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空氣源熱泵機組結霜及除霜控制方法的研究點擊：1943 日期：[ 2014-04-26 21:39:47 ] |
| 空氣源熱泵機組結霜及除霜控制方法的研究 侯春枝 陳 恩 蔣德倫 丁東旭 (合肥通用機械研究院) 摘 要：討論影響空氣源熱泵冷熱水機組結霜的因素及常用除霜控制方式,并結合機組的實際運行情況提出一種典型的除霜控制流程。 關鍵詞：空氣源熱泵冷熱水機組 結霜 除霜 空氣源熱泵冷熱水機組在冬季運行時,制熱效果不是很理想,尤其是在氣候十分寒冷的地區。其主要原因是由于空氣源熱泵冷熱水機組用空氣作為冷源和熱源,當室外換熱器翅片表面溫度低于空氣露點溫度且小于0℃時,風冷換熱器表面會結霜,從而增加了空氣和換熱器之間的熱阻,同時霜層使空氣流動阻力增加,空氣流量減小,使風冷換熱器的換熱量降低。所以研究影響空氣源熱泵冷熱水機組結霜的因素及其除霜控制就顯得尤為重要。所以以下筆者從影響風冷翅片換熱器結霜的參數、常用除霜方式及典型除霜控制流程三方面進行分析。 1·影響風冷翅片換熱器結霜的參數[1] 霜層的形成和影響因素比較復雜,綜合國內外有關學者的研究成果,并結合實際工作經驗,可將影響風冷換熱器結霜特性的參數歸納為以下幾個方面: 1)迎面風速:在強制對流情況下,迎面風速對霜的形成有較大的影響。迎面風速很小時,使負荷減小,造成蒸發溫度快速下降,進而使盤管結霜速度加快,且霜層厚度增加;反之,當迎面風速較大時,使負荷增大,蒸發溫度上升,溫差減小,降低了結霜的傾向,使結霜狀況明顯改善。 2)室外空氣溫濕度:結霜與空氣溫度、相對濕度的關系見圖1。 圖1中虛線區域為可能結霜區,陰影部分為必然結霜區。從圖中可以看出,空氣相對濕度越大,室外盤管越容易結霜。當相對濕度大于75%時,溫度低于5℃時就開始結霜了。羅鳴[2]認為,在長江流域的氣候條件下,當空氣相對濕度小于50%時,盤管就很少會結霜;另一方面,當盤管表面溫度低于0℃,且低于入口處空氣的露點溫度時,空氣中的水分就會析出并在盤管表面結霜。盤管表面與入口空氣之間的溫差越大,結霜速度越快,結霜也會越嚴重。在我國東北等寒冷地區,最冷月平均溫度為-10~0℃,日平均溫度在5℃以下的天數為90~145天,大部分時間在結霜區域內,這更進一步說明空氣源熱泵冷熱水機組在寒冷地區冬季制熱效果更差。 3)翅片換熱器的結構:影響室外換熱器結霜特性的換熱器結構包括翅片間距,分路數,沿氣流方向的管排數及肋片邊緣效應等。 影響空氣源熱泵冷熱水機組結霜的因素除上面所介紹的3點外,機組運行時間及開停周期中停機時間的長短等都會影響機組的結霜速度和厚度,在此就不一一贅述。 2·常用除霜方式 按照除霜熱源不同,空氣源熱泵冷熱水機組主要有電加熱除霜和熱氣除霜2種方式。電加熱除霜一般用于小型家用空調,工商業用的大型空氣源熱泵機組通常采用熱氣除霜。由于關于家用熱泵空調除霜方式研究的文獻已經很多,所以在此僅就工商業常用的空氣源熱泵冷熱水機組的熱氣除霜方式加以分析。常見的熱氣除霜控制方法有:壓差控制法、溫度-時間控制法和溫差-時間控制法。 2.1 壓差控制法 室外換熱器的空氣流通阻力和翅片間距有關。隨著霜層的增厚,空氣流通面積減小,換熱器進出風的壓差增大。當其增大到設定值時,控制系統就會發出除霜指令,使機組進入除霜狀態。隨著除霜的進行,霜層逐漸變薄。當換熱器進出風側的壓差降到除霜終止的設定值時,控制系統又會發出終止除霜的指令,這就是壓差控制除霜的原理。該方法要根據運行時間的長短等因素來定期調整壓差設定值,這樣做一方面增加了機組的維護難度,另一方面又降低了機組的可靠性,此方法現在已很少使用。 2.2 溫度-時間控制法 機組在制熱工況下,低溫低壓的制冷劑進入室外翅片盤管換熱器,使盤管溫度下將,當盤管溫度(或吸氣壓力)下降到設定值t1時,由溫控器的感溫包將信號輸入時間繼電器開始計時,同時進入除霜模式,即制冷工況;當盤管溫度(或排氣壓力)上升到設定值t2時或除霜執行時間達到設定的最長除霜時間b,即只要t2或b中任意一個達到設定值以后除霜模式即告終止,機組又恢復到制熱工況,翅片管的溫度又不斷下降;當盤管溫度第2次下降到設定值t1時,同時又超過設定的除霜周期a,此時要t1和a同時達到設定值后才能進入第2次除霜模式,如此周而復始。 2.3 溫差-時間控制法[2] 機組在冬季制熱時,翅片盤管換熱器內的制冷劑和室外空氣之間將保持適當的溫差,液體制冷劑在低于室外空氣的條件下蒸發吸熱。當盤管空氣表面結霜以后,使進風溫度和盤管溫差增大,當該溫差達到機組設定溫度時,而且距上一次的除霜間隔也已達到設定值a,機組即進入除霜模式。當盤管溫度(或排氣壓力)上升到設定值或除霜時間達到設定的最長除霜時間b時除霜結束。 除上述3種除霜方法外,還有定時除霜法。該種方法僅簡單地控制時間,例如設定30 min化霜一次,機組就會機械地到30 min化霜一次,而不管室外空氣等其他參數,此種除霜方法僅在電子控制之前采用,現在已經逐步被淘汰。目前經常用的是溫度/溫差-時間控制法。 3·典型除霜控制流程[3] 從理論分析上看,除霜參數似乎就包括除霜溫度、除霜間隔和除霜時間3個方面,但在機組的實際運行中,還必須要綜合考慮諸如系統的蒸發壓力、冷凝壓力、水流量、壓縮機的油壓差和內置保護等因素。圖2為空氣源熱泵冷熱水機組實際運行中典型的控制流程。 從圖2可以看出,該控制流程不但考慮了壓縮機的運行安全,還為了確保除霜效果,在除霜結束條件滿足后,四通閥換向前開啟風機,以吹走盤管上被融化的水分。如果沒有這一步驟,而直接停止化霜循環,盤管上未干的水分就會重新結霜,降低除霜效果。 4·結束語 筆者就影響空氣源熱泵冷熱水機組結霜的因素、常用的除霜方法進行了分析討論,并根據機組的實際運行特點提出了一種典型的除霜控制流程。該流程經實踐證明是目前諸多控制流程種比較經濟、合理的一種,可以在空氣源熱泵冷熱水機組中廣泛推廣。 參考文獻 [1]NealDL O,Tree D R.A review of frost formation insimple geometries. ASHRAE Transactions, 1985, 91(2A):267-281. [2]蔣能照.空調用熱泵技術及應用.北京:機械工業出版社,1997. [3]朱瑞琪.制冷裝置自動化.西安交通大學出版社,1993. [4]羅鳴.空氣源熱泵冷熱水機組除霜研究.建筑熱能通風空調,2002,(6):15-17. |
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