复叠式空气源热泵热水器结霜工况下的机组运行参数研究
空气源热泵结霜特性的数值模拟与实验验证
文章编号：CAR198空气源热泵结霜特性的数值模拟与实验验证赵 阳 郭宪民 王成生（天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津300134）摘 要对结霜工况下空气源热泵系统动态性能进行了数值模拟和实验研究，分析比较了不同结霜工况条件下空气源热泵空调器的动态性能、循环参数、蒸发器结霜量及结霜厚度。
实验数据与数值预测结果的比较表明，在结霜循环后期，蒸发器表面霜层厚度快速生长，数值模拟结果与实验结果的变化趋势是一致的。
热泵系统动态性能及循环参数的数值模拟与实验结果在霜层匀速生长段符合度较好，验证了数值模拟的合理性。
而在结霜循环后期，霜层快速生长，热泵机组性能数值模拟结果出现了较大误差，其主要原因是，在霜层生长模型中未考虑霜晶形态变化的影响。
关键词空气源热泵 结霜工况 数值模拟NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL VERIFICATION ON FROSTING CONDITION PERFORMANCE OF AIR SOURCE HEATPUMPZhao Yang Guo Xianmin Wang Chengsheng(Tianjin University of Commerce, Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin 300134) Abstract The dynamic performances of an air source heat pump (ASHP) system under frosting conditions were simulated. A series of experiments were conducted to verify the present simulation model. The dynamic performance and cycle parameters of the ASHP system under frosting conditions, the frost thickness and the frost mass accumulation on the outdoor coils were analyzed and compared. The comparison between the experimental and simulated results indicates that the frost thickness on the surface of evaporator grows rapidly at the end of the frosting cycle. And the simulated frost thickness is agreement with the experimental data. The simulated results and cycle parameters of the dynamic performances are compared favorably with the experimental data at the second frosting stage. The numerical simulation is verified to be reasonable. With the rapid growth of the frost thickness at the end of the frosting cycle, numerical simulation of the ASHP results in a larger error which is because of the change of frosting shape which is not taken into account in the simulation model.Keywords Air source heat pump Frosting condition Numerical simulation自20世纪8O年代至今，房间空调器和单元式空调器的热泵使用率就已近70%并逐年提高；但是，空气源热泵冬季运行时，外界气温降低，空气中湿度相对比较大，当室外换热器表面温度低于周围空气的露点温度且低于0℃时，安装在室外机组的热交换器会产生结霜[1]。
结霜工况下R410A热泵空调器动态性能模拟与实验研究
文章编号：CAR196结霜工况下R410A热泵空调器动态性能模拟与实验研究王亚静 郭宪民 杨宾（天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津300134）摘 要 对采用R410A工质的热泵空调器在结霜工况下的动态性能进行了数值模拟，对一台采用R410A工质的热泵空调器的动态性能进行了实验研究，测量了在不同结霜工况下R410A热泵空调器室外换热器表面结霜量和霜层厚度以及热泵系统的动态性能参数。
实验结果与理论计算结果的比较表明，霜层厚度、结霜量数值模拟结果的变化趋势与实验结果是一致的，在结霜后期霜层厚度的增长速度急剧增大。
对于低湿度工况，实验结果表明存在一段霜层厚度不增加的时段，这是由于霜层表面融化所致，而数学模型中未考虑这些因素的影响，因此模拟结果在霜层融化段误差较大；热泵系统的动态性能实验与模拟结果趋势基本一致，特别是对于高相对湿度工况，性能曲线实验和模拟结果在稳定段和衰减段吻合得更好。
关键词 R410A热泵结霜工况动态特性NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON DYNAMIC PERFORMANCE OF AIR SOURCE HEAT PUMP WITH REFRIGERANT R410A UNDER FROSTING CONDITIONSWang Yajing Guo Xianmin Yang Bin(Tianjin University of Commerce, Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin 300134) Abstract In this paper the numerical simulation and experimental investigation on the dynamic performance of an air source heat pump (ASHP) unit with refrigerant R410A were conducted under frosting conditions. The frost mass accumulation and the frost thickness on the outdoor heat exchanger and the dynamic performance of the ASHP unit were measured. The experimental results are compared with the simulation ones. The experimental and simulated results indicate that the frost thickness increase rapidly at the end of the frost-growth cycle. And the simulated date of the frost thickness and frost mass accumulation are in agreement with the corresponding experimental ones. The experimental results indicate that there is a period that the frost thickness is almost invariable under low humidity, which because of thawing on the frost surface. But it is not taken into account in the simulation model, as a result, the error between the simulated and experimental frost thickness is big in the frost thaw stage. The trend of the simulated dynamic performance of the ASHP unit is consistent with the experimental results, especially under the condition of high humidity the experimental heating capacity and COP are in good agreement with the corresponding simulation ones in the second and third stages.Keywords R410A Heat pump Frosting condition1前言目前，我国热泵空调器市场的产品绝大部分仍作者简介：王亚静(1984－)，女，硕士研究生。
双级复叠式空气源热泵冷热水机组的应用研究
区的推广应用 Ｊ 。文献 ［ ］ 出了空气源热泵 制 热效 率 ¨ 通 过 对 典 型 地 区 采 暖 负 荷 分 析 计 ６给 ， 冷热水机组在北方寒冷地区主要城市运行、 在供 算 ， 出的节能效 果显 著 ， 得 能满 足北 方寒 冷地 区采 暖室外计算温度下为集中空调系统提供 ５ ￣ ０ Ｃ热 暖 的需求 。
薹霎鬈萎墨4奄32一17j0蒸发置廑回囝6两种热泵cop蓖蒸发鼍度的变化蠢发童厦f叼图7两种热泵斜冷捌质量流量随蒸发量度的变化4热泵由单缓转向复叠餐环运行的控封条件从模拟结果已知低温环境下热泵以复叠方式运行更节能为了使热泵的运行处于总最佳节能状态故应分折热泵由单级运行转向复叠运行的最佳控嗣ＲＹ
Ｖｏ ． ６， ．１ ２ ０８ １３ Ｎｏ ０，０
文章编号 ： １０ －－３９ ２０ ）０ ０ １ ５ ０ ５－ ２ （０ ８ １—０ｏ —０ －０
双 级复叠式空气源热泵冷热水机组 的应用研究
傅 明星 张兴群 。
（． １ 陕西理工学 院， 陕西汉中 ７ ３０ ２ 西安交通 大学 ， ２ ００；． 陕西西安 ７０ ４ ） １０９ 摘 要 ： 提 出了一种复叠热泵机组 ， 以解决常规空气源热 泵冷热水机组在寒冷地 区冬季使用压缩比高、 效率低等 问题 。
Ａｐ ｌ ｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｓ ｕ ｃ ｓ ａ ｅ Ｈｅ ｔＰ ｍｐ Ｕｎ ｔ ｐ ｉ ｓ ａ ｃ ｆ Ａｉ －ｏ ｒ ｅ Ｃａ ｃ ｄ ａ ｕ ｅ ｉ
Ｆ ｎ ．ｉ ｇ ， ＨＡＮＧ Ｘｉ ｇ ｑ ｎ Ｕ Ｍｉｇ ｘ ｎ Ｚ ｎ ．ｕ
（ ． ｈａｘ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ａ ｚｏｇ７ ３０ ， ｈｎ ； ｉ ｌＪａｔ ｇＵ ｉ ｒ ｔ， ｉ ｎ７０ ４ Ｃ ｉａ １Ｓ ａｎｉ ｎｖ ｓｙ ｆ ｃｎｌ ｙＨ ｎｈｎ ２ ００ Ｃ ｉａ２Ｘ ｌ ｉ ｏ ｎ ｅｓｙ Ｘ １０ ９，ｈｎ ） ｅ ｉ Ｔ ｏ ａ ｏ ｎ ｖ ｉ ａ
空气源热泵结霜工况性能分析与实验研究的开题报告
空气源热泵结霜工况性能分析与实验研究的开题报告一、选题背景随着能源危机的加剧以及环保意识的提升，空气源热泵作为一种清洁、高效的供暖和制冷设备正在逐渐被人们所接受。
然而，由于环境温度的变化和制冷剂的特性等因素，空气源热泵在运行过程中会出现结霜现象，降低了设备的运行效率和寿命，同时也影响了舒适度和节能效果。
因此，对空气源热泵结霜工况下的性能进行分析和研究，对于提高设备的效率和稳定性具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在通过理论分析和实验验证的方法，探究空气源热泵在不同运行工况下的结霜机理、结霜对性能的影响以及防止结霜的措施，为进一步提高其运行效率和稳定性提供理论和实验基础。
三、研究内容本研究主要包括以下内容：1. 空气源热泵结霜机理分析：通过对空气源热泵运行原理、热传导和传热传质等基础理论的研究，探究空气源热泵在不同工况下的结霜机理。
2. 空气源热泵结霜对性能的影响分析：通过数学模型和计算方法，研究空气源热泵结霜对其运行效率、制冷/供暖能力、能耗等性能指标的影响。
3. 实验研究：设计实验平台，对空气源热泵的运行参数、结霜特性等进行实时监测和测试，获取与数值模拟相对应的实验数据，验证模型和计算方法的正确性。
4. 防止空气源热泵结霜的措施研究：通过对空气源热泵运行参数、制冷剂、换热器等影响结霜的因素进行分析和比较，提出有效的措施和方案，防止空气源热泵结霜。
四、研究意义1. 对于深入研究空气源热泵的结霜机理和性能，不仅有助于提高其运行效率和稳定性，还能为能源节约、环保减排做出贡献。
2. 通过本研究的实验数据验证和模型分析，可以更加准确地预测空气源热泵在不同工况下的结霜情况，为设计和运行提供指导和参考。
3. 本研究的研究成果和工作方法有一定的普适性，在其他热泵设备的结霜研究和应用中也有一定的参考价值。
五、研究方法本研究采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，具体包括：1. 建立数学模型和计算方法，分析结霜机理和对性能的影响。
空气源-水源蓄能复叠式热泵系统运行分析
行效率;吴薇 [ 6] 、 刘 亚 丽 [ 7] 对 空 气 源 - 水 源 符 合 热 泵
系统进行数学仿真模拟及实验研究,对双级耦合热泵
供暖系统建立了 数 学 模 型 进 行 模 拟,模 拟 结 果 表 明,
复合热泵系统能够 在 更 低 的 蒸 发 温 度 下 高 效 稳 定 运
性能,其制 热 量 可 提 高 15% 左 右。 何 端 练 等 [ 5] 在 太
源的技术
[ 1,2]
热泵也存在很多 问 题,在 较 低 的 蒸 发 温 度 下 运 行 时,
12 16
收稿日期:2019-
基金项目:江苏省研究生科研与实践创新计划项目( SJCX_0667) 。
等进行实验研究及系统可行性分析。
1 实验原理及实验装置
1. 1 实验原理
本系统原理如图 1 所示。 基本工作原理为:将系
统分为高低温两级,一级低温空气源热泵从环境空气
中吸收热量,经热泵压缩机做功,制备 15 ~ 25 ℃ 的温
水,温水经 23 ℃ 相变 蓄 能 换 热 器 恒 温 调 节 后 作 为 二
泵停止运行,低 温 热 源 由 相 变 蓄 能 模 块 提 供。 15:00
T g 、T h 分别为供水温度和回水温度。
源热泵启动运行,当回水温度 T 7 > 28 ℃ 时,空气源热
以后将空气源热 泵 出 水 温 度 控 制 在 25 ~ 28 ℃ ,稳 定
工作 3 h 的制 热 量 除 满 足 供 暖 耗 热 量 之 外 都 储 存 在
环 境 工 程
2020 年第 38 卷增刊
659
空气源 - 水源蓄能复叠式热泵系统运行分析
空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究共3篇
空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究共3篇空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究1近年来，空气源热泵作为一种新型能源被广泛运用于房屋供暖、制冷以及热水供应领域。
然而，在使用过程中，热泵室外机会因为低温和湿度而出现结霜的问题，导致热泵的运行性能和效率受到严重影响。
因此，研究空气源热泵的延缓结霜及除霜方法显得相当重要。
一、空气源热泵的结霜原因空气源热泵的冷凝器室外风扇会吸入外界的空气，将冷媒的热量通过换热器散发到外界，同时将空气中的水蒸气也带入冷凝器中。
当冷凝器表面温度小于空气中的露点温度时，水蒸气就会在冷凝器表面凝结成霜或冰。
长时间的结霜会导致热泵的效率降低，甚至会损坏设备。
二、空气源热泵结霜的解决方法1.升高室外空气温度：增加热泵的室外机的温度可以大大减少结霜的产生。
可以通过将室外机安装在遮挡物下、加装遮阳板等方式升高温度。
2.排水系统的修复：检查排水系统中是否存在堵塞或者破损的情况，及时修复。
3.采用多联机空气源热泵：采用多联机方式，增加冷凝器的数量，使每个冷凝器的负荷降低，结霜减少。
4.加装电辅助热棒：在空气源热泵负荷较轻的情况下，可以通过加热热泵表面进行除霜。
缺点是需要增加电费，且会导致系统效率下降。
三、空气源热泵的除霜方式1.制热模式下周期性除霜：当热泵处于制热模式下，当冷凝器表面出现结霜时，通过周期性反向运行热泵来使热泵室外机除霜，此时热泵室内风机停止运行。
2.制热模式下强制除霜：当热泵处于制热模式下，当冷凝器表面结霜厚度达到一定程度，系统将自动启动强制除霜功能，此时热泵室内风机停止运行，室外机的电加热器开启使冷凝器表面融化。
3.制冷模式下周期性除霜：当热泵处于制冷模式下，当冷凝器表面结霜良率超过一定程度时，在室内温度不低于设定温度的情况下，系统周期性反向运行热泵来使热泵室外机除霜。
4.制冷模式下强制除霜：当热泵处于制冷模式下，当冷凝器表面结霜良率达到一定程度时，系统将自动实行强制除霜功能。
综上所述，为了提高空气源热泵的效率和使用寿命，延缓结霜和除霜是非常重要的。
空气源热泵系统结霜及除霜实验研究
2020.12科学技术创新空气源热泵系统结霜及除霜实验研究李刚田小亮（青岛大学机电工程学院，山东青岛266071）近年来，空气源热泵因其节能环保、能源利用率高，具备制冷制热双重功能等优势在暖通空调领域得以广泛应用。
然而空气源热泵极易出现蒸发器结霜现象，空气源热泵的结霜过程极其复杂，涉及到进风温湿度、空气流量、换热器翅片类型及间距、翅片表面特性以及霜层结构等众多影响因素[1]。
更重要的是，结霜会导致换热器传热热阻增大、空气流量减少、换热能力降低等问题，因此换热器表面结霜到一定程度时需要转换为除霜模式[2]。
目前空气源热泵常用的除霜方式有电热法、逆循环法等，然而在实际工程运用中，采用这类除霜方式时往往存在化霜水清除不彻底的情况，当机组重启制热模式时，换热器表面的滞留水会使得结霜状况更加严重，甚至会对换热器造成破坏。
这不仅大大降低了空气源热泵系统工作效率及用户的热舒适度，也造成了巨大的能量损失[3]。
本文从空气源热泵系统在暖通空调领域的实际工程运用出发，搭建了空气源热泵系统结霜化霜可视化实验平台。
实验研究了空气源热泵系统在低温环境运行时霜层的形成、发展过程及其随换热器性能的影响。
并采用对低温空气除霜方法，对化霜过程及化霜效果进行了验证和探究。
同时分析了不同化霜时间下，换热器恢复制热模式时翅片表面残留的滞留水对系统性能以及换热器再结霜过程的影响。
最大限度缩短了系统化霜时间、减少了翅片表面滞留水量，降低了结霜、化霜过程对系统性能的影响，保证机组能够连续、高效、稳定地运行，降低了能耗。
1实验简介空气源热泵空调结霜化霜实验平台如图1所示，系统由过滤网、电加热器、并联复合式变频压缩制冷机组、挡水板、引风机、集水装置、保温材料等构成。
空气在引风机作用下依次经过滤网、电加热器、并联复合式1#-4#变频压缩制冷机组和挡水板。
图1实验平台系统图表1为1#-4#换热器的主要参数。
通过控制1#-4#制冷机组和电加热器的工作台数或频率实验平台能够调节空气露点温度，可以将其降至-20℃甚至更低来实现模拟不同温度湿度环境下的结霜化霜工况。
空气源热泵机组结霜分析及过冬维护须知
空气源热泵机组结霜分析及过冬维护须知热泵结霜结冰现象普遍存在，造成客户生产生活热水短缺。
但经过一个一个严冬的考验，仍有部分优秀品牌，由于注重优化产品自身的性能，其产品在恶劣条件下仍然保持了较好的运行态势，这就证明热泵产品过冬是有招可寻的。
首先，让我们来看看结霜结冰会给热泵性能带来哪些不利影响呢？综合分析，大致有以下5种情况：1.堵塞翅片间通道，增加空气流动阻力；2.增加换热器热阻，换热能力下降；3.频繁化霜，化霜不尽，化霜过程是一个逆循环过程，不仅不能制热水，同时还需要消耗原有的热水的能耗，排出的冻水返冲到保温水箱中，造成水温进一步下降；4.蒸发温度下降，能效比降低，热泵运行性能恶化，直到不能正常工作。
5.由于机组不能正常工作给客户直接造成经济损失，直至产生对热泵产品的后怕情绪，影响其消费选择。
考察热泵结霜，不外有正常和非正常两种状态。
第一，正常结霜，当冬季室外温度低于0℃时，制热运行时间长，室外机组整个换热器表面均匀结霜，这是正常的现象。
原因是：换热器温度低于环境空气的露点温度时，整个换热器上散热片表面会产生凝露水，当环境空气温度低于0℃，凝露水就会凝结成薄霜。
当然结霜严重时会影响机器制热效果。
一般热泵产品都有自动化霜功能，确保机组正常运行。
第二，非正常结霜，这是导致热泵运行故障的主要原因，大致来说，其中又包括三种现象：1.室外环境温度大于0℃，开机不久，整个换热器上散热片表面凝露水就会凝结成薄霜，很快霜越结越厚。
室内机制热效果差，且呈现化霜频繁现象。
该故障一般是室外换热器上散热片表面脏堵、室外风机系统故障或室外换热器进、出风口有阻挡物造成。
解决方法：室外换热器清洗、检查风机系统或排除进、出风口的阻挡物。
2.室外环境温度大于0℃，开机不久，室外侧换热器底部(毛细管出口处换热器进口处开始)结霜很厚，换热器大部分未有凝露水，随时间推延结霜，由下至上结霜在延伸；室内风机始终处于防冷风低速运行；空调器频繁化霜。
空气源热泵冷热水机组空气侧换热器结霜工况的动态模拟
空气源热泵冷热水机组空气侧换热器结霜工况的动态模拟摘要采用空气源热泵冷热水机组的动态数学模型对空气侧换热器的结霜工况进行了模拟。
模拟中同时考虑了结霜的密度和厚度随时间的变化，首次提出了结霜密度随时间的变化关系式。
计算了不同工况下的结霜速度、霜的密度、霜的厚度随时间的变化。
将模拟结果与实验数据进行了比较，进一步验证了所建模型的正确性。
关键词空气源热泵冷热水机组结霜动态模拟1 前言空气源热泵冷热水机组作业中央空调的冷热源有很多优势，如冬夏共用，设备利用率高；省去了锅炉房和一套冷却水系统；机组可安装在室外，节省了机房的建筑面积；不污染环境等。
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。
但机组在冬季运行时，当空气侧换热器表面温度低于周围空气的露点温度且低于0℃时，换热器表面就会结霜。
结霜后换热器的传热效果急剧恶化，严重时机组会停止运行。
因此换热器结霜是影响机组应用和发展的主要问题，研究机组在结霜工况下的工作性能具有十分重要的意义。
2．结霜模型的建立霜的积累速率是由进出室外换热器空气湿度的变化决定的：（1）式中： ----空气的质量流量，kg/s；d i，d0----分别为空气进、出换热器的含湿量，kg/kg。
由于霜的多孔性和分子扩散作用，在表面温度低于0℃的换热器上沉降为霜的水分一部分用以提高霜层的厚度，一部分用以增加霜的密度[1]，即（2）式中用于霜密度变化的结霜量变化率由下式确定[2]：（3）式中： ----换热器的全热交换量，W；i SV----水蒸气的升华潜热，J/kg；λfr----霜的导热系数，W/（m・K）；R----水蒸气的气体常数，461.9/（kg・K）；T S----霜表面的温度，K；p V----水蒸气的分压力，Pa；v V，v i----分别为水蒸气、冰的比容，kg/m3。
ρfr，ρi----分别为霜、冰的密度，m3/kg；D S----霜表面水蒸气的扩散系数，m2/s。
空气源热泵冷热水机组结霜研究
作者： 程卫红[1] 姚杨[2]
作者机构： [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
出版物刊名： 科技资讯
页码： 117-117页
主题词： 空气源热泵冷热水机组 结霜 换热器
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。
结霜工况下空气源热泵动态特性数值模拟
ｍ ——质量 流量 ，ｇ・ ｋ Ｓ Ⅳｒ ——管排数
Ｐ——普 朗特数 ｒ
— —
ｎ —— 空气
ｄ — 制 冷 剂 两 相 区 转 换 点 — ｎ — 翅 片 —
空泡率
ｐ — 压 力 ，ａ — Ｐ
收 稿 日期 ： ２ １ ０ ０—０ ２ ３— ６
８ ０
ＦＬ Ｄ ＵＩ ＭＡＣＨＩ ＮＥＲＹ
关 键 词 ： 空 气 源 热 泵 ； 态 特 性 ； 霜 工 况 动 结 中图 分 类 号 ： Ｔ ３ Ｈ 文 献标 识码 ： Ａ ｄｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．０ ５—０ ２ ．０ ０ ０ ． １ ｓ ３ ９ ２ １ ．８ ０ ８
Ｎｕｍｅ ｉ ａ ｔ ｒｃ ｌＳ ｕｄｙ ｏ ｎａ ｃ Ｐｅ ｏｒ ａ ｃ ｆＡｉ ｕ ｃ ａｔＰｕ ｐ ｎｄｅ ｏ ｔｎ ｎ Ｄｙ ｍｉ ｒ ｍ ｎ ｅ ｏ ｒ Ｓｏ ｒ ｅ Ｈｅ ｍ ｆ ｕ ｒ Ｆｒ ｓ ｉ ｇ Ｃｏｎ ｔｏ ｄｉｉ ｎｓ
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空气源热泵延缓结霜及除霜研究现状与展望
空气源热泵延缓结霜和除霜问题研究摘要：针对空气源热泵延缓结霜及除霜问题，对霜层的形成、延缓结霜技术、除霜技术三个方面的研究现状进行了评述。
总结了现存延缓结霜及除霜方法，指出了其中的不足之处。
可为空气源热泵延缓结霜以及除霜问题提供参考。
关键词：空气源热泵结霜除霜1 引言热泵是一种节能环保的供暖供冷设备，热泵可以分为空气源、水源、土壤源以及太阳能热泵等。
空气源热泵是以空气作为低温热源，从大气中获取热量，比较方便，换热设备和安装较简单。
因此在我国城市发展中得到了广泛的应用。
但是在使用过程中运行状况始终不理想，特别是在低温高湿地区制热运行时。
造成这一现象的主要原因是空气源热泵室外换热器表面的结霜导致机组运行效果差。
一方面，表面形成的霜层增加了空气流动的阻力，导致空气流量的减小，另一方面霜层的存在增大了室外换热器的导热热阻，降低了机组的性能系数。
空气源热泵的结霜问题成为了制约其发展的瓶颈。
因此，如何有效的延缓空气源热泵结霜以及高效除霜成为了空气源热泵发展的重要问题。
2 结霜问题研究霜层可以看成是由冰晶和空气组成的多孔介质，其生长过程分为三个时期，即结晶体生长期、霜层生长期和霜层充分生长期[1]。
大量的实验数据表明在结霜初期，由于霜表面极为粗糙，霜层起到了翅片作用，增加了传热效率，一定时间后尽管霜仍然继续沉积，传热效率变得与时间无关。
从现有的研究结果来看，关于结霜问题主要分为两大类：一是结霜机理的理论和实验研究；二是对结霜过程的数值模拟。
Lee[2]研究了进气温度、进气空气湿度、气流速度和冷却表面温度，研究表明：空气相对湿度和冷却表面温度是霜层形成的主要因素，高湿度低冷却表面温度会形成更厚的霜层。
郭宪民等[3]把室外换热器的结霜过程与系统的工作过程作为一个整体考虑，通过实验研究了进风空气温、湿度对室外换热器结霜的影响。
如图1所示为进口温湿度对结霜量的影响，图2为运行35分钟后不同工况结霜量比较。
从图中可以看出存在一个结霜率最大的进风温度范围。
结霜工况下空气源热泵动态特性的数值模拟与实验验证
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结霜工况下空气源热泵动态特性的数值模拟与实验验证郭宪民1,2,王成生2,汪伟华2,陈纯正1(1.西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;2.天津商学院制冷与空调工程系,300134,天津)摘要:对结霜工况下空气源热泵的动态特性进行了数值模拟,并在室外环境空气温度及相对湿度分别为-15～3℃和50%～90%范围内对一台空气源热泵空调器的动态性能进行了实验研究,测量了不同结霜工况条件下热泵空调器的动态性能参数、室外换热器结霜量及壁面温度分布.在此基础上分析了进风温、湿度对空气源热泵空调器性能的影响.实验结果表明:在室外换热器表面结霜的初始阶段,热泵系统的制热量及性能系数均有所提高,但在结霜的后期,热泵性能迅速衰减,与数值预测结果一致;对于相对湿度不同的进口空气,其温度为0～3℃时室外换热器表面结霜速度最快,在此温度范围内结霜对热泵性能影响最大.关键词:空气源热泵;结霜工况;动态特性中图分类号:TB65文献标识码:A文章编号:0253?987X(2006)05?0544?05N u m eri c al S im ulation a n d E xp erim e ntal Ve rifi c a tio n o n Dy n a mi c P erform a n c e of Air S ourc e He at Pump under Fro s ting Condition sG uo X ianmin1,2,Wang Chen gsheng2,W ang W eihua2,Chen Chunzheng1(1.S ch ool o f Energy and Pow er Engineering,Xi′an Jiaotong University,X i′an710049,C hina;2.Department of Refrigeration&A ir C onditioning Engineering,Tianjin University of C ommerce,Tianjin g300134,China)Ab stra ct:R egarding the frost a ccumulati on on the outdo or co ils as a quasi-dynamic proc ess,the d ynamic performances of an air source heat pump(ASHP)syste m under frosting co nditions were simulated.A series of experiments on the d yna mic performance of the ASHP unit under frosting con ditio ns were c onducted to verify the present simulatio n model.The experimental outdoor air temperature ranged from-15℃to7℃,and the relative humidity from50%to90%.The dy-na mic performanc e parameters of the ASHP s yste m under frostin g conditions,the frost mass a c-cumulation on the outdo or coils,and the wall te mperature distributi on along the he at exchange tubes were measured.B ased on the experim ental results,the effe cts of the outdoor air te mpera-ture and the relative humidity on the perform anc e of ASHP unit were analyz ed.The experimental results indicate that the he ating c apacity and coefficient of performanc e of the ASHP unit increase in the initial frosting stage and de crease rapidly in the later frosting stage.These experim ental re-sults are in go od agre em ent with the correspo nding simulation ones.In addition,it is found that the frost formation rate is greatest w hen the outdoor air temperature is about0?3℃at different outd oor air relative humidities.Ke yw ord s:ir source heat pump;frosting co nditi on;d ynamic characteristics收稿日期:2005?09?29. 作者简介:郭宪民(1962～),男,教授.符号表Q热流量,Wd a含湿量,kg/kg m质量流量,kg/s θ温度,℃M质量,kg τ时间,sφ相对湿度P功率,W下标fr霜层a空气r制冷剂c冷凝e蒸发1、2进、出口空气源热泵空调器在冬季某些气象条件下室外换热器表面会产生结霜现象,霜层增加了导热热阻,同时堵塞翅片通道引起风机风量下降,导致热泵性能下降,严重时会导致热泵不能正常工作.因此,研究室外换热器结霜对热泵空调器性能的影响是解决热泵空调器稳定高效工作的关键问题.国内外学者对换热器表面结霜规律及其对换热性能的影响进行了大量的数值模拟及实验研究,但实验或计算大多是在假定结霜过程中制冷剂温度和空气流量不变的条件下进行的,只有文献[1?3]在其模型中考虑了结霜引起的风机流量下降.有关结霜工况下空气源热泵机组整体性能的研究资料非常有限[4?9].对于使用风机驱动的空气源热泵空调器室外换热器来说,这种常风量的假定是不合理的.同时,空气源热泵空调器室外换热器表面结霜会引起热泵系统循环参数(如冷凝压力、蒸发压力)发生变化,这又反过来影响换热器的结霜性能.因此,必须把结霜过程与热泵系统的工作过程作为一个整体来考虑.1动态性能数值模拟热泵系统是由蒸发器、冷凝器、毛细管、压缩机和高压储液器等几个部分组成,为了模拟结霜工况下整个热泵系统的动态性能,分别对系统各个部件建立了数学模型.由于压缩机属于压力调节部件,其时间常数小,因此本文采用参数拟合法建立压缩机的制冷量、质量流量及耗功与蒸发温度和冷凝温度的关系式.毛细管采用均相流模型,并考虑了“闪点延迟”和“壅塞流”现象的影响.冷凝器、蒸发器采用分布参数模型,在两相区中采用分相流模型,将气、液相看作各自分开的流动,每相有其独立的流动特性参数,并分别对每一相流动建立各自的控制方程[8,9].在结霜工况下,考虑了霜层对导热热阻、肋片效率及风机风量的影响.数值计算的思想是将结霜过程分为时间微段,在每个时间微段内认为系统是处于稳态工况,霜层在上个时刻的稳态模拟结果作为下一个时刻的入口参数,这样逐个时段进行稳态模拟.各个时段稳态模拟的数值计算方法则是将压缩机、冷凝器、蒸发器和毛细管通过质量、能量的耦合关系联立起来求解.先假设系统的冷凝压力和蒸发压力,由此计算出压缩机的质量流量以及其出口参数,然后将其作为冷凝器的入口参数进行数值计算,将计算出的冷凝器出口参数作为毛细管的入口参数,再计算毛细管的质量流量并与压缩机的质量流量相比较,对冷凝压力进行修正.满足精度要求后进行蒸发器的数值计算,然后以蒸发器的出口参数计算压缩机的质量流量,修正蒸发压力直到收敛.2实验介绍2.1实验样机参数热泵样机为某公司生产的TS D50C RA型风冷管道机组,其额定制冷量为12.1kW;节流元件为毛细管,内径为2.96m m,管长为700mm.涡旋压缩机的制冷量、耗功率及制冷剂质量流量可分别拟合成Q e=-0.15θ2c-118.57θc+6.2214θ2e+621.43θe-3.44θcθe+17722(1) P=0.92917θ2c-7.0798θc-0.16905θ2e+3.3143θe+0.098571θcθe+2256(2) m r=-7.5e-7θ2c-1.0879e-4θc+3.4286e-5θ2e+2.6255e-3θe+3.5143e-6θcθe+0.082624(3)室外换热器管排数为2,分8路供液,室内换热器管排数为4,分6路供液,图1所示分别为室外换热器和室内换热器中的一路管排布置示意图,换热器结构参数和模拟工况参数如表1所示.2.2实验装置实验在焓差法空调器实验室内进行,实验系统如图2所示.焓差室内外侧环境温、湿度由计算机控制,热泵系统循环参数及室外换热器进出口温度、湿度、风速及换热器壁面温度采用计算机数据采集和处理.2.2.1结霜量测量结霜量是通过测量换热器空545第5期郭宪民,等:结霜工况下空气源热泵动态特性的数值模拟与实验验证表1 热泵空调器的换热器参数换热器管径/m m 肋厚/m m 肋间距/m m 管间距/m m 室内9.520.15 1.9525.4室外9.520.15 1.9525.4换热器单根管长/m m 管排数管列数迎面风速/m ·s -1室内572184 2.10室外9204821.65图1 室内、外换热器结构示意图1:空气处理机组;2:取样装置;3:蒸发器;4:毛细管;5:压缩机;6:稳压室;7:调频风机;8:喷嘴;9:冷凝器;p :压力;T :温度;φ:相对湿度图2 热泵测量系统示意图气的流量及进出口含湿量来间接测量的:在室外换热器进口均匀布置了12个风速传感器和12个温、湿度传感器,用以测量其进口空气的平均速度、干球温度及相对湿度;在出风口布置了4个温、湿度传感器,用以测量室外换热器出口空气的干球温度及相对湿度;由测量到的进口平均速度、进出口平均干球温度及相对湿度,可计算出通过室外换热器的空气流量、密度及进出口含湿量.Δτ时段内室外换热器的结霜量可表示为ΔM fr =m a ,e Δτ(1+d e ,1)(d e ,1-d e ,2)(kg )(4)温度变送器精度为±0.2℃,湿度变送器精度为±2%,速度传感器精度为±0.5%,压力传感器精度为±0.25%.2.2.2 换热器壁温测量 换热器壁温采用敷设在换热器管端弯头上的铜?康铜热电偶进行测量,所有热电偶均在恒温浴槽中经过标定.室外换热器被分液头分成8路,本文只测量了中间的2路.2.3 实验工况说明室外换热器入口空气温度θ的变化范围为-15～3℃,入口空气的相对湿度变化范围为50%～90%,共24个实验工况.实验中发现,在某些条件下室外换热器不发生结霜现象,如表2所示.所有实验工况室内侧环境温度均控制在20℃.表2 室外换热器实验工况条件θ/℃φ/%506580903不结霜A B C 0不结霜D E F -3不结霜G H I -7不结霜J K L -10不结霜M N O -15不结霜不结霜PQ注:A ～Q 为各种结霜工况.对每一个实验工况,首先将焓差室内外侧环境干、湿球温度调节到所需数值并控制在稳定状态,开启被试机组,待工况稳定后每隔5m in 记录一次各实验数据.控制稳态工况的主要指标为:焓差室内外侧环境干、湿球温度波动小于0.2℃;被试机室内换热器出口压力波动小于3Pa .3 实验结果与讨论3.1 动态性能实验验证与讨论将结霜工况B 的数值计算结果与实验结果进行比较,如图3～图6所示.实验结果表明,在换热管外及肋片表面形成霜层的初始阶段,结霜不但对热泵空调器的性能没有产生不良影响,而且提高了其工作性能.从图3可以清楚地看到,在前20min 内制热量Q 随结霜时间的增加而增大,最大增加了约5.67%,之后开始匀速衰减,在运行50m in 后制热量衰减速度开始加快,在结霜循环的最后阶段(约占总结霜时间的20%),制热量衰减速度增加到匀速衰减段衰减速度的2.6645西 安 交 通 大 学 学 报 第40卷图3 制热量随结霜时间的变化图4 蒸发压力、冷凝压力随结霜时间的变化图5 室外换热器进口壁温随结霜时间的变化～８倍,性能系数随时间的变化趋势与制热量变化趋势相同.产生这种现象的原因主要为:在结霜的初期霜层较薄,引起的导热热阻增加不大,其影响属于次要因素,而霜在换热表面的沉积使其形成粗糙面,增加了气流扰动,从而使对流换热系数增大;同时,对流换热系数的增大使翅片效率增大.2种因素共同作用的结果是增强了室外换热器的传热效果,使热泵空调器的制热量、蒸发压力及室外换热器的壁温均增大.随着霜层不断增厚,霜层形成的导热热阻不断增加,室外换热器传热性能逐渐降低,热泵空调器的制热量、蒸发压力及室外换热器壁温随之呈下降趋势(见图4、图5).在运行约50min 后,换热器表面已沉积了较厚的霜层,霜层形成的导热热阻使得蒸发温度和蒸发器表面温度明显下降(见图4、图5),蒸发温度的降低加速了霜的沉积.另一方面,由于霜层此时已占据了肋片通道的1/2以上,导致风机流量迅速下降(见图6),此时风量下降了约30%,这大大恶化了传热效果.2种因素的相互影响,形成恶性循环,造成热泵性能迅速降低(见图3).将数值计算结果与实验结果进行对比可以看出,二者的变化趋势是一致的:图7所示的结霜量随时间的变化规律的实验结果与数值计算结果基本一致,蒸发压力、冷凝压力(见图4)的数值计算结果与实验结果在50min 前比较一致,而在50min 后出现较大偏差;制热量随时间变化(见图3)的数值计算结果与实验结果相差较大,在65min 前,数值计算结果偏小,而在65min 之后数值计算结果偏大;室外换热器壁面温度随时间变化的数值计算结果与实验结果趋势是一致的,但数值计算结果高于实验值.3.2 室外空气湿度对热泵性能的影响图8给出了室外换热器进风温度为3℃时,不同相对湿度条件下热泵系统制热量随结霜时间变化图6 室外换热器迎面风速随结霜时间的变化图7 结霜量随结霜时间的变化的实验曲线,实验发现性能系数与制热量的变化趋势是相同的,限于篇幅本文未给出性能系数随结霜时间变化的实验曲线.从图8可以看出:对于结霜工况A 、B 及C (即φ=65%,80%,90%时),在结霜初期,热泵系统制热量提高的幅度随相对湿度的增大而增加;在结霜循环后期,对于相对湿度较高的工况B 及C ,性能衰减的速度很快,而对于相对湿度较低的工况A ,性能衰减的速度则相对较慢.从图8中还可以看出:热泵系统稳定工作周期随相对湿度的增大而减小,工况C 的稳定工作周期只有工况A 的45%左右.产生这些现象的原因是因为相对湿度对结霜速度的影响,如图9所示,工况A 的结霜量只有工况C 结霜量的40%左右,因此结霜对换热器风量的影响要小得多.图8 进风相对湿度对制热量的影响图9 进风相对湿度对结霜量的影响3.3 室外空气温度对蒸发器结霜的影响将各种工况下热泵系统动态制热量按热泵系统完成一个制热、除霜循环所需的总时间进行平均,结745 第5期 郭宪民,等:结霜工况下空气源热泵动态特性的数值模拟与实验验证果如图10所示.图中φ=50%的曲线为不结霜工况,其平均制热量随室外换热器进风温度的升高而线性增长,而结霜工况(B 、C 及D )下热泵平均制热量随室外换热器进风温度的变化曲线在θa ,1=0℃附近出现了拐点,对于φ=65%的工况,θa ,1=0℃时的平均制热量甚至低于θa ,1=-3℃时的平均制热量.产生这种现象的原因是对于不同的进风相对湿度,当进风温度在0℃左右时结霜速度最快.图11为不同相对湿度的各工况运行30m in 后结霜量及φ=80%工况条件下的数值计算结果,可以看出,实验值在不同相对湿度工况条件下进风温度均在0℃附近结霜速度最快,结霜最严重,而数值计算结果显示在φ=80%工况条件下进风温度在3℃附近结霜速度最快.我们把室外换热器结霜最快的温度范围称为严重结霜温区.图10 平均制热量随进风温度的变化图11 运行30mi n 后不同进风温度下结霜量比较出现严重结霜温区的原因主要为:由于进风温度在此温度范围内时空气含湿量较大,同时壁面温度也较低,最适合霜的生长;进风温度低于此温度范围时,虽然壁面温度更低,但空气含湿量却比较小,因此结霜速度较小;当进风温度高于此温度范围时,虽然空气含湿量较大,但壁面温度较高,因此也不易结霜.4 结 论(1)数值计算结果与实验结果基本相符,从而验证了作者预测的结霜工况下空气源热泵动态性能的数值模型及计算方法是可行的.(2)实验结果均表明:在霜刚开始形成时,非但对热泵系统性能不产生负面作用,反而增大了换热量,对系统的工作是有利的.从总体来看,霜的沉积在大部分结霜运行时间(约占总结霜时间的80%)内对系统的影响不是很大,当霜层厚度达到一定程度时,制热量、蒸发温度、翅片温度、空气流速等参数的变化速度较大,整机性能迅速衰减.这验证了数值模拟得到的结论.(3)通过对数值计算结果和实验结果进行分析,讨论了进风温、湿度对室外换热器结霜的影响,发现对应于一定的室外环境相对湿度,室外换热器存在一个严重结霜温区,当室外环境温度在此温度范围内时,结霜最严重,对热泵性能的影响最大.对于不同的室外环境相对湿度工况,严重结霜温区均为0～3℃,而对不同的室外环境温度,相对湿度越大结霜越严重.参考文献:[1]gawa K ,Tanaka N ,Takeshita M .Performance im -pro vement of plat fin -an d -tu be heat exchan gers u nder frostin g con ditio ns [J ].A SHRAE Trans ,1993,99(1):762?771.[2] Y ao Y ,Jiang Y Q ,Den g S M ,A stu dy on the per -formance of the airside he at exchan ger un der frostin g in a air sourc e heat pu mp water he ater /chiller unit [J ].Int J of He at an d Mass Transfer ,2004,47(17?18):3745?3756.[3] C hen H ,Tho mas L ,Besant R W .Fan supplied he atexchanger fin performance un der frostin g co nditi ons [J ].Int J Refrig ,2003,26(1):140?149.[4] Y asuda H ,S enshu T ,Kuroda S ,et al .Heat pu m pperform anc e un der frosting con ditio ns :sim ulatio n of heat pu m p cy cle characteristics u nder frosting co ndi -ti ons [J ].ASHRAE Trans ,1990,96(1):330?336.[5] 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[J ].流体机械,1998,3(26):43?47.[6] 黄 虎,李志浩,虞维平.风冷热泵冷热水机组除霜过程仿真[J ].东南大学学报(自然科学版),2001,1(31):52?56.[7] 姬长发,黄 东,袁秀玲.风冷热泵冷热水机组结霜与除霜性能的实验研究[J ].西安交通大学学报,2004,5(39):480?484.[8] 王 芳.热泵空调器结霜工况下工作过程的动态仿真[D ].南京:南京航空航天大学人居与环境工程系,2001.[9] 王成生.热泵空调器结霜工况下动态特性的理论与实验研究[D ].天津:天津商学院制冷与空调系,2005.(编辑 王焕雪)845西 安 交 通 大 学 学 报 第40卷。
空气源热泵防融霜过程的热力学与传热特性研究
目录
01 引言
03 传热特性分析
02 热力学分析 04 模拟实验
目录
05 结果与讨论
07 参考Байду номын сангаас容
06 结论
引言
空气源热泵作为一种可再生能源利用装置，在冬季低温环境下运行时，蒸发器 表面容易结霜是其主要面临的挑战之一。结霜会导致热泵性能下降，甚至无法 正常运行。因此，针对空气源热泵防融霜过程进行热力学与传热特性的研究具 有重要意义。
参考内容
一、引言
空气源热泵在冬季低温环境下运行时，蒸发器表面容易结霜，这会降低热泵的 效率。因此，除霜策略对于保证热泵的运行效率具有重要意义。本次演示通过 实验对比研究常规除霜和蓄能除霜的特性，以期为优化热泵除霜策略提供理论 依据。
二、实验设备与方法
实验对象为某品牌空气源热泵，设备包括热泵机组、数据采集系统、温度传感 器等。常规除霜和蓄能除霜均按预设条件进行，数据记录间隔为30分钟。常规 除霜采用电阻加热丝加热的方式进行。蓄能除霜则采用一种先进的除霜控制策 略，利用制冷剂蓄冷介质进行蓄能。
传热特性分析
防融霜过程的传热特性是影响空气源热泵性能的关键因素之一。传热方式主要 包括辐射、对流和传导。在防融霜过程中，蒸发器表面与环境之间的传热主要 以辐射和对流为主。传热系数是传热过程中的一个重要参数，其值的大小直接 影响到防融霜效果。在研究过程中，需要综合考虑各因素对传热系数的影响， 如蒸发器表面材料、环境温度和湿度等。
此外，环境湿度的增加也会提高防融霜效果。高湿度环境下，蒸发器表面不易 形成连续的结霜层，从而减少了传热热阻，提高了传热效率。然而，当湿度过 高时，结霜会过于严重，反而影响融霜效果。
单-双级混合复叠空气源热泵机组制热性能实验研究
单-双级混合复叠空气源热泵机组制热性能实验研究余延顺;何雪强;江辉民;钱普华【摘要】为改善低温环境下空气源热泵机组适应性差、制热量及制热性能低等问题,设计研制了单-双级混合复叠空气源热泵机组试验样机.利用焓差实验室测试分析了样机在不同运行工况及运行模式下的制热性能及其内部参数的变化规律.结果表明:出水温度45℃、室外温度-20℃时,系统制热性能系数高于2.1、制热量为7.61 kW、压缩比不超过4.5、排气温度低于80℃;以制热性能系数为优化目标,确定室外温度0℃为该系统单双级切换运行的控制条件.%In order to improve the adaptability, heating capacity and heating performances of air source heat pump(ASHP)units in low air temperature, a hybrid single-double stage cascade ASHP prototype is designed. The intrinsic operating parameters and heating performances of the prototype in different operating conditions and modes are tested in an enthalpy potential method laboratory. The results show that when the hot water supplying is 45℃ and the ambient temperature is -20℃, the coefficient of performance in heating (COPh) of the unit is above 2. 1, the heating capacity is 7.61kW,the compression ratio is less than 4. 5 ,and the discharge temperature is below 80℃. With the optimization objective of the COPh, the ambient temperature with 0 ℃ is taken as the switch temperature for the modes of single-double stage cascade heating operation.【期刊名称】《南京理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(036)006【总页数】6页(P1036-1041)【关键词】空气源热泵;单-双级混合复叠;制热性能;切换【作者】余延顺;何雪强;江辉民;钱普华【作者单位】南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京210094;南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京210094;吉荣空调有限公司,广东揭阳522000;南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TU832.1随着建筑节能及环境保护工作的日益推进，在寒冷地区采用新的供暖方式逐步取代传统供暖模式已成为当前暖通空调行业的一个热点研究问题，空气源热泵技术是解决建筑采暖空调系统能源与环境问题的有效途径之一。
复叠空气源热泵
复叠空气源热泵
复叠空气源热泵是一种有效解决空气源热泵在低温适用性问题的设备。
它主要由高、低温级循环和蓄热器三部分组成。
其中，高、低温级对应的循环工质分别为R134a和R410A。
当室外盘管温度低于室外空气的露点温度且低于0℃时，室外盘管就会结霜，从而导致热泵运行性能恶化，能量转化效率降低。
因此，为了保证机组运行良好，需对室外机进行周期性除霜。
当前，众多除霜方法中应用最广泛的方式是热气除霜，分为逆循环除霜和热气旁通除霜，但这两种方法都有弊端。
开启逆循环除霜时，由于室内风机关闭，导致室内的取热量很小。
当盘管温度很低时制冷剂无法再从中吸收热量，蒸发温度和蒸发压力明显下降，可能发生低压保护或湿压缩，最终导致热泵机组停机甚至压缩机损坏。
热气旁通除霜方式虽然在一定程度上改进了除霜性能，且对室内热环境影响较小，但是实验发现：当室外温度低于某一值时，会出现难以除尽换热器表面霜层的现象。
针对蓄热量不足这个问题，可采用相变蓄能方法对蓄热器进行改进，并针对蓄能除霜系统在几种低温工况下的适应性进行研究。
空气源热泵冷热水机组结霜工况研究现状与进展
Ａｂ ｔ ａｃ ： Ａｉ ｏ ｒ ｅ ｈｅ ｔｐｕｍｐ ａ／ ｈｉｌ ｒｉ ， ａ ｎ ｗｌ ｖ ｌｐｅ ａ ｉ ｓ ｒ ｔ ｒｓ ｕ ｃ ａ ｈｅ ｔｃ ｌｅ ｓ ｅ ｙ ｂｙ ｄｅ ｅ ｏ ｄ ｈｅ ｔｎｇ＆ ｒ ｆｉ ｅ ａ ｉ ｎ ｓ ｕ ｃ ｅ ｎ ｅ ｒｇ ｒ ｔｏ ｏ ｒ ｅ ｂ ｉ ｇ ｕｓ ｄ ｗｉ ｌ ． Ｔｈｅ ｓｕｄ ｎ ｆｏｓ ｎｇ ｃ ｎ ｔｏ ｆａ ｒｓ ｕｒ ｅ ｈｅ ｔｐ ｍ ｐ ｈｅ ｔ ｈ ｌｅ ｎ ｔ ｅ ｗｉ ｔ ｒ ｉ ｋ ｙ ｔ ｔ ｅ ｄｅ ｙ ｔ ｙ ｏ ｒ ｔ ｏ ｄｉｉ ｎ ｏ ｉ ｏ ｃ ａ ｕ ｉ ａ／ ｉｌ ｒｉ ｈ ｎ ｅ ｓ ａ ｅ ｏ ｉｓ ｃ
空 气 源 热 泵 冷 热 水 机 组 结 霜 工 况 研 究 现 状 与 进 展
姚 杨 Байду номын сангаас马 最 良
（ 哈尔 滨 ７业 大学 市政环 境工 程学 院 ， － 黑龙 江 哈尔 滨 １０ ９ ５ ０ ０）
摘
要 ：在 分析 国内外研 究现状 的基 础上 ， 出对 空气源 热泵冷 热水机 组冬 季结 霜工况 的研究 是 推广机 组应 指
用 的关键 ， 指 出可 以采用计 算机 模拟 的方法 建立 空气源 热泵冷 热水机 组结 霜工 况 的模 型 ， 并 以此对机 组 的运 行
工况进 行分 析 ， 而 对机 组进 行仿 真 、 化 和控制 ． 进 优 关键词 ： 空气 源热 泵冷 热水机 组 ； 霜 ； 结 除霜控 制 ； 模拟 中 图分 类号 ： Ｕ ３ ． Ｔ ８ １６ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： ０ ６ ６ ８ （０ ２０ － ０ ６ ０ １０ － ７ ０２ ０ ）５ ０ ６ － ４
Ｆｒ ｓｉ ｎ ｗｉ ｔ ｒｆ ｒａｒｓ ｕ ｃ ｅ ｔ ｏ ｔｎｇｉ ｎ ｅ ｏ ｉ ｏ ｒ ｅｈ ａ ｐ ｕｍｐ ｈｅ ｔｃ ｌｅ ｎｉ ａ／ ｈｉｌ ｒｕ ｔ
空气源热泵除霜研究
第25卷第4期 刘 康，等：空气源热泵除霜研究 ·421· 文章编号：1671-6612（2011）04-421-04空气源热泵除霜研究刘 康 吕 静（上海理工大学环境与建筑学院 上海 200093）【摘 要】 空气源热泵的结霜问题已经成为影响空气源热泵机组可靠性的关键，提出了解决问题的三个方法：延缓结霜、除霜方法改进和除霜控制技术。
增加风量、改进换热器形式等可以有效延缓结霜，并降低结霜的程度；采用蓄能除霜法可以减少除霜时间，室内恢复供热更快；模糊控制等控制方式可以使除霜更加智能化，从而达到良好的除霜效果。
【关键词】 空气源热泵；延缓结霜；除霜 中图分类号 TB61 文献标识码 AStudy of Air-source Heat Pump DefrostingLiu Kang Lv Jing( School of Environment and Architecture,University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200093 )【Abstract 】 Air source heat pump frost has become the key of air-source heat pump. There are three ways to solve the problems. First, we can delay frost. Second, we can improve the methods of defrosting. Finally, we can use a better defrosting control. Increasing ventilation and changing the form of heat exchangers can effectively slow down the process of frosting. Energy storage defrosting can reduce the defrost time and make the heating recovery faster. Fuzzy control method makes the control of defrosting more intelligent, so as to achieve a good result.【Keywords 】 air-source heat pump; Delaying Frost; Defrosting作者简介：刘康（1987-），男，在读硕士。
自复叠空气源热泵除霜方案优化探讨
自复叠空气源热泵除霜方案优化探讨
魏峰;张龙爱;王传华;孙思
【期刊名称】《制冷与空调》
【年(卷),期】2018(018)008
【摘要】非共沸混合制冷剂自复叠空气源热泵能够实现大温差循环,可用作高温热泵.为了解决常用的逆循环除霜和热气旁通除霜用于自复叠空气源热泵除霜存在的问题,提出2种除霜优化方案:蓄热除霜和双系统耦合除霜.这2种优化方案均增加了除霜热量来源,提高了能源利用率,不易引起压缩机吸气带液,系统可连续制热.蓄热除霜优化方案可以大幅缩短除霜时间,系统相对简单可靠,可以作为自复叠空气源热泵除霜优选方案.
【总页数】5页(P96-100)
【作者】魏峰;张龙爱;王传华;孙思
【作者单位】珠海格力电器股份有限公司;珠海格力电器股份有限公司;珠海格力电器股份有限公司;珠海格力电器股份有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
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燕;鹿世化;宁婕妤;高晓蕾
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图1 Fig.1
复叠式热泵系统原理图
The cascade type system diagram
图2 Fig.2
复叠式热泵低温级实物图
The low temperature level of the system picture
本文实验是在焓差环境实验室内进行， 焓差环 境实验室平面布置如图 3 所示，主要由室内侧、室 外侧和室内侧量热室组成， 实验室的室内和室外侧 房间均设有恒温水接口，提供所测设备需要用水， 并且它可以确保实验能在恒温恒湿条件下进行。 为 了保证实验室温湿度工况的控制精度并保证测试 工况的稳定性， 实验室采用顶部孔板送风和侧面回 风方式。机组的低温级放在室外侧，高温级放在室 内侧。
第 26 卷第 4 期 第 26 卷第 4 期 2012 年 8 月
韩 星，等：复叠式空气源热泵热水器结霜工况下的机组运行参数研究 ・319・ 制冷与空调 Vol.26 No.4 Refrigeration and Air Conditioning Aug. 2012.319～323
文章编号：1671-6612（2012）04-319-05
复叠式空气源热泵热水器结霜工况下 的机组运行参数研究
韩
（1.上海理工大学
【摘
星
1
范
巍
1
陈剑波
1
李
贺
2
上海
200093； 2.悉地国际 （深圳） 设计顾问有限公司
上海
200235）
要】 复叠式空气源热泵热水器可以在冬季低温（-25℃）下最高提供 80℃热水，但是机组结霜问题对机 组的效率和供热性能影响较大。通过研究复叠式热泵热水器的结霜规律以及结霜对机组性能的影 响，为进一步研究并优化除霜控制方法提供依据。系统分为低温级循环和高温级循环，低温级循 环为室外系统，高温级循环及蒸发冷凝器部分为室内系统，热泵循环低温级采用 R410A 作为循环 工质，高温级采用 R134a，热泵系统高温级冷凝温度为 80℃，低温级的蒸发温度可达-40℃。通过 在焓差实验室实验进行研究。测试复叠式热泵的结霜过程时间与结霜量，得到不同室外温湿度与 结霜量之间的关系。结霜量通过测量低温级蒸发器进出口含湿量的方法获得，并分析结霜对于机 组实际耗电量以及 COP 等性能参数的影响。
本实验对上海理工大学设计的一台复叠式空 气源热泵热水器进行了结霜工况下的实验研究，为 了研究机组的结霜情况，本文以进风温度为 2℃、 三个不同相对湿度工况来测试结霜量， 如图 5 所示。 为了介绍本机组结霜工况的性能变化，选取进风温 度为 2℃、相对湿度为 75%的工况来研究，反映机 组性能参数的一些参数在图 6-10 中表示出来。 从图 5 可以看出，在 2℃的环境温度下，蒸发 器表面的结霜量很大，而且结霜量随着结霜时间总 体是越来越大，在结霜开始初期，结霜量的变化率 比较大，随着结霜的进行，结霜量的变化率趋于平
算出通过室外换热器的空气流量、 密度及进出口含 湿量。时段内室外换热器的结霜量可表示为：
M
ma (din -d out ) 1+din
（1）
式中：din、dout分别为低温级蒸发器前后的含 湿量。
图3
he enthalpy-difference lab floor plan
风速利用 testo 风速传感仪来测量，温湿度利 用 E+E 温湿度传感器测量，如图 4 所示。
口共 12 个温湿度、风速测点。虽然焓差室内的温 湿度可以由其自带的传感器读出， 但为了测量更准 确，低温级蒸发器进口仍均匀布置 12 个测点。 在进行实验之前， 先将焓差环境实验室的室外 侧环境干湿球温度调节到所需数值， 并控制在相对 稳定状态下， 即焓差实验室室内外侧环境干湿球温 度误差在±0.2℃内。待室外侧达到稳定时开启被 试机组进行实验，每隔 300s 记录一次实验数据。
( 1.University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200093; 2.XiDi Institute International Co., Ltd, Shanghai, 200235 ) 【Abstract】 The cascade type air-source heat pump water heater can achieve the goal of the production of 80℃ hot water under the ultralow temperature environment (-25℃), but frosting will influence of the system's efficiency and energy consumption. This study focused on the frosting quantity at different outdoor air temperature and the false defrosting probability under various operating parameters. The system consists of a low temperature level cycle and a high temperature level cycle. In the low temperature level cycle, R410A is used as the refrigerant, while in the high temperature level cycle R134A is used as the refrigerant. The experiment was carried out in the enthalpy-difference lab. The time of reaching a certain frosting amount will be obtained, and frosting quantity under different outdoor temperature and humidity were also tested. Moreover, the frosting amount was obtained from the different of the moisture content of inlet and outlet through the evaporator. Then, we will analyze that how the frosting affects the performance parameters of the unit actual power consumption and COP. 【Keywords】 Frosting; Cascade type; Air source heat pump
图4 Fig.4
温湿度测量仪器 instruments
2
实验结果及分析
The temperature and humidity measuring
本实验的复叠式空气源热泵机组低温级蒸发 器风机是由两个风机组成， 为了测得准确的出口风 速，测点应均匀布置在每个圆形出口上，两个出口 总共设置八个风速测点，温度测点也是这样设置。 蒸发器进口也是采用设置多个测量取平均风速， 由 于蒸发器盘管的形状是 L 形，侧面尺寸是 120mm ×30mm、正面尺寸是 120mm×68mm，因此侧面 测点布置成单排，沿高度方向均匀设置 4 个；正面 测点设置成双排，每排四个，整个低温级蒸发器进
【关键词】 中图分类号
结霜；复叠式；空气源热泵 TB65 文献标识码 A
The Study of the Performance Parameters of the Cascade Type Air-source Heat Pump Water on the Frosting Conditions Han Xing1 Fan Wei1 Chen Jianbo1 Li He2
第 26 卷第 4 期
韩 星，等：复叠式空气源热泵热水器结霜工况下的机组运行参数研究
・321・
本实验实验数据的采集通过数据采集仪实现， 实验室的室内外侧各设置了 20 个热电偶温度测试 通道，机组的 COP、吸排气压力、温度以及制热 量等性能参数均可在计算机上读出。 为了获得低温级蒸发器的结霜量， 需要测量蒸 发器的进出口风速、温度以及相对湿度，然后可计
0
引言
复叠式热泵循环系统是借鉴复叠式制冷技术，
在超低温的室外环境下， 解决空气源热泵系统处理 高温化的问题， 使空气源热泵系统适应更恶劣的室
基金项目：上海市教委重点学科建设项目（编号：J50502） 作者（通讯作者）简介：韩 星（1981-） ，男，博士，副教授，Email：hanxing_usst@ 收稿日期：2012-05-30
1
实验装置
复叠式热泵系统由两个单级循环叠加而成， 分 为高温级循环和低温级循环， 系统原理图如图 1 所 示。 本文研究的复叠式热泵机组是能在超低温的环 境下（环境温度-25℃）制取 80℃的热水，低温级 循环工质 R410A， 蒸发温度-40℃， 冷凝温度 15℃； 高温级循环工质 R134a， 蒸发温度 10℃， 冷凝温度 85℃。复叠式空气源热泵热水器实物图如图 2 所 示。
・320・
制冷与空调
2012 年
外环境，扩大空气源热泵系统的应用空间[1]。然而 与普通空气源热泵系统一样面临结霜问题， 在进行 制热循环时， 当空气露点温度高于蒸发器翅片表面 温度，换热器翅片表面就会结露；当翅片温度低于 0℃时，翅片表面就会结霜。 结霜量是研究结霜特性的一个重要参数， 研究 人员采用了各种方法进行测量， 其中 Senshu T 等[2] 为了获得结霜的质量， 在试验中每隔一段时间将结 满霜的换热器翅管卸下，再称量其质量，然后减掉 初始时化霜水质量来得到换热器质量变化， 从而获 [4] 得结霜量。Shinhyuk Yoon 等 用可移动取样带取 霜样品称质量， 在每次测量之前把铝带放在换热器 的表面，然后在一定时间之后，取下铝带用天平测 量。 而 O’Neal[5]根据流通的空气流率和进出口的湿 度差间接算出沉积为霜的水汽重量。 这些方法一般 测量结果会产生较大的不确定度，相对而言，测量 换热器前后含湿量和通过换热器的风量的方法国 内外使用的比较多。 结霜工况下空气源热泵系统的性能变化可以 真实的反应结霜时机组运行状态和能耗。 Kamil Kaygusuz[6]对一台为 75m2 房间供暖的空气源热泵 的性能进行研究， 在系统达到稳定的结霜工况时测 量出系统性能和换热量，实验的室外环境工况是： 环境温度在 4-10℃和相对湿度在 65%-80%的范围 内。 实验得到在上述环境条件下系统以及各部件的 参数。在国内，黄虎等[7]对一台 70.34kW 风冷热泵 冷热水机组在结霜工况下的运行情况进行了测试， 得出了在这个结霜工况下运行时，机组吸气压力、 排气压力、翅片温度、制热量等参数随时间的变化 关系。姬长发等[8]在一台制冷量为 55kW 的风冷热 泵冷热水机组上进行了实验， 他在分析中把结霜过 程分为启动阶段、稳定阶段和震荡阶段三个阶段， 得出风速的不均匀会导致热力膨胀阀的震荡。 田津 [9] 津等 对一台风冷热泵室进行了结霜工况下的实 验测试， 实验地研究了风冷热泵在规定的环境温度 下制热能力、出风温度以及热泵制热性能的变化。 实验结果表明热泵结霜严重的影响了制热能力、 出 风温度以及热泵制热性能。 本文对一台复叠式空气源热泵系统进行结霜 实验，并分析结霜对于机组实际耗电量以及 COP 等性能参数的影响。