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                  風冷熱泵旁通除霜問題的研究

                  點擊:1761 日期:[ 2014-04-26 21:35:59 ]
                                          風冷熱泵旁通除霜問題的研究                             劉清江    韓學廷                  (天津商學院機械工程學院制冷與空調系300134)     【摘要】本文通過對風冷熱泵冷熱水機組冬季制熱運行時換熱器結霜與除霜問題的研究,針對一種常見的逆循環除霜中旁通除霜法研究,提出了相應的減少除霜損失的方法。     【關鍵詞】風冷熱泵;除霜;旁通     1·引言     風冷熱泵冷熱水機組作為中央空調系統的冷熱源,自20世紀90年代初進入我國。由于其安裝方便、運行操作簡單,節能及易于模塊化集成等特點,十幾年來得到了長足的進展。隨著制冷技術的不斷進步,其使用范圍不斷拓寬,已經從原來的華南及長江流域迅速擴展到黃河流域及廣闊的大西北地區。但是,這些地區的冬季氣溫普遍較低,使得這類機組在制熱運行中出現了一些問題,如壓縮機燒壞、制熱量不足、換熱器結霜等。其中,以風側換熱器的結霜問題最為普遍[1]。由于結霜及融霜的傳熱學機理較復雜,并且受環境溫濕度的變化影響較大,實現其優化控制十分困難。這個看似很小的問題,卻往往給機組的運行帶來很多麻煩。本文對逆循環除霜方法中旁通除霜法進行分析、研究,進而發現了加速除霜過程、減少除霜損失的方法。     2·除霜過程分析     結霜現象的產生,是風冷熱泵系統與環境相互作用的結果。機組冬季制熱運行時,室外翅片管換熱器作蒸發器,當翅片管表面溫低于0℃且低于大氣露點溫度時,風側換熱器表面即要結霜。在大氣溫度較低而相對濕度較大的情況下這種現象尤為嚴重。當翅片管表面的霜層達到一定厚度時,將對風冷熱泵機組的運行產生不利影響,一方面霜層增加了從大氣向風側換熱器的傳熱熱阻,更為嚴重的是由于霜層的增厚,使風側阻力增加,空氣流量減少,風側換熱量降低。對一臺氣一氣式熱泵的實驗表明[2],當室外換熱器空氣流量由無霜時的74m3/min降到20m3/min(即下降75%)時,空氣側換熱量下降20%。當霜層增長到一定厚度時,風機電流也迅速上升[3],風機性能衰減,導致機組保護。為此,當風側換熱器霜層發展到一定程度時必須除霜。     目前,除霜性能的改進與許多因素有關,如風側換熱器結構與表面處理、壓縮機性能、除霜控制方式[4][5][6]等。而風冷熱泵采用較多的除霜方式為反循環除霜,除霜時四通換向閥動作,風側換熱器與水側換熱器的功能對調,風側換熱器作為冷凝器,水側換熱器作為蒸發器,用壓縮機排氣除霜。除霜時機組停止向供熱對象供熱,對于冷熱水機組,除霜時不能象氣一氣式熱泵可以停止室內風機的運轉,而仍要維持循環水的流動,循環水通過蒸發器,水溫下降的幅度較大,對空調的舒適性影響較大,機組的供熱COP也下降。因此,如何縮短除霜時間是必需研究的問題。     從能量的來源和利用兩方面分析可以得出:除霜所需的能量主要有:1)霜層(或冰)溫度升高所需的能量;2)霜層(或冰)融解所需的融解熱;3)風側換熱器翅片及銅管升溫所需的能量;4)散失到室外空氣中的熱量。制冷劑吸收的能量主要有:1)水側(空氣側)換熱器水溫降低所提供的熱量;2)水側(空氣側)換熱器板片降溫所提供的熱量;3)壓縮機所作的功;4)壓縮機殼體降溫所釋放的熱量。所以,加快除霜過程及減少除霜損失的措施是增加壓縮機的輸出功率用以提高制冷劑吸收能量的速度。本文研究通過熱氣旁通法,應用融霜電磁閥,從而提高壓縮機的輸出功率,加速融霜過程。                   根據圖1,風冷熱泵制冷循環原理壓----焓圖如下圖2所示。     融霜時,融霜電磁閥打開,由于系統中毛細管阻力遠大于融霜電磁閥阻力,故工作時,制冷劑幾乎全部被旁通至室外換熱器中進行融霜,制冷劑在系統中的流動路徑為1”--2---3---4---1---1”即壓縮機從氣液分離器中吸入飽和蒸氣1”壓縮至排氣狀態2,經過旁通電磁閥降壓節流至狀態3,進入室外換熱器內,與換熱器內部的兩相制冷劑5混合成狀態4,在壓縮機連續的抽吸過程中,兩相制冷劑4沿換熱器盤管內部通道將熱量排放至霜層,進一步冷凝至狀態1,并克服盤管阻力返回壓縮機吸氣管前端的氣液分離器中,被分離出的液體1.貯存在氣液分離器內,氣體1”再次進入壓縮機壓縮成高溫蒸氣。     實驗中,考慮除霜開始溫度要根據不同的環境溫度而相應調整。環境溫度升高時.除霜開始溫度應隨之提高,環境溫度下降時.除霜開始溫度應隨之降低。所以,用兩個傳感器感應盤管溫度和環境溫度,兩者的溫度差值控制除霜開始。具體講,采用差動型除霜溫控器是熱泵式冷暖空調機除霜控制的一種新方法.它可消除了室外環境的影響.大大改善了除霜效果,提高了熱泵效率。     實驗中發現,空調器進入除霜后,必須要求一次性地將霜層除干凈,一旦未除掉,又進入制熱過程,未除掉的霜層和除霜水將會快速地凍結成為密度較大的霜或冰,當系統再次進入除霜時,很難將霜層除掉。由于熱氣旁通除霜,系統不可能從室內取熱,其除霜熱量相對較小,為避免制冷系統除霜不凈或出現誤除霜現象發生,采用當換熱器盤管溫度大于3℃,此時壓縮機回氣管溫度均回升至0℃或0℃以上,和室外溫度三者作為除霜判據,并進行智能控制,可取的良好的節能效果。     同時,實驗中也發現,在除霜過程中,空調器除霜過程所消耗的電能大小取決于除霜時間的長短和瞬時耗功率的大小,而除霜時間直接與除霜電磁閥的阻力和能否關斷液體管有關。即采用熱氣旁通除霜時,宜選用局部阻力較小或閥芯通徑較大的電磁閥,在采用電子膨脹閥節流的空調系統中,采用熱氣旁通除霜時,電子膨脹閥完全關閉,可以縮短除霜時間,并且有良好的節能效果。     3·結論     熱氣旁通除霜過程中,制冷系統不需要從房間內取熱,室內盤管溫度高于室內溫度,對改善室內舒適性有利。但是,旁通除霜電磁閥的選取直接影響除霜時間及除霜效果。而采用阻力小的電磁閥可縮短除霜時間,除霜效果良好。     實驗中發現,以盤管溫度和環境溫度,兩者的溫度差值控制除霜開始,蒸發器盤管溫度作為結束除霜的判據之一,可以確保開始除霜的最佳時刻,同時,除霜干凈,徹底。取得良好的節能效果。此外,采用電子膨脹閥和旁通除霜電磁閥組合除霜,耗功減小,可較大程度縮短除霜時間,且除霜效果良好。     參考文獻:略
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