风冷热泵冷热水机组除霜研究 1

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1、风冷热泵冷热水机组除霜研究摘要：对风冷热泵在制热运行时结霜的因素进行了分析,并就结霜对机组冬季工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关键词：风冷热泵冷热水机组蒸发器除霜1引言　　风冷热泵冷热水机组作为中央空调的冷热源,自90年代在我国得到了广泛的应用以来,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；制热时采用热泵运行方式,节能且无使用锅炉造成的对环境的污染；机组安装、布置方便,可置于屋顶而无需专门设置机房等。但从风冷热泵冷热水

2、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。2结霜原因　　风冷热泵机组在冬季制热运行时,其肋片盘管换热器起蒸发器的作用,由于蒸发温度较低,盘管表面的温度也随之下降,甚至低于0℃。当室外空气在风机驱动下流经盘管时,其所含的水分就会析出并附着于盘管表面形成霜层。随着霜层的形成,机组的性能下降,工况恶化,制热量也将下降。霜层的形成和影响因素比较复杂,我认为其主要影响因素有冷却面、室外气候条件及时间。2.1冷却面因素　　冷却面因素是指的是肋片换热器的

3、温度和形状结构情况。　　①温度因素　　当盘管表面温度低于0℃,且低于入口处空气的露点温度时,空气分就会析出并在蒸发器表面形成霜层。盘管表面与入口空气之间的温差越大,结霜速度越快,结霜也越严重。　　②换热器的结构因素；包括(a)肋片边缘效应；(b)肋片间距；(c)沿气流方向管排数；(d)肋片表面粗糙度。2.2气候条件　　①温度和湿度:空气相对湿度越大,盘管结霜就越严重。在长江流域的气候条件下,当室外空气的相对湿度小于50%时,肋片盘管则很少会结霜。当室外空气温度低于-5℃时,随着温度进一步下降,空气就趋于干燥,结霜减少。实际运行表明,当室

4、外空气温度在-2～7℃,而相对湿度大于50%时,肋片盘管的结霜情况最严重。从图1湿度对蒸发温度的影响可看出,一段时间内湿度较大时(<=80%)的蒸发温度比湿度较低时的蒸发温度高,然而在某一时刻后,蒸发温度下降至比湿度较低时的蒸发温度更低。这是因为在前一个时段湿度较大造成蒸发器负荷大,因而蒸发温度高；随着结霜不断加剧,霜层厚度将超过湿度较小时的结霜厚度,故蒸发温度便更低。而结霜后霜层也更厚,所以风量一直比湿度较小时的风量小。　　②气流速度:在强制对流的情况下,气流的流速对霜的形成有较大影响。迎面风速很小时,盘管结霜较快,且霜层厚度增加较快

5、；当迎面风速较大时,则结霜状况明显改善。这主要是因为风速降低,使负荷减小,造成蒸发温度快速下降,使结霜速度加快；而风速增大,使负荷增大,蒸发温度上升,温差减小,降低了结霜的倾向。不同迎面风速下的实验曲线(见图2)便证明了这点。图1湿度对蒸发温度的影响图2风速对蒸发温度的影响　　另外机组运行的时间越长,结霜的可能性就会越大；且上一次开停周期中停机时间越短,越可能会加剧结霜的倾向。3结霜对风冷热泵机组的危害　　蒸发器结霜对风冷热泵机组的运行产生的负面影响主要在两个方面:3.1影响导热热阻　霜层增加了导热热阻,降低了蒸发器的传热系数。在结霜的

6、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,而随着霜层增厚,导热热阻的影响逐渐成为影响传热系数的主要方面时,总传热系数又开始下降。3.2影响空气流量　霜层的增加加大了空气流过翅片管蒸发器的阻力,降低了空气流量,对蒸发器性能的这一影响是结霜负面影响的主要方面。由于这些负面影响,风冷热泵在结霜工况下工作时,随着霜层的增厚,将出现蒸发温度下降、制热量下降、风机性能衰减,电流加大等现象而使风冷热泵机组不能正常工作。4提高风冷热泵机组在结霜工况下工作特性的途径　　应从三个方面进行工作:①在风侧换热器的设计上,针对其运行条件

7、,延缓结霜和尽量降低结霜对热泵机组性能影响的速度；②提高风冷热泵机组的除霜性能,缩短除霜时间以及减少除霜对系统行动的冲击；③采用智能除霜控制,使除霜控制能适应不同地区及不同使用条件的变化。4.1风冷换热器结构设计要注意的问题　　当空气露点温度高于蒸发器翅片表面温度且翅片表面温度低于0℃时,翅片表面即会结霜。所以,在一定的大气条件下,蒸发器翅片表面是否结霜、霜层的发展速度以及对蒸发器性能的影响程度在一定程度上与蒸发器上翅片结构、形式有关。在大气条件不变时,若蒸发温度相对较高,蒸发器表面的结霜情况会相对好一些,但这要以加大换热器面积为代价,

8、对于结构尺寸原本较大的风冷换热器,由于迎面风速不均匀,加大的换热器部分并非能发挥出相应的效果,同时,增加了制造成本。为此,存在着在一定的风冷换热器结构尺寸下,如何改进其换热性能的问题。在结构形式上影响风冷换