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對循環熱泵空調體系效能的研討

www.lszllk.com2011年12月20日 14:50 點擊:1134

    當翅片換熱器表面結霜時往往引起換熱能力降低,熱泵系統性能下降,嚴重時甚至造成無效耗功。因此掌握空氣―水熱泵空調系統在不同空氣溫濕度條件下的運行特性及結霜對熱泵系統工作性能的影響,對提高空氣―水熱泵系統的設計和運行管理水平、進一步推廣熱泵技術有重要意義。
  1空氣―水熱泵系統的動態模擬研究
  空氣―水熱泵系統的動態模擬作為對其工作特性研究的一種理論支持,同時也要接受相應的實驗研究的檢驗。整個動態模擬數學模型以下述假設為基礎:(1)熱交換器內、外側的介質為均勻分布;(2)制冷劑在管內為一維流動,各部件間接管無壓降;(3)凝露和結霜不同時在翅片表面出現;霜層的形成為漸進式,每一霜層的密度與導熱率因其凝結時空氣―霜交界面溫度不同而存在差異;(4)節流機構能提供與壓縮機吸氣量相平衡的制冷劑量;(5)系統中過冷與過熱段對傳熱的影響忽略不計,冷庫安裝制冷劑側換熱系數按兩相區換熱關系式考慮;在此前提下結合熱泵循環的特點,通過對工質熱物性計算以及建立壓縮機、水熱交換器、節流機構、空氣熱交換器、風機等設備工作過程的數學模型,編制出空氣―水熱泵系統工作特性動態模擬軟件(軟件略)。運行該軟件,我們取得了與實驗研究吻合的結果,其誤差值均在6.5以下。誤差產生的原因在于假設條件下修正系數取值偏差和因系統結構方面的原因造成的測量精度誤差所致,對研究結果無實質性影響。
  2動態模擬及實驗研究結果
  實驗研究的目的在于:(1)測試環境空氣溫度變化對熱泵系統性能的影響。(2)測試環境空氣濕度變化對熱泵系統性能的影響。(3)測試結霜過程對熱泵系統性能的影響。
  空氣翅片式換熱器空氣流量變化率及制熱量隨霜層厚度增加而降低的特性,冷庫工程如所示;熱泵系統在結霜條件下輸入功率、制熱量隨結霜時間增長而減少以及霜層厚度隨結霜時間增長而增厚的特性。
  3對研究結果的討論
  3.1環境空氣干球溫度變化的影響
  環境空氣干球溫度上升實際上是空氣熱交換器(即熱泵循環時的蒸發器)進風溫度上升,因此其管內側制冷劑蒸發溫度升高、汽化量增大隨之引起壓縮機吸氣壓力和溫度升高,導致排氣壓力和溫度相應上升,冷凝負荷(制熱量)增加,COP值提高,使熱泵技術性能得以充分發揮,對熱泵循環十分有利。
  而當空氣干球溫度下降時,結果與上述情況相反。冷庫價格 當達到-5℃以下時,其COP值已非常低,系統難以維持正常工作性能。
  3.2環境空氣濕球溫度變化的影響
  在環境空氣干球溫度一定的條件下,其相對濕度與濕球溫度呈一一對應關系,表現為一定干球溫度下的空氣其濕球溫度高則相對濕度大。因而當空氣熱交換器表面溫度在0℃以上、空氣露點溫度以下(凝露期)時,由空氣中的水蒸汽凝結放出潛熱使換熱器效率提高,系統制熱量增大,COP值提高,即:處于凝露期時,相同干球溫度下空氣濕球溫度越高(相對濕度越大)則熱泵循環各項性能越好。
  但是當空氣熱交換器表面溫度處于0℃以下的結霜期時,其結論與之相反,熱泵循環性能惡化甚至喪失。
  3.3空氣熱交換器結霜造成的影響
  霜層的形成是一個復雜的傳熱傳質過程。霜層的厚度、密度、導熱率以及空氣熱交換器的空氣流量、翅片效率等均隨時間而變的特性對熱泵系統各設備性能參數的動態耦合性和系統工作性能具有決定性的影響。主要表現為以下幾個方面:(1)霜形成的過程中有一定的潛熱排放??諝猕D霜交界面隨時間的增長而逐漸外移,   維修冷庫 冷庫咨詢 界面溫度ts隨霜層厚度增加(即時間延長)而改變。結霜初期由于水蒸汽凝結為霜,其潛熱排放量較大,ts有一個短暫的上升,隨后由于霜層的增厚,空氣流量相應減少,潛熱排放減少,ts下降。從總的效果看,結霜潛熱對系統性能的影響很小,可以忽略。
 ?。?)霜的形成增加了翅片式換熱器(換熱器設計對散熱體積的影響)表面的粗糙度,雖可以增大一些空氣側換熱系數,但由于霜的導熱率很低,傳熱熱阻增大,最終使空氣熱交換器換熱能力下降,引起熱泵循環效率降低。
 ?。?)霜層的存在和不斷增厚使空氣流經空氣熱交換器時阻力增大、流量減少、迎面風速降低、空氣側換熱系數減小。其具體表現為:當霜層厚度<0.1mm時空氣流量無明顯變化,此后隨霜層厚度增加,流量急劇下降,冷庫維修對空氣熱交換器傳熱惡化起主導作用。
  綜合熱泵空氣熱交換器結霜的動態模擬和實驗研究結果可以發現,結霜厚度在0.1mm以下的霜形成期,結霜不會對熱泵性能產生不良影響,有時甚至會有利于系統性能的改善。一般在結霜開始5分鐘左右最為有利,然后這一影響逐漸減弱。同時這種有利影響受空氣相對濕度大小的制約,空氣相對濕度越大,對其影響力越弱,相對濕度達70時該影響為零。
  在形成期后的霜成長期,空氣相對濕度越大霜層厚度隨時間增加越快,熱泵循環的蒸發溫度、冷凝溫度、輸入功率、制熱量和COP值均下降??梢妼Y霜過程的有效控制將成為提高熱泵循環性能的關鍵。
 ?。?)在干球溫度相同的條件下,不同相對濕度的空氣在熱泵系統運行中存在一個蒸發溫度、冷凝溫度、輸入功率、制熱量等項指標基本相同的時間點。該點表現了一定干球溫度下熱泵系統工作性能的平均水平,安裝冷庫 同時反映了結霜過程對循環性能影響的平均水平。例如本研究中空氣干球溫度為3℃時,該點處于結霜后約40分鐘的時間點上,而6℃時,該點則處于結霜后約45分鐘時間點處。
  如果根據該特性點控制霜層形成和成長周期,就可以促進熱泵系統始終保持良好工作狀態和最佳性能。

(來源: www.lszllk.com


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