空气源热泵逆循环除霜优化研究现状与发展趋势

空气源热泵在低温高湿环境下运行制热工况时,存在其室外空气侧翅片管换热器表面结霜这一难题,无数国内外学者投身于热泵除霜研究,尤其针对具有改造简单、除霜效率高、不需外加辅助热源等诸多优点的逆循环除霜.文中围绕性能优化对比实验研究、性能优化数值模拟研究、控制策略优化研究等三方面,对既有空气源热泵逆循环除霜的前沿研究成果进行了综述.结果表明,相变蓄能逆循环除霜方法因解决了除霜时能量不足的根本性问题,成为性能优化对比实验研究部分的重点;针对竖置式多环路换热器除霜过程的阶段划分、化霜水流动对除霜过程的负面影响、逆循环初始阶段换热器间金属蓄热量的迁移、除霜过程数理建模的验证与外推等,成为性能优化数值模拟研究方面的重点;为优化逆循环除霜起始与结束阶段的控制策略而对霜层厚度与结霜总量的精密测量,以及对四种典型误除霜现象的消除等成为控制策略优化方面的研究重点.最后,对空气源热泵逆循环除霜的未来研究进行了展望,尤其指出需加强对热泵结霜前期竖置翅片表面微小冷凝水滴的粒径与分布等生长状态,水滴形变、滑移、破裂、凝并、撞击等动力学行为变化规律,及水滴成核与相变时内部温度场分布等热力学行为变化规律的综合研究.本综述旨在为空气源热泵逆循环除霜领域的系统设计优化与结霜除霜机理研究提供借鉴与参考.     

温湿度对空气源热泵相变蓄能除霜系统特性影响

为明确空气温湿度对空气源热泵相变蓄能除霜系统除霜过程系统动态特性的影响,进行了室外环境温湿度对系统除霜特性影响的实验研究．结果表明,相变蓄能除霜可以有效保证除霜过程压缩机吸气压力035 MPa以上,高于系统低压保护设定值;温度一定时,随着室外空气湿度的增大除霜所需时间和除霜能耗逐渐增加;空气相对湿度一定时,除霜时间和除霜能耗随着空气温度的降低先增加后减少,其中-3 ℃工况下除霜时间最长和能耗最大．温湿度对除霜系统动态特性具有重要影响,相变蓄热器可有效提高空气源热泵除霜过程系统运行的可靠性,-3 ℃工况可选为设计除霜用相变蓄热器最不利工况．     

空气源热泵蓄能热气除霜新系统与实验研究

针对空气源热泵在除霜时室内环境热舒适性恶化、机组除霜可靠性差等问题,基于能量的时空合理利用理论,将相变蓄能装置引入到热泵系统中,提出空气源热泵蓄能热气除霜新系统.把热泵平时高效运行时的余热转存到蓄热器内,使之作为热泵除霜工况下的低位热源,从根本上解决了热气除霜时能量来源不足的问题.介绍了空气源热泵蓄能热气除霜实验台,对传统热气除霜系统与蓄能热气除霜新系统的除霜特性进行了对比实验,实验结果充分表明了蓄能热气除霜新系统的优越性.     

空气源热泵蓄能除霜动态实验台的搭建及研究

为解决现有空气源热泵除霜时由于能量来源不足而存在的各种问题,提出空气源热泵蓄能热气除霜的新方法,并对其实验流程进行设计.完成实验台的搭建以及常规热气除霜与蓄能热气除霜的对比实验.结果表明:蓄能热气除霜的实验流程是可行的,可以有效缩短除霜时间150s左右;提高吸气压力180kPa左右;恢复供热的时间也明显缩短;其除霜效果明显优于常规除霜.     

空气源热泵相变蓄能除霜蓄能特性实验研究

为了研究空气源热泵相变蓄能除霜过程中不同蓄热模式下的系统特性,在人工模拟环境下,对不同的蓄热模式特性进行了实验研究。实验结果表明：串联蓄热模式下,压缩机吸排气压力和温度分别稳定在0.38 MPa和1.65 MPa以及-6.9℃和75.0℃,而并联蓄热模式和单独蓄热模式下吸排气压力低至0.12 MPa和1.16 MPa,排气温度高达122.5℃。串联蓄热模式下,相变材料在蓄热过程中很好的完成相变,室内机出风温差达到18.0℃,压缩机耗功达到825 W。因此,串联蓄热模式下系统压力和温度等特性最为稳定,且蓄热过程时间较短,对室内供热影响最小,具有较强的可行性。     

双级耦合热泵供暖化霜

在江浙等湿热地区应用双级耦合热泵即空气源热泵代替水环热泵系统中的锅炉，空气源热泵制取低温热水作为水环热泵的热源，空气源热泵制冷循环除霜会使其供热量减少.在水环热泵空调系统中有串联在水环路上的蓄热水箱来改善系统的运行特性.通过计算，选择了合适的空气源热泵、水环热泵和蓄热水箱，通过实验研究了蓄热水箱对化霜的影响.由于蓄热水箱的存在，中间环路的热惯性较大，空气源热泵机组结、化霜对系统的影响与室温的稳定性几乎无关.空气源热泵机组可以应用于该系统，本实验系统的各项技术指标均能满足实际工程要求，为推广应用提供了必要的数据.     

空气源热泵除霜动态特性实验台研制

针对空气源热泵冬季运行时室外侧蒸发器结霜问题,为了研究空气源热泵的除霜机理、规律和除霜能耗,研制了空气源热泵除霜动态特性实验台.介绍了该实验台的设计方案、主要构成和数据采集系统,并对数据采集系统实时采集出的热泵四个主要部件的压力和温度等热工数据进行分析,综合得出:该实验台操作简单、数据采集自动化程度高且可靠,完全可以模拟实际工况,可为空气源热泵除霜动态特性研究提供十分便捷的平台.     

太阳能空气源热泵复合系统实验研究

本文基于太阳能集热器的运行不稳定性和空气源热泵冬夏季极限天气性能衰减,建立了一种太阳能一空气源复合热泵系统,并对其运行模式和技术特点进行了分析.实验测试了夏季名义工况和最大负荷工况下复合系统制冷兼制热水性能系数;冬季室外换热器需要和不需要周期除霜工况下复合系统的制热性能系数;冬季周期除霜工况下热泵的除霜时间和除霜效果.结果表明:该复合系统在夏季(名义和最大负荷工况)和冬季(除霜、不除霜工况)的COP比常规空气源热泵系统高;冬季除霜条件下利用蓄热热水热量反向除霜时间明显小于常规除霜模式的除霜时间且效果良好.     

节流机构对风冷热泵逆循环除霜性能的影响

为研究不同节流机构对逆循环除霜时间的影响,分别用一根外径为22mm的旁通铜管和热力膨胀阀作为除霜时的节流机构,在一台名义制冷量为55kW的风冷热泵冷热水机组上进行了实验研究,结果表明：旁通铜管系统与热力膨胀阀系统对比,总的除霜时间减少了40s,其中融霜时间减少了34s,排水时间减少了10s;在恢复阶段,由于制冷剂的流量较大和板式换热器的内容积比较小,两种节流机构的排气压力都剧烈上升,旁通铜管系统上和热力膨胀阀系统分别上升了488.7kPa和389.9kPa;排水阶段结束时,旁通铜管系统的排气压力比热力膨胀阀系统高453.8kPa,并且在恢复阶段排气压力上升的幅度更大,导致旁通铜管系统的排气压力接近高压保护值。     

地源热泵相变蓄能地板采暖技术性能分析

对地源热泵相变蓄能地板辐射采暖技术与其它供暖方式进行了比较,指出此系统的优点;还将低温热水与电热源两种方式从环境效益方面论证地源热泵低温热水提供热量的可行性,分析了供水温度、相变温度与相变半径、相变材料的填充量以及盘管间距各因素的影响,同时与目前常用的电加热方式进行了经济性分析,年运行费用不到电加热的1/3。     

Operating performance of novel reverse-cycle defrosting method based on thermal energy storage for air source heat pump

To solve the fundamental problem of insufficient heat available during defrosting while ensuring the efficient and safe system operation for air-source heat pumps (ASHPs). A novel reverse-cycle defrosting (NRCD) method based on thermal energy storage to eliminate frost off the outdoor coil surface was developed. Comparative experiments using both the stand reverse cycle defrosting (SRCD) method and the NRCD method were carried out on an experimental ASHP unit with a nominal 2.5 kW heating capacity. The results indicate that during defrosting operation, using the NRCD method improves discharge and suction pressures by 0.24 MPa and 0.19 MPa, respectively, shortens defrosting duration by 60%, and reduces the defrosting energy consumption by 48.1% in the experimental environment, compared with those by the use of SRCD method. Therefore, using the NRCD method can shorten the defrosting duration, improve the indoor thermal comfort, and reduce the defrosting energy consumption in defrosting.     

超疏水换热器抑霜/化霜性能的实验研究

超疏水表面可有效抑制结霜,但其在换热器尺度的制备及抑霜/化霜研究较为缺乏,限制了超疏水改性技术在解决空气源热泵结霜问题上的应用。为获取超疏水换热器的抑霜/化霜性能,通过对常规翅片管换热器进行溶液刻蚀和表面氟化,整体化制备了超疏水换热器。搭建了换热器结霜/化霜实验系统,对比研究了亲水、常规和超疏水换热器的结霜与化霜特性。结果表明：在相同实验工况下结霜60 min,超疏水换热器的结霜量比亲水和常规型分别减少了18.0%和38.6%;化霜时,得益于霜层从翅片表面直接剥落,超疏水换热器的化霜时间短、能耗低。     

空气源热泵中光电转换测霜与类复叠循环除霜相结合新型技术

分析了多种测霜、除霜技术的优缺点,提出将光电转换测霜与类复叠循环除霜相结合可获得更有效的测霜、除霜效果. 具体内容包括:把现已成熟的光电原理运用到测霜装置上,用光电转换测霜,当光电信号的电压值达到除霜要求时,通过智能控制系统及时转换到除霜模式,高压压缩机继续制热,低压压缩机进行除霜循环,实现制热和除霜同时运行. 实验结果表明,测霜、除霜技术的结合既避免了误除霜事故的发生,也保证了压缩机的稳定运行,且缩短了除霜时间,改善了除霜效果.     

水对电晕放电脱硫脱硝影响的研究

依据等离子体理论,研制了水膜式电晕放电试验模型,在不同电压下,对不同体积分数的SO2和NOx烟气的电晕放电形成机理进行了研究。实验结果表明：由于水的存在,高压电极与水膜之间的电晕放电所形成的离子风增强了烟气净化效果,脱硫、脱氮率分别达到95％和80％,这对酸雨的防治和烟气的处理以及对传统的电除尘设备的改进具有重要的意义。     

显热除霜方式的过程控制与试验

为保证显热除霜循环的可靠运行,针对显热除霜循环的除霜机理和作用过程,在基本模糊控制算法的基础上引入具有自学习功能的自适应控制算法,设计出显热除霜方式的自适应模糊控制系统,并通过研制样机进行试验.试验表明:在除霜过程中,显热除霜循环运行平稳,压缩机回气压力波动在0.02MPa以内,同时避免了逆向除霜给热泵系统带来的冲击,消除了"奔油"现象,整个过程中系统供热水温度波动在5℃以内.表明自适应模糊控制算法具有较好的控制品质和控制特性.     

DFS⁃1有机硅油型消泡棒的研发

泡排是目前长庆气田的主体排水采气工艺,部分泡沫到达地面管线后仍然未能消泡,需要辅助消泡剂以降低泡沫对污水处理系统造成的危害。由于液体消泡剂作用时间短、消泡效果差、自动化程度低,近年来长庆气田加大了固体消泡装置应用,但与之配套的固体消泡棒成本高、适用性差,导致消泡效果不明显,严重制约了工艺的推广应用。根据长庆气田水质特征,以二甲基硅油与气相SiO₂颗粒为原料制得硅膏,并辅以固化剂蔗糖及乳化剂S?185,通过熔融反应,冷却后制成固体消泡剂DFS?1。采用Q/SY 17001-2016《泡沫排水采气用消泡剂技术规范》对其进行室内测试,消泡时间小于等于12.1 s,抑泡时间大于10 min,采用模拟地层水对比评价,各项性能参数均符合要求,可满足长庆气田现场应用需求。     

接地极雾化电晕放电除尘器的研究

随着经济的快速发展和排放标准的日益严格,粉尘的去除一直是研究的热点。设计了一种新型的接地极雾化电晕除尘器。该除尘器在放电过程中,对颗粒物荷电的同时使线电极表面液体雾化,从而有效去除粉尘。在试验过程中,首先设定进气的气流速度为1 m/s和3 m/s,改变线电极表面覆盖液体流量及气流方向,研究了接地极雾化负电晕放电伏⁃安特性。其次,设定线电极表面覆盖液体流量为25 mL/min,研究了接地极雾化负电晕放电装置中顺向气流和逆向气流下气流速度对除尘效率的影响。最后,为了研究接地极雾化电晕放电除尘器对高比电阻粉尘的除尘能力,在气流速度为1 m/s的逆向气流中,将比电阻为1.2×1012 Ω·m的水泥粉尘作为高比电阻粉尘进行了试验。结果表明,随着气流速度的增加,除尘效率降低。当气流速度较大的条件下,气流逆向流动时的放电电流比顺向流动时大;在线电极表面覆盖液体流量为25 mL/min时,接地极雾化负电晕放电的电流最大。接地极雾化电晕放电除尘器最优条件为：线电极表面覆盖液体流量为25 mL/min,逆向气流速度为1 m/s。相对于传统的干式电晕放电反应器,接地极雾化电晕放电除尘器对高比电阻粉尘具有更高的除尘效率。