空气源热泵技术的应用与设计实例

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1、空气源热泵技术的应用与设计实例　　四川职业技术学院电子电气工程系　　【摘要】为了更好地了解我国空气源热泵方面的发展动态，本文将对近年来我国关于空气源热泵的研究进行分析，并在此基础上指出空气源热泵所存在的问题及有待改进的方向。最后通过工程实例分析，说明恰当的设计是空气源热泵系统顺利得以应用的关键。　　【关键词】空气源热泵；研究现状；应用　　一、热泵工作原理　　一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中或空气中（如图1所示）。　

2、　热泵在工作时，把环境介质中的能量QA在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC，QC=QA+QB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA；其制热系数为εh=QC/QB，可见εh值恒大于1。因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。　　热泵的分类多种多样，按与热泵的蒸发器和冷凝器换热的介质不同分类，热泵可以分为：空气源热泵、地源热泵、水源热泵等等。　　二、我国空气源热泵的研究现状　　空气源热泵是以空气作为高温（低温）热源来进行供热（供冷）的装置。相对于其它热泵类型而言，我国对空气源热泵

3、的研究起步较早，研究内容也较多。以环境空气作为低品位热源，可以取之不尽，用之不竭。空气源热泵安装灵活、使用方便、初投资相对较低，且比较适用于分户安装，这也就使得我国空气源热泵冷热水机组市场空前繁荣，生产研制已经比较成型，产品规格齐全，品牌繁多。随着空气源热泵在我国应用的日趋广泛，了解我国空气源热泵的研究状况对于后续研究而言具有重要的意义。　　1、空气源热泵结霜、化霜问题的研究　　由于空气源热泵冬季采用空气作为热源，所以，随着室外温度的降低，其蒸发温度也随之降低，蒸发器表面温度随之下降，甚至低于0℃。此时，当室外空气在流经蒸发器被冷却时，其所含的水分就会析出并依附于蒸发器表

4、面形成霜层。结霜对热泵是极其不利的，随着霜层的形成，蒸发器传热热阻增加，蒸发温度下降，机组的性能下降，工况恶化，制热量也将下降，这将严重影响压缩机以及热泵整体的性能。同时，除霜带来的额外费用还将降低空气源热泵的经济性。尽管空气源热泵具有很多优点，但受室外环境的限制也比较大，这也是空气源热泵目前仅在我国黄河以南地区得到了广泛应用的主要原因。而在黄河以北地区，应用空气源热泵则根据所处地区不同有其特殊要求。　　结霜机理、化霜方法一直是空气源热泵研究与应用中要解决的重点与难点。目前，有不少关于空气源热泵机组冬季运行状况的研究，主要分析供热时不同工况下空气盘管表面湿空气结霜、结露及

5、干冷却特性，并结合结霜过程进行试验和模拟，分析了迎面风速、环境温湿度、翅片间距、管排数等参数对结霜性能的影响及其可能产生的一系列后果。了解结霜机理的主要目的是要解决如何除霜的问题，传统的除霜控制方法主要包括：定时除霜法、时间―温度（压力）法、空气压差控制除霜法、霜层传感器控制除霜法、声音震荡器控制除霜法、最大平均供热量控制除霜法、最佳除霜时间控制法等。近年来由于计算机技术的发展，将模糊控制技术引入空气源热泵除霜问题的研究，作为一项先进可行的新技术，逐渐引起了人们的注意。这主要是因为空气源热泵结霜问题的影响是多因素、非线性的，而模糊控制技术的优势就是处理多维、非线性、时变问

6、题。将模糊控制技术引入空气源热泵的除霜控制，通过对除霜过程的系统响应分析，可以使除霜控制能够自动适应机组工作环境的变化，达到智能除霜的控制要求。此外，还有考虑环境工况变化的双温度传感器智能化除霜控制方法等。`　　2、空气源热泵节能问题的研究　　?是对系统能的质与量的综合评价。对系统进行?分析可以揭示出系统中?损失的部位、类型和数量，以便设法减少这些损失。通过?计算分析可知，压缩功只有20%被利用，有80%被损失，其中，压缩机?损失占30.7%，冷凝器占20.14%，蒸发器占17.15%，毛细管占10%。由此我们可以看出，空气源热泵系统节能的主要部件是压缩机，提高压缩机本身

7、的技术指标，是提高整个系统?效率的关键，而冷凝器和蒸发器?优化措施主要是设法降低传热温差。当然，系统的节能改进与经济性是相互制约的，仅从能效进行分析有一定的局限性。从这个角度出发，有关研究人员提出供热最佳经济平衡点的概念，以期在此最佳经济平衡点温度条件下，整个供热系统（热泵+辅助热源）的初投资与运行费最少，从而合理实现热泵节能优化。此外，通过空气源热泵机组与水冷冷水+锅炉机组、溴化锂吸收式机组3种方案的经济性比较可以得出，空气源热泵相对于其它两种形式而言，经济性上具有显著的优越性。　　3、计算机模拟在空气源热泵系统中的应用