霜.除霜终止的条件为:当风冷换热器制冷剂的出口温度超过10℃时,终止除霜.当逆循环除霜终止时,四通换向阀将机组从除霜循环切换为制热循环,同时启动风冷换热器的风机.当热气旁通除霜终止时,关闭热气旁通电磁阀,同时启动风冷换热器的风机.实验在人工模拟环境室中进行.为保持较稳定的干湿球温度,机组的出风经热湿处理后再送回环境室内,湿球温度通过超声波加湿器来控制,干球温度通过风道内的翅片管式换热器的加热量来控制.为减少环境室外温度波动的干扰,实验都在夜间进行.在风冷换热器的长度方向上布置3个水银温度计和相对湿度传感器,以测量进风的干球温度和相对湿度,测试时干球温度为(2±0.5)℃,相对湿度(80±5)%.为了使除霜前的状态一致,实验在同一天进行,并且使机组的吸、排气压力和温度等运行参数基本相同.由于除霜时间短,系统参数变化剧烈,因此数据采集系统的采集周期为2s.压力传感器的精度为0.25级,测量温度的热电偶精度为±0.2℃.2热气旁通除霜与逆循环除霜的性能对比除霜过程分为4个阶段:启动阶段、融霜阶段、45西安交通大学学报第40卷排水阶段和恢复阶段.启动阶段从除霜启动至吸、排气压力比较平稳为止;融霜阶段从启动阶段结束至风冷换热器的制冷剂出口温度高于1℃为止,此时主要是将风冷换热器表面的霜融化成水;排水阶段从融霜阶段结束到除霜终止,主要是将融霜水蒸发或者把水排出;恢复阶段从除霜终止开始,四通换向阀换向把系统从除霜循环切换为制热循环,到吸、排气压力比较稳定为止.当时间为0s 时启动除霜,系统的参数变化如图2～图7所示,图2中的吸、排气压力均为绝对压力.图2 吸、排气压力的变化图3 风冷换热器制冷剂的进、出口温度变化图4 进、出水温度变化2.1 启动阶段热气旁通除霜的启动阶段从0～21s ,而逆循环除霜从0～18s .如图2所示,2种除霜方式的吸、排气压力变化幅度存在显著差别.当逆循环除霜启动图5热力膨胀阀过热度和蒸发温度变化图6 压缩机排气、吸气过热度变化图7 热气旁通除霜时分液器进、出口温度变化后,四通换向阀换向,压缩机的吸气腔和板式换热器连通,由于除霜前板式换热器是压力较高的冷凝器,因此导致吸气压力迅速增大,而压缩机的排气腔和风冷换热器相通,除霜前风冷换热器是压力较低的蒸发器,致使排气压力迅速下降.对于逆循环除霜:排气压力从0s 的1810.05kPa 先降低到5s 的989.28kPa ,然后持续降低到18s 的856.68kPa ;吸气压力从0s 的280.97kPa 升高到5s 的682.58kPa 左右,再迅速降低到18s 的508.02kPa .对于热气旁通除霜:由于压缩机的排气腔与除霜前压力较低的风冷换热器连通,排气压力从0s 的1803.18kPa 先降低到11s 的1300.26kPa ,然后迅速升高到21s 的1438.65kPa ;吸气压力从0s 的321.71kPa 持续升高到21s 的427.45kPa .显然,在启动阶段,热气旁通除霜的排气压力波动幅度为502.92kPa ,吸气压力的波动幅度为105.74145 第5期黄东,等:风冷热泵冷热水机组热气旁通除霜与逆循环除霜性能对比kPa,分别都小于逆循环除霜的953.37kPa和401.61kPa,对设备的机械冲击也相应较小.当启动阶段结束时,热气旁通除霜的排气压力比逆循环除霜高581.97kPa,而吸气压力比逆循环除霜低80.57kPa.2种除霜模式的进、出水温度变得基本相同,如图4所示.2.2融霜阶段热气旁通除霜的融霜阶段从21～211s,而逆循环除霜从18～48s.如图2所示,2种除霜方式的吸、排气压力都不断上升:热气旁通除霜的排气压力从21s的1438.65kPa增大到211s的1578.12 kPa,吸气压力从21s的427.45kPa增大到211s 的459.50kPa;逆循环除霜的排气压力从18s的856.68kPa增大到48s的1062.22kPa,吸气压力从18s的508.02kPa增大到48s的566.61kPa.在融霜阶段,2种除霜方式的过热度变化和热力膨胀阀开度完全不同.由于热力膨胀阀的压力引管和温包位于四通换向阀与气液分离器之间,因此图5中的蒸发温度是此处的压力传感器对应的饱和温度,过热度是热电偶测得的温度与饱和温度之差.图5显示:逆循环除霜的热力膨胀阀过热度一直都比较大;热气旁通除霜的过热度一直在0℃左右.当逆循环除霜时,融霜后的制冷剂液体节流后进入板式换热器(蒸发器),此时板式换热器的进水温度不仅较高(大于35℃),而且由于水泵的运转使水侧的换热系数也较大,相应制冷剂的出口温度和过热度较高,因此热力膨胀阀一直处于最大开度.对于热气旁通除霜,融霜后的制冷剂液体进入气液分离器,在压缩机的抽吸作用下闪发成饱和气体,过热度一直在0℃左右,因此热力膨胀阀一直处于关闭状态.2种除霜方式的进、出水温度的区别也非常显著.对于热气旁通除霜,压缩机的排气被直接旁通至风冷换热器,未经过板式换热器,进出水温度也基本相同(出水温度变得与进水温度基本相同),但板式换热器仍处于高压侧,因此进、出水的温度也比较高,与除霜前基本相同,对舒适性影响不大.对于逆循环除霜,除霜时板式换热器作为蒸发器,制冷剂在其中吸收循环水的热量蒸发,出水温度大幅度降低,并会从房间吸热,影响房间的舒适性.热气旁通除霜的融霜阶段持续了190s,逆循环除霜持续了30s.造成融霜时间差别比较大的根本原因在于除霜能量的来源.逆循环除霜能量的来源有2个:一个是压缩机的输入功率;另一个是从板式换热器(蒸发器)的循环水中吸收的热量.循环水的温度会降低并从房间内吸热,不仅导致房间温度大幅度降低,而且恢复制热后需要补偿除霜吸收的热量,房间温度要经过较长的时间才能恢复到除霜前的状态.因此,在整个逆循环除霜过程中,房间的温度先剧烈下降,然后再慢慢上升,波动幅度比较大,舒适性比较差.对于热气旁通除霜,除霜能量主要来自压缩机的输入功率,未从循环水和房间内吸热,同时恢复制热后房间温度很快恢复,整个过程中房间温度波动小,舒适性较好.制冷剂流过分液器和分液毛细管的能量损失,也是热气旁通除霜方式融霜阶段时间较长的另一个重要原因.由图3可知,对于2种除霜方式,风冷换热器制冷剂的进口温度基本相同,但热气旁通除霜时制冷剂还必须流过分液器和分液毛细管,分液器和分液毛细管会产生较大压降和吸收部分热量,造成制冷剂温度降低,产生能量损失,如图7所示,在21s时分液器进出口的温降甚至达到45℃(此时进入风冷换热器的制冷剂温度仅为30℃),用于除霜热量的品质显著降低了.在热气旁通除霜的融霜阶段,吸气过热度一直维持在0℃,导致排气过热度不断降低.融霜后的制冷剂液体进入气液分离器,部分液体在压缩机的抽吸作用下闪发成饱和气体,如图5所示,由于压缩机的吸气过热度一直在0℃左右,造成压缩机的排气温度和排气过热度不断降低,这个现象暗示如果霜层太厚,融霜时间较长时,过低的排气过热度和排气温度会危及压缩机的安全运行,这需要以后进一步研究.2.3排水阶段热气旁通除霜的排水阶段从211～272s,而逆循环除霜的排水阶段从48～94s.在此阶段,霜基本被融化完,如果系统立刻恢复制热状态,风冷换热器上残留的水会结成冰,因此必须留出一定的时间排水.在排水阶段,2种除霜方式的吸、排气压力变化存在较大区别.从图2可知:热气旁通除霜的吸、排气压力变化非常平稳,排气压力从211s的1578.12kPa缓慢降低到272s的1536.92kPa,吸气压力从211s的459.50kPa降低到454.16kPa;当逆循环除霜时,排气压力从48s的1062.22kPa 快速增到94s的1531.12kPa,吸气压力从48s的566.61kPa增大到94s的703.94kPa.逆循环除霜的排气压力升高,使流过热力膨胀245西安交通大学学报第40卷阀的制冷剂流量增大,而制冷剂流量的增大,一方面使板式换热器进、出水温差加大(如图4所示),另一方面使板式换热器出口的制冷剂温度也降低了,导致压缩机的吸气过热度也随着降低.2.4恢复阶段当风冷换热器的出口温度超过10℃时,终止除霜循环,机组恢复制热循环.对于逆循环除霜方式,四通换向阀换向,把系统从除霜状态切换到制热状态,同时启动风机.对热气旁通除霜模式,关闭热气旁通电磁阀,同时启动风机.从图5可知:在恢复阶段,逆循环除霜的过热度在124～181s内一直处于0℃,时间较长,因为在除霜阶段,风冷换热器作为冷凝器,其中存有大量的制冷剂液体,当恢复制热循环后,风冷换热器与压缩机吸气口连通,制冷剂液体进入气液分离器,在压缩机的抽吸作用下,液体不断闪发成气体,使吸气过热度处于0℃左右.对于热气旁通除霜而言,不管在除霜阶段还是恢复阶段,压缩机的吸气口都与风冷换热器连通,所以不存在大量液体进入气液分离器的现象,所以过热度为0℃的时间较短.3结论(1)逆循环除霜的能量来源包括压缩机的输入功率以及从循环水和房间的吸热量,除霜时间较短,但会导致房间温度剧烈下降,恢复制热后又需要补偿除霜吸收的热量,使房间温度恢复到除霜前的状态,房间温度波动剧烈,幅度也比较大,舒适性较差.(2)热气旁通除霜的能量只来自压缩机的输入功率,但制冷剂流过分液器和分液毛细管时存在较大的能量损失,因此除霜时间比逆循环长178s,而且房间温度在除霜前后波动非常小,舒适性较好.(3)在热气旁通除霜方式的融霜阶段,压缩机的吸气过热度一直在0℃左右,导致排气温度和排气过热度不断降低,为防止排气过热度太小危及压缩机的安全,客观上需要限制霜层的厚度.(4)与逆循环除霜相比,热气旁通除霜具有很多优点:除霜过程中房间波动非常小,舒适性较好;除霜过程和切换时,压力变化平稳,造成的机械冲击比较小;室内换热器的表面温度未降低,恢复制热后马上吹出热风;启动和终止除霜时,不会产生四通阀换向的气流噪声等.热气旁通除霜值得进一步研究.参考文献:[1]’N eal D L,Pterso n K T,Anan d N K.Effect ofshort-tu be ori fic e siz e on the performance of an airsourc e he at pu mp during the re verse-cyc le defrost[J].Int J Refrig,1991,14(7):52?57.[2]Nutter D W,O’Neal D L,Payne W V.Im pact of thesuctio n line ac cu mulator on the frost/defro st perform-ance of an air-s ource he at p um p w ith a scroll co m pres-sor[J].A SHRAE Transa ctio n,1993,99(2):689?698.[3]P ay ne V,O’N eal D L.D efrost cycle performance foran air-sourc e he at pu mp w ith a scroll an d a re ciproca-ting co m pressor[J].Int J Refrig,1995,18(2):107?112.[4]Krak ow K I,Lin S,Y an L.Idealiz ed m o del of re-verse-cycle hot gas defrostin g:theory[J].A SHRAETransacti on,1993,99(2):317?328.[5]Krak ow K I,Lin S,Y an L.Idealiz ed m o del of re-verse-cycle hot gas defro sting:ex peri mental analysisan d validation[J].AS HRAE Transacti on,1993,99(2):329?338.[6]黄东,袁秀玲,张波,等.节流机构对风冷热泵逆循环除霜性能的影响[J].哈尔滨工业大学学报,2004,36(5):697?700.[7]D ing Yuanjun,Ma Gu o yuan,Chai Qin hu,et al.Ex-periment in vestigatio n of reverse cycle defrostin gm eth ods o n air so urce heat pu m p w ith TX V as thethrottle regulator[J].Int J Refrig,2004,27(6):671?678.[8]Huan g D ong,Yuan X iuling,Zhang X in gq un,et al.Effects of fan-starting m eth ods on the re verse-cycledefrost performanc e of an air-to-w ater he at p um p[J].Int J Refrig,2004,27(8):869?875.[9]黄东,袁秀玲,张波,等.风机提前启动对风冷热泵冷热水机组除霜的影响[J].西安交通大学学报,2004,38(8):869?875.[10]Kuw ahara E,Ka wam ura T,Yam az aki M.Shortin gthe defrost ti me on a heat-pu m p air-co nditi oner[J].ASHRAE Transacti on,1986,92(2A):20?29.[11]石文星,李先庭,邵双全.房间空调器热气旁通除霜法除霜分析及实验研究[J].制冷学报,2000(2):29?35.[12]C ho H Y,K im Y C,Jan g I Y.Performanc e of ashow case re frigeratio n system with m ulti-evap oratord uring o n-off an d hot-gas by pass defrost[J].Energ y,2005,102(1):1915?1930.[13]Krakow K I,L in S.Hot-gas by pass defrostin g of e-vaporator utilizin g a vap orizer[J].ASHRAE Transac-tion,1996,102(1):385?394.(编辑王焕雪)345第5期黄东,等:风冷热泵冷热水机组热气旁通除霜与逆循环除霜性能对比。

关于风冷热泵除霜问题的研究

文章编号:ISSN1005 9180(2003)01 0013 04关于风冷热泵除霜问题的研究任乐,陈旭峻,袁秀玲(西安交通大学能动学院,陕西西安710049)[摘要]本文通过对风冷热泵冷热水机组冬季制热运行时换热器结霜与除霜问题的研究,提出了一种能量分析法。

具体针对一种常见的除霜方法!逆循环除霜,提出了相应的减少除霜损失的方法。

[关键词]能量分析法,热泵,除霜[中图分类号]TQ051 5;TB65 [文献标识码]AResearch on Air C ooled Heat Pump DefrostingRE N Le,CHEN Xu-jun,YUAN Xiu-ling(College of Energy&Power Engineering,Xi∀an JiaoTon g Universi ty,Xi∀an710049)Abstract:In this paper,a view about energy analysis is stated according to the research of frosting and defrosting on heat ex changer of air cooled heat pump And a method called contra-cycle defros ting is analyzed At the same ti me,corre sponding ways to decrease defrosting loss are found outKeywords:Energy analysis,Heat pump,Defrosting1 引言风冷热泵冷热水机组作为中央空调系统的冷热源,自20世纪90年代初进入我国。

由于其安装方便、运行操作简单,节能及易于模块化集成等特点,十几年来得到了长足的进展。

随着制冷技术的不断进步,其使用范围不断拓宽,已经从原来的华南及长江流域迅速扩展到黄河流域及广阔的大西北地区。

风冷热泵冷热水机组除霜过程仿真

第31卷第1期2001年1月东南大学学报(自然科学版)JO UR NAL OF SOUTHEA ST UNIVER SITY (Natural Science Edition) Vol 131No 11Jan.2001风冷热泵冷热水机组除霜过程仿真黄虎李志浩虞维平(东南大学动力工程系,南京210096)摘要:在对风冷热泵冷热水机组除霜过程内部状态变化进行定性分析的基础上,建立了机组除霜过程动态仿真的数学模型,采用质量引导法对数学模型进行求解,仿真计算结果与实验值的对比表明:风冷热泵冷热水机组除霜过程的动态仿真反映了机组除霜过程的变化趋势,为利用建立数学模型进行理论分析并与实验相结合的方法深入研究机组的除霜过程,掌握机组除霜过程中各主要部件的性能变化,改进机组除霜性能,提高机组在冬季的工作特性与可靠性打下了基础.关键词:风冷热泵冷热水机组;动态仿真;除霜中图分类号:TB65 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2001)01-0052-05收稿日期:2000-06-23. 作者简介:黄虎,男,1962年生,博士后.风冷热泵冷热水机组作为中央空调系统的冷热源,在长江流域得到了广泛的应用[1],但机组在结霜工况下制热运行时,由于风侧换热器表面结霜,使得机组制热能力下降,必须进行除霜,以维持正常工作.但除霜过程也给机组运行带来了负面影响,如:除霜时中断制热,使供水温度产生较大波动,除霜过程中,系统内部压力波动大,给压缩机造成压力冲击等.1 风冷热泵冷热水机组除霜过程的定性分析由于风冷热泵冷热水机组的除霜过程是比启动过程更为复杂的动态变化过程,为建立描述除霜过程的数学模型,首先要对除霜过程进行定性分析.111 除霜过程系统内部状态变化分析目前,风冷热泵冷热水机组大多采用反循环除霜,除霜时四通阀动作,风机停止工作,风侧换热器与水侧换热器功能对调.高温、高压制冷剂向风侧换热器的翅片管输送能量.图1为机组制热与除霜循环流程图.(a)制热循环 (b)除霜循环图1 风冷热泵冷热水机组制热与除霜循环流程图对于从A y F 的/高压侧0,制热运行时,A y B 的排气管线内,制冷剂为高压状态,风侧换热器作为蒸发器,其中的制冷剂为低压状态,储液器中的制冷剂为高压状态.当四通阀动作后,风侧换热器切入高压系统,由于其压力低,不能打开通向储液器的单向阀D 2,故H 和G 到E 的管路被切断,储液器进口质量流量为0,当风侧换热器压力高于储液器后,单向阀才能打开,制冷剂才能流入储液器.另一方面,内容积较小的排气管路A y B 段与内容积较大的风侧换热器接通,A y B 段内压力迅速下降,当与风侧换热器内的压力平衡后,在压缩机的驱动下,/高压侧0的压力逐步回升,因此,四通阀动作后,从A y E 的/高压侧0经历了3个阶段:¹A y B 段内制冷剂压力与风侧换热器G 内制冷剂压力的平衡过程;ºA y G 内制冷剂的压力回升阶段;»单向阀D 2打开后,/高压侧0制冷剂的正常流动阶段.对于/低压侧0,处于高压侧的水侧换热器在四通阀动作后,突然切入/低压侧0,与H y I 的低压管路连通,H y I 段的压力受水侧换热器的影响,压力有一个冲高过程,水侧换热器的压力有一个下降过程,压力变化的幅度与水侧换热器及吸气管路的容积有关,当两者压力均衡后,/低压侧0才逐步进入正常工作状态,因此,对于/低压侧0而言,在四通阀动作后,经历2个阶段:¹水侧换热器C 与吸气管路H y I 内制冷剂的压力平衡阶段;º当两者压力平衡后的正常工作阶段.112 除霜过程中翅片管外表面融霜过程分析除霜过程中,随着除霜能量逐步输向风侧换热器,翅片管壁温度逐步升高,当管壁温度大于0e 时,管外的霜层开始融化,从整个换热器看,融霜从制冷剂入口向出口发展,直到整个翅片管上的霜融尽.就一个微元控制体而言,影响融霜的因素较复杂,如:环境温度的作用,周围融霜状态的影响等.为了建立融霜过程的数学模型,必须根据融霜的物理特性,将融霜过程理想化.翅片管外的融霜过程可分为4个阶段:¹预热期,这期间,霜层温度从除霜开始时的温度上升到0e ;º融霜期,随着翅片管温度的上升,霜层开始融化;»表面水的汽化期,当霜层融化时,一部分水已离开翅片管,一部分水仍粘附在翅片管上受热汽化;¼干加热期,当粘附在翅片管上的水汽化后,翅片管表面的换热状态为与大气的自然对流传热.2 除霜过程制冷剂侧质量与能量守恒方程风冷热泵冷热水机组除霜过程数学模型包括压缩机模型、热力膨胀阀模型、高压区模型以及低压区模型,压缩机与热力膨胀阀模型的描述见文献[2],高压区及低压区模型由质量与能量方程构成.211 高压区第1阶段质量与能量守恒方程风冷热泵冷热水机组除霜时,处于高压区的部件有:¹排气管路部分,º风侧换热器(冷凝器),»储液器.除霜过程第1阶段各部件的变化是由于四通阀动作后,各部件压力不平衡引起的,是同一区域的压力从不平衡到平衡的变化过程,在这一过程中,相关的各部件与外界的传热对制冷剂状态的影响较小,而制冷剂侧的制冷剂质量迁移对各部件中制冷剂状态的影响起决定作用,因此,建立各部件模型时,主要图2 高压侧各部件参数传递关系图考虑此阶段制冷剂迁移的影响,并采用集中参数的方法建立部件模型.由于高压管路与风侧换热器间的质量流量需通过2个部件模型联立迭代求解,故在建立模型时,将高压管路和风侧换热器2个部分统一考虑.图2为高压侧各部件参数传递关系图.21111 高压管路与风侧换热器质量与能量守恒方程高压管路质量守恒方程d m G P d t =Ûm G.i -Ûm G.o(1)高压管路能量守恒方程d(m G h G )P d t =Ûm G .i h G.i -Ûm G.o h G.o +ÛQ G(2)风侧换热器质量守恒方程d m c.i P d t =Ûm c.i(3)风侧换热器能量守恒方程d(h c m c )P d t =h c.i Ûm c.i +ÛQ c (4)21112 储液器质量与能量守恒方程由于第1阶段(包括第2阶段)风侧换热器与储液器之间的单向阀未打开,故储液器制冷剂进口质量流量为0,出口质量流量Ûm r.o 由热力膨胀阀计算提供,储液器质量与能量守恒方程为储液器质量守恒方程d m r P d t =Ûm r.o(5)储液器能量守恒方程53第1期黄虎等:风冷热泵冷热水机组除霜过程仿真d(h r m r )P d t =h r.o Ûm r.o +ÛQ r(6)212 高压区第2阶段质量与能量守恒方程该阶段,高压管路与风侧换热器的压力同步变化,由于高压管路相对较短,故在模型中,仅考虑风侧换热器与储液器的模型,储液器模型与第1阶段相同,风侧换热器质量与能量守恒方程为质量守恒方程d m c P d t =Ûm c.o(7)能量守恒方程d(h c m c )P d t =h c.o Ûm c.o +ÛQ c (8)213 高压区第3阶段质量与能量守恒方程这个阶段风侧换热器与储液器之间的单向阀打开,整个系统中制冷剂的流动呈连续流动状态,而制热工况下,水侧换热器与储液器的耦合关系类似,风侧换热器和储液器内制冷剂的质量流量需通过联立迭代计算得出,储液器质量与能量守恒方程基本不变,对于风侧换热器,承接制热工况下制冷剂按流动方向划分的微元控制体,采用分布参数的方法计算.由于除霜时,风机停止工作,因此,空气侧不存在空气强制流过翅片管的问题.对于风侧换热器的每个微元控制体有质量守恒方程d m P d t =Ûm i -Ûm o(9)能量守恒方程d(hm )P d t =h i Ûm i +h o Ûm o +ÛQ (10)计算管内传热ÛQ 时,根据制冷剂的不同状态,采用不同的换热系数对于单相区(过热、过冷):A =01023K l Pd i Re 0.8p r 0.3(11)对于二相区(冷凝),由文献[3]提供的方法计算冷凝换热系数A =K l P d i U (C pl L l P K l )1P s (12)式中U = 5.03Re 1P sRe < 5.5@1040.0265Re 0.8Re > 5.5@104(13) Re =d i g l +g g (p l @p g )1P 2L l (14)其中,g g 为气相质量流速;g l 为液相质量流速.214 管壁热平衡方程除霜过程中,管壁温度的变化由下式表示:C w d T w P d t =ÛQ w(15)式中,ÛQ w 为管内制冷剂侧传热量与空气侧传热量之差.图3 低压侧各部件参数的传递关系215 低压区质量与能量守恒方程低压区第1阶段是水侧换热器与低压管路的压力平衡,图3为低压侧各部件参数的传递关系.由于水侧换热器与低压管路间的制冷剂质量需通过2个部件模型联立迭代得到.对于水侧换热器和低压管路均依据质量守恒、能量守恒,采用集中参数方法建立数学模型,除霜阶段水侧换热器作为蒸发器使用,计算中需采用与制热阶段不同的换热系数.低压管路模型与高压管路类似.低压区进入第2阶段后,由于水侧换热器和低压管路2个部件的压力一致变化,为简化计算,故仅考虑水侧换热器.3 风冷热泵冷热水机组除霜时空气侧融霜过程的仿真模型由于翅片管外融霜过程的复杂性,要对融霜过程进行数学描述,首先应对融霜过程理想化,因此,作以54东南大学学报(自然科学版)第31卷下假设:¹融霜过程由内向外逐层发展;º各微元控制体的融霜过程不受其它部分融霜和凝水的干扰;»融霜过程按理想状态分为预热、融霜、表面水汽化及干加热过程4个发展进程;¼霜层质量的变化仅与融霜量有关,不受其它因素的影响;½融霜过程中,霜层与管壁间的水量达到一定量后不变.在除霜时,霜层从2个方面接受热量,一是通过翅片管壁接受制冷剂侧的热量,这是融霜热量的主要方面;另一面是与大气的热交换,当大气温度高于0e 时,大气向霜层传热,当大气温度低于0e 时,霜层向大气传热.制冷剂通过翅片管放出的热量用于:¹将霜层从除霜开始时的温度加热到0e ;º融霜;»汽化翅片管外的表面水;¼由翅片管表面向大气放热.对于不同的阶段,热平衡关系式有所不同.311 预热阶段热平衡关系ÛQ f =ÛQ s -ÛQ w +ÛQ a(16)式中,ÛQ f 为霜层的吸热量;ÛQ s 为管内制冷剂放热量;ÛQ w 为通过管壁的传热量;算式与式(15)类似;ÛQ a 为霜层与大气的换热量.ÛQ f =C f d T f P d t(17) ÛQ s =A s A i (T r -T w )(18) ÛQ a =A A f (T a -T f )(19)式中,C f 为霜层热容;T f 为霜层温度;A s 为管内制冷剂换热系数;A i 为管内表面积;T s 为制冷剂温度;A 为霜层外表面与大气的自然对流换热系数;A f 为霜层外表面积;T a 为大气干球温度.312 融霜阶段热平衡关系ÛQ d =ÛQ s -ÛQ w(20) ÛQ d =K P D A e (T w -T f )(21)式中,ÛQ d 为通过霜层与管壁间的水层导向霜层的热量;K 为水的导热系数;D 为水层厚度.取文献[4]给出的实验值,A e 为翅片管有效表面积,因该阶段霜层处于融化阶段,故取T f =273115K.313 表面水汽化阶段热平衡关系ÛQ g =ÛQ s -ÛQ w -ÛQ a(22) ÛQ g =R v r w(23)式中,ÛQ g 为汽化水的吸热量;R v 为表面水的汽化速度,其值正比于管壁温度下饱和水蒸气密度与大气环境条件下的水蒸汽密度之差;r w 为水的汽化潜热.314 翅片管干表面加热阶段热平衡ÛQ a =ÛQ s -ÛQ w (24)4 风侧换热器及系统仿真数学模型的求解仿真计算的初始参数为结霜过程的终止参数[2],计算部件的质量与能量方程的求解采用质量引导图4 吸、排气压力的变化法[5],即通过计算部件的进出口质量流量及上一时刻计算部件内的总质量M ,可求出当前时刻计算部件内的制冷剂量,在设定一个计算部件内制冷剂流场及初始压力P 的条件下,通过能量方程的求解,得到计算部件内制冷剂的特性参数,进而求出计算部件内的制冷剂质量,通过2个质量的对比,搜索压力P .实验样机系统及测点布置图见文献[6],图4~图6为计算值与实验值的对比.图5中的水侧换热器出水温度t 水,o 由式(25)求得t 水,o =(C p 水Ûm 水t 水,i -ÛQ 水)P C p 水Ûm 水(25)式中,ÛQ 水为水侧换热器换热量;Ûm 水为水流量;C p 水为水的比热;t 水,i 为进水温度.55第1期黄虎等:风冷热泵冷热水机组除霜过程仿真图6中的翅片温度值近似为管壁温度,取翅片温度测点处的计算值.图5 出水温度的变化图6 翅片温度的变化5 结语本文在对风冷热泵机组除霜过程进行定性分析的基础上,建立机了组除霜过程的仿真模型,并采用质量引导法求解.由于风侧换热器融霜过程相当复杂,在建立模型时,进行了较多理想化假设,因此,到目前为止,对除霜过程的仿真,只是仅能从趋势上反映机组除霜过程的变化,还有很多工作需进一步深入,如详细的融霜过程的理论与实验研究,仿真模型求解的算法研究等,上述研究有助于深入了解风冷热泵机组除霜过程动态特性,并在此基础上对机组进行改进,提高机组的除霜性能.符号表m )质量(kg);Ûm )质量流量(kg P s);t )时间(s);h )比焓(kJ P kg );ÛQ )换热量(kW);T )温度(K).下标:G )高压区;i )进口;o )出口;c )冷凝器;r )储液器;w )管壁;f )霜层;s )制冷剂;a )大气;e )蒸发器;T )膨胀阀.参考文献1 黄虎,束鹏程,李志浩.中央空调中热泵的应用和节能.能源技术,1998(4):35~372 黄虎,束鹏程,李志浩.风冷热泵冷热水机组结霜工况下工作过程动态仿真及实验验证.流体机械,2000(3):49~523 蒋能照.空调用热泵技术及应用.北京:机械工业出版社,1997.1264 Krakow K I,Lin S.Yan Dr -ING I.An idealized model of reversed -cycle hot gas defrosting -part 2:experimental analysis.AS HRAE Trans,1992,98(1):462~4745 丁国良.小型制冷装置动态仿真与优化研究:[学位论文].上海:上海交通大学动力系,19936 黄虎,束鹏程,李志浩.风冷热泵冷热水机组结霜工况下运行特性的实验研究.流体机械,1998(12):43~47Dynamic Simulation of Air Cooled Heat Pump P Chillerunder Defrosting ConditionHuang Hu Li Zhihao Yu Weiping(Department of Power Engi neering,Southeas t Universi ty,Nanjing 210096)Abstract : Based on the analysis of the defrosting process of air cooled heat pump P chiller,dyna mic simulation model is established for air cooled heat pump P chiller operating under defrosting condition.The model is solved by using the method of quality guiding.The result of dynamic simulation is c ompared with that of experiment.It is found that the dyna mic simulation is feasible for studying defrosting process of air cooled heat pump P chiller deeply.It is also useful for improving the performance of the unit working in winter.Key words : air cooled heat pump P chiller;dynamic simulation;defrosting 56东南大学学报(自然科学版)第31卷。