2019年暖通工程師考試講義：空氣熱泵相關(guān)問(wèn)題研究

空氣源熱泵結(jié)霜、化霜問(wèn)題的研究

由于空氣源熱泵冬季采用空氣作為熱源，所以，隨著室外溫度的降低其蒸發(fā)溫度也隨之降低，蒸發(fā)器表面溫度隨之下降甚至低于0 ℃。此時(shí)當(dāng)室外空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器被冷卻時(shí)其所含的水分就會(huì)析出并依附于蒸發(fā)器表面形成霜層。結(jié)霜對(duì)熱泵是極其不利的。隨著霜層的形成蒸發(fā)器傳熱熱阻增加蒸發(fā)溫度下降機(jī)組的性能下降工況惡化制熱量也將下降這將嚴(yán)重影響壓縮機(jī)以及熱泵整體的性能同時(shí)除霜帶來(lái)的額外費(fèi)用還將降低空氣源熱泵的經(jīng)濟(jì)性這也就是為什么空氣源熱泵在寒冷、潮濕地區(qū)的應(yīng)用受到限制的原因。所以說(shuō)結(jié)霜機(jī)理、化霜方法一直是空氣源熱泵研究與應(yīng)用中要解決的重點(diǎn)與難點(diǎn)。目前有不少關(guān)于空氣源熱泵機(jī)組冬季運(yùn)行狀況的研究主要分析供熱時(shí)不同工況下空氣盤(pán)管表面濕空氣結(jié)霜、結(jié)露及干冷卻特性并結(jié)合結(jié)霜過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)和模擬分析了迎面風(fēng)速、環(huán)境溫濕度、翅片間距、管排數(shù)等參數(shù)對(duì)結(jié)霜性能的影響及其所可能產(chǎn)生的一系列后果。了解結(jié)霜的機(jī)理的主要目的是要解決如何除霜的問(wèn)題。傳統(tǒng)的除霜控制方法主要包括：定時(shí)除霜法時(shí)間—溫度(壓力)法空氣壓差控制除霜法霜層傳感器控制除霜法聲音震蕩器控制除霜法最大平均供熱量控制除霜法最佳除霜時(shí)間控制法等。這些方法各有利弊有待完善。近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展將模糊控制技術(shù)引入空氣源熱泵除霜問(wèn)題的研究作為一項(xiàng)先進(jìn)可行的新技術(shù)逐漸引起了人們的注意。這主要是因?yàn)榭諝庠礋岜媒Y(jié)霜問(wèn)題的影響是多因素非線性的而模糊控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是處理多維、非線性、時(shí)變問(wèn)題。這樣一來(lái)將模糊控制技術(shù)引入空氣源熱泵的除霜控制通過(guò)對(duì)除霜過(guò)程的系統(tǒng)響應(yīng)分析，可以使除霜控制能夠自動(dòng)適應(yīng)機(jī)組工作環(huán)境的變化達(dá)到智能除霜的控制要求。此外還有考慮環(huán)境工況變化的雙溫度傳感器智能化除霜控制方法等。盡管空氣源熱泵具有很多優(yōu)點(diǎn)但受室外環(huán)境的限制也比較大這也是空氣源熱泵目前僅在我國(guó)黃河以南地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用的主要原因。而在黃河以北地區(qū)應(yīng)用空氣源熱泵則根據(jù)所處地區(qū)不同有其特殊要求。目前關(guān)于西安、膠東以及寒冷地區(qū)空氣源熱泵的實(shí)際應(yīng)用情況已有研究并就所遇到的如壓縮比過(guò)大等具體問(wèn)題提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)措施可在相應(yīng)地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用中作為參考。此外為了對(duì)空氣源熱泵結(jié)霜除霜所帶來(lái)的損失進(jìn)行量化的分析有研究提出了不同地區(qū)、不同使用情況下的平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)的概念平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)越大的地區(qū)應(yīng)用空氣源熱泵越不經(jīng)濟(jì)。據(jù)此將我國(guó)空氣源熱泵使用地區(qū)根據(jù)平均結(jié)霜損失系數(shù)分成4 類(lèi)：低溫結(jié)霜區(qū)：如濟(jì)南、北京、鄭州、西安、蘭州等;輕霜區(qū)：如成都、桂林、重慶等;重霜區(qū)：如長(zhǎng)沙;一般結(jié)霜區(qū)：如杭州、武漢、上海、南京、南昌、宜昌等。這些都可以作為熱泵設(shè)計(jì)選用中重要的參考依據(jù)。`

空氣源熱泵節(jié)能問(wèn)題的研究

火用是對(duì)系統(tǒng)能的質(zhì)與量的綜合評(píng)價(jià)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行火用分析可以揭示出系統(tǒng)中火用損失的部位、類(lèi)型和數(shù)量以便設(shè)法減少這些損失。通過(guò)火用計(jì)算分析可知壓縮功只有20 %被利用而有80 %被損失其中壓縮機(jī)火用損失占30. 7 % 冷凝器占20.14 % 蒸發(fā)器占17.15 % 毛細(xì)管占10 %。由此我們可以看出空氣源熱泵系統(tǒng)節(jié)能的主要部件是壓縮機(jī)提高壓縮機(jī)本身的技術(shù)指標(biāo)是提高整個(gè)系統(tǒng)火用效率的關(guān)鍵而冷凝器和蒸發(fā)器火用優(yōu)化措施主要是設(shè)法降低傳熱溫差。當(dāng)然系統(tǒng)的節(jié)能改進(jìn)與經(jīng)濟(jì)性是相互制約的僅從能效進(jìn)行分析有一定的局限性。從這個(gè)角度出發(fā)有關(guān)研究人員提出供熱最佳經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)的概念以期在此最佳經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)溫度條件下整個(gè)供熱系統(tǒng)(熱泵+輔助熱源)的初投資與運(yùn)行費(fèi)最少?gòu)亩侠韺?shí)現(xiàn)熱泵節(jié)能優(yōu)化。此外通過(guò)空氣源熱泵機(jī)組與水冷冷水+鍋爐機(jī)組、溴化鋰吸收式機(jī)組(+鍋爐)這3 種方案的經(jīng)濟(jì)性比較可以得出空氣源熱泵相對(duì)于其它兩種形式而言經(jīng)濟(jì)性上具有顯著的優(yōu)越性。

空氣源熱泵有待解決的問(wèn)題及改進(jìn)方向：

對(duì)于空氣源熱泵而言除了具有種種優(yōu)點(diǎn)之外仍存在很多不足及有待解決的問(wèn)題?？諝庠礋岜玫男阅苁苁彝鈿夂驐l件變化影響較大隨著室外環(huán)境的惡化而惡化。夏季隨著室外空氣溫度的升高制冷負(fù)荷增大但熱泵系統(tǒng)冷凝溫度升高熱泵溫差增加機(jī)組整體效率降低;冬季隨著空氣溫度的降低供熱負(fù)荷增大而蒸發(fā)溫度隨之降低熱泵溫差增大導(dǎo)致機(jī)組整體效率降低。同時(shí)隨著室外條件的惡劣熱泵的工作性能急劇下降又反過(guò)來(lái)加劇了室外環(huán)境的惡劣程度。進(jìn)一步研究應(yīng)考慮采取相應(yīng)措施來(lái)合理改善機(jī)組的性能。

空氣源熱泵另一個(gè)突出的問(wèn)題就是蒸發(fā)器冬季結(jié)霜問(wèn)題。這不但導(dǎo)致系統(tǒng)供熱性能的急劇下降還將對(duì)壓縮機(jī)等重要部件產(chǎn)生不良影響(如冰堵)嚴(yán)重時(shí)將損壞壓縮機(jī)使系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)結(jié)霜還將使機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用增加。盡管我國(guó)在這方面已經(jīng)做了很多研究工作但關(guān)于結(jié)霜的控制措施及除霜技術(shù)的研究方面還需要進(jìn)一步進(jìn)行深入研究和實(shí)驗(yàn)論證。另外如何對(duì)機(jī)組本身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)減少結(jié)霜如何采用更好的除霜方式來(lái)提高

空氣源熱泵的運(yùn)行效率節(jié)約機(jī)組的費(fèi)用這些都仍值得探討。

由于室外空氣一年四季甚至一天當(dāng)中的溫度波動(dòng)較大這就對(duì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)空氣源熱泵系統(tǒng)的自動(dòng)控制提出了很大的挑戰(zhàn)關(guān)于這一方面的研究尚不多見(jiàn)還有待于逐漸探索和完善。

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