第4章 空气源热泵系统设计综述

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第4章 空气源热泵系统设计
4.1.1 空气源热泵机组的特点
空气源热泵机组也称为风冷热泵机组，是 空气/空气热泵和空气/水热泵的总称。
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特点：
一机两用，具有夏季供冷和冬季供热的双重 功能； 不需要冷却水系统，省去了冷却塔、水泵及 其连接管道；
安装方便，机组可放在建筑物顶层或室外平 台上，省去了专用的机房。
4.2
空气源热泵机组变工况特性
4.2.1 热源温度变化对机组供热能力的影响 4.2.2 热源温度变化对机组制冷能力的影响
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4.2.1
热源温度变化对机组供热能力的影响
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特性：
空气源热泵机组的制热量随室内温度的增高而 减少。 这主要是由于室内温度的增高相应提高了 冷凝温度，当冷凝温度提高后的工质液体节流 以后其干度增加，液体量的减少必然导致系统 从环境中吸收的汽化潜热减少，制热量也就相 应减少。
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在结霜工况下热泵系统性能系数在恶性循环 中迅速衰减： 霜层厚度不断增加使得霜层热阻增加，使蒸发器 的换热量大大减少导致蒸发温度下降，蒸发温度 下降使得结霜加剧，结霜加剧又导致霜层热阻进 一步加剧。
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4.3.2 除霜过程及其控制方法
目前，空气源热泵机组都采用热气冲霜， 即通过四通阀切换改变工质的流向进入制冷工 况，让压缩机排出的热蒸气直接进入翅片管换 热器以除去翅片表面的霜层。 从实际效果来看，往往导致室内温度波 动过大，用户有明显的吹冷风感觉。另外，当 机组除霜结束恢复制热时，有可能出现启动困 难甚至发生压缩机电机烧毁的现象。
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4.3.1 结霜过程及其影响因素
霜层的形成是一个非常复杂的热质传递过程， 与所经历的时间、霜层形成时的初始状态和霜层 的各个阶段密切相关。
根据霜层结构不同将霜层形成过程分为霜层 晶体形成过程、霜层生长过程和霜层的充分发展 过程三个不同阶段
换热器结霜过程研究表明，影响换热器上霜 层形成速度的因素主要有换热器结构、结霜位置、 空气流速、壁面温度和空气参数。
空气源热泵机组实例:
第4章 空气源热泵系统设计
空气源热泵机组实例:
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4.1.2 空气源热泵机组的参数及相关标准
空气源热泵机组的额定制热量和额定制冷 量是指机组在标准试验工况下的数据，必须把 额定数据转换成运行工况下的数据，才能供空 气源热泵系统设计时使用。
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为了平衡多路换热盘管的工质流量，空气侧换 热器采用分液器，由多根细铜管连接换热器的 各路换热盘管。 系统除了使用常用的干燥过滤器、电磁阀等辅 助件外，还要使用汽液分离器和油分离器。
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空气源热泵机组实例:
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空气源热泵机组实例:
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空气源热泵的除霜控制方法: 定时除霜法
时间—温度法
模糊智能控制除霜法
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1. 时间—温度法 时间—温度法是用翅片管换热器盘管温度(或 蒸发压力)、除霜时间以及除霜周期，来控制 除霜的开始和结束。
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当室外翅片管换热器表面开始结霜时， 盘管温度就会不断下降，压缩机吸气温度以及 吸气压力也会不断下降。当盘管温度(或吸气 压力)下降到设定值t1时，绑在盘管上的温度 传感器将信号输入时间继电器开始计时，同时 四通换向阀动作，机组进入除霜模式(制冷工 况)。室外风机停止转动，压缩机的高温排气 进入室外翅片管换热器，使盘管表面霜层融化， 盘管温度也随之上升。
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缺点：
由于空气的传热性能差，所以空气侧换热器 的传热系数小，换热器的体积较为庞大，增加 了整机的制造成本。
由于空气的比热容小，为了交换足够多的热 量，空气侧换热器所需的风量较大，风机功率 也就大，造成了一定的噪音污染。
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当空气侧换热器翅片表面温度低于0℃时，空 气中的水蒸气会在翅片表面结霜，换热器的传 热阻力增加使得制热量减小，所以风冷热泵机 组在制热工况下工作时要定期除霜。除霜时热 泵停止供热，影响空调系统的供暖效果。 冬季随着室外气温的降低，机组的供热量逐渐 下降，此时必须依靠辅助热源来补足所需的热 量，这就降低了空调系统的经济性。
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空气源热泵机组的输入功率随室内温度的增高 而增加。 这主要是由于冷凝压力相应提高后压缩机 的压力比增加，压缩机对每千克工质的耗功增 加，导致压缩机的输入功率增加。
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空气源热泵机组的制热量随环境温度的降低而 减少。
这主要是由于环境温度的降低相应降低了 蒸发温度，当蒸发温度降低后的压缩机吸气温 度也会下降，吸气比容增加使得系统的工质流 量下降，制热量也就相应减少。当环境温度降 低到0℃左右时，空气侧换热器表面结霜加快， 此时蒸发温度下降速率增加，机组制热量下降 加剧。
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第4章 空气源热泵系统设计 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 空气源热泵机组技术参数 空气源热泵机组变工况特性 空气源热泵空调机组冬季除霜控制 空气源热泵系统的平衡点 空气源热泵系统设计要点
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4.1 空气源热泵机组技术参数 4.1.1 空气源热泵机组的特点 4.1.2 空气源热泵机组的参数及相关标准
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结构特点:
制热与制冷循环采用独立的节流机构(热力膨 胀阀、电子膨胀阀或毛细管)，因此还需要多 个单向阀辅助转换制冷剂流向。 除小型机组采用单台压缩机外，中大型冷热水 机组均用两台或多台压缩机，每台压缩机可配 有独立的空气侧换热器，但系统只用一台水侧 换热器。
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空气源热泵机组的输入功率随环境温度的降低 而下降。当环境温度降低时系统的蒸发温度降 低，使压缩机的制冷剂流量减小，压缩机的输 入功率也就下降。
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4.3 空气源热泵空调机组冬季除霜控制 4.3.1 结霜过程及其影响因素 4.3.2 除霜过程及其控制方法 4.3.3 空气源热泵除霜的研究方向