空气源热泵冷热水机组结霜工况性能研究

空气源热泵冷热水机组冬季运行时,空气侧换热器表面容易结霜,结霜将影响机组的供热能力,而且目前除霜过程的可靠性较差。因此,本文结合了当前已有的研究成果,就空气源热泵在冬季运行时结霜的影响因素进行了举例、分析和总结,这对抑制空气源热泵冷热水机组的结霜,提高热泵机组的运行效果和增强系统的制热性能都起到了关键作用。     

表面特性对结霜和融霜排液的影响

对亲水表面、裸铝表面和疏水表面上结霜和融霜排液过程进行实验研究,分析了表面特性对冷凝水珠冻结、霜层生长和融霜排液的影响。结果表明：疏水表面上冷凝水珠呈规则球缺状、冻结较晚,而亲水表面和裸铝表面上冷凝水珠形状不规则;相比于亲水表面和裸铝表面上平整霜层,疏水表面上霜层不平整,有凹穴和凸起;疏水表面上霜层平均厚度增长较亲水表面和裸铝表面缓慢;在湿空气温度和冷面温度较低的情况下,表面特性对霜层生长的影响减弱;亲水表面具有较好的排液效果,其循环再结霜量最小。     

喷淋溶液对无霜空气源热泵系统特性的影响

基于对空气源热泵结霜机理的研究,从抑制结霜的两个条件出发,提出了无霜空气源热泵新系统。选取适用于该系统的喷淋溶液,搭建了实验台。通过实验验证,证明此系统具有可行性。"防霜"模式运行时,送风温差比常规系统高1.5℃,供热量高6%,且送风参数稳定,运行过程中,压缩比基本保持不变,压缩机和系统稳定性高。选用甘油水溶液作为喷淋溶液时,为保证防霜效果,甘油质量分数应在31%~65%;单位迎风面积喷淋流量应在0.53~0.64 t·(h·m²)^-1。     

电辅加热除霜在空气源热泵机组中的应用

空气热源泵在空调工程和热水供应系统中的应用日益广泛,但室外气温低于露点时室外侧换热器翅片表面会结霜,从而影响热泵的供热能力及正常运行,需要采取除霜措施.在综合楼中心空调系统改造中采用了电辅加热除霜方法,通过一年的运行,节能、降耗效果明显.     

融霜下落水对换热器除霜性能的影响

空气源热泵除霜时,融霜水下落会造成换热器整体除霜不均匀,影响除霜性能。为研究空气源热泵在除霜过程中换热器管翅表面的融霜下落水对除霜性能的影响,建立了室外换热器的热气除霜动态模型,对模型进行求解得到除霜过程中的管壁温度、除霜速率以及剩余霜质量等参数随时间的变化规律。结果表明,受融霜水影响时,融霜速率迅速降低,在第67秒时上部区域剩余霜质量变为0,而受下落水影响区域直到第78秒时霜层才全部融化。     

无霜空气源热泵系统冬季除湿性能初步实验

通过对比现有的空气源热泵空调系统的优缺点，提出了一种新型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统最大的新颖之处在于热交换塔实现了“一塔三用”，不仅冬季可以无霜高效运行与再生，夏季蒸发冷却后性能也有所提升。通过搭建该系统实验平台研究了溶液塔入口空气温湿度、空气流量、溶液入口温度、溶液流量、溶液质量分数对除湿性能及空气出口温度与溶液出口温度的影响，结果表明：出口空气与溶液温度随入口空气温湿度、流量、溶液温度、质量分数的升高,溶液流量的下降而升高；溶液塔的除湿效率主要受风量和溶液流量的影响，而入口空气温湿度、入口溶液温度、溶液质量分数影响很小，溶液塔的除湿量随着室外空气湿度的升高、入口溶液温度的降低、空气流量和溶液流量的升高而升高。     

波纹表面结霜的实验研究

结霜工况下,换热器翅片表面结霜会增大换热热阻,堵塞空气流道。在低温高湿条件下对波纹表面的结霜过程进行了实验研究,分析了冷面温度、湿空气流速及波纹结构等因素对波纹表面冷凝水珠冻结和霜层生长的影响。结果表明：冷面温度越低,冻结的冷凝水珠越小,冻结时间也越短;冷面温度越低或湿空气流速越快,霜层生长越快;在相同的实验条件下,波纹表面上霜层的高度比平直表面的低。     

空气源热泵系统换热器及机组性能的实验研究

基于现有的实验测试平台,实验分析了质流密度、干度、风速、翅片形状、蒸发温度、冷凝温度等实验变量对空气源热泵系统性能的影响规律。经实验验证：强化管内换热特性均优于光滑管,在冷凝换热实验中,管内换热系数与质流密度、干度均成正相关,而在沸腾换热实验中,管内换热系数随干度的增加呈现先增大后减小的变化趋势;3种不同翅型换热器,其换热特性优劣顺序为桥片型翅片换热器、百叶窗型翅片换热器、波纹型翅片换热器,而对于同一翅型换热器,空气侧换热系数与风速呈正相关、与翅片间距呈负相关;工况环境主要通过影响压缩机吸排气饱和压力影响机组性能,即压缩机压缩比的增加导致等熵耗功的增大,进而使系统性能降低。     

冷表面结霜生长的数值模型

探讨了冷表面结霜的过程,并综合考虑了冷表面温度、空气湿度、空气温度等因素的影响。通过质量守恒、能量守恒,采用准稳态的方法建立了冷表面的结霜过程数学模型及计算求解方法,研究了在冷表面温度、空气湿度、空气温度一定的情况下,霜层厚度、霜层热阻、霜层密度的变化曲线。提供了一种能够进行霜层生长规律和霜层物性预测的计算方法。     

一种过冷器耦合的准二级压缩热泵系统特性分析及优化

提出了一种过冷器耦合的准二级压缩空气源热泵系统,该系统由两个三套管换热器将两个带过冷器的准二级压缩热泵系统耦合成一个系统,其除霜方式为基于热气旁通除霜的系统耦合除霜,解决了热气旁通除霜时室外换热器产生液态制冷剂的蒸发问题,提高了空气源热泵在低温高湿环境下运行的性能;对新系统正常制热工况进行仿真优化,找出低温工况的最佳中间温度及相应补气系数;对最佳中间温度进行关于冷凝温度和蒸发温度二元线性拟合并得到经验拟合公式。     

太阳能与空气源热泵集成供热系统研究进展

太阳能与空气源热泵能都具有清洁节能的优点,但两者的性能又均受制于天气状况,在某些工况下不能保证较高的运行能效,若将太阳能与空气源热泵组成集成系统,则可实现双方的优势互补。本文从太阳能与空气源热泵的多种结合方式出发,阐述了近期太阳能与空气源热泵集成供热系统的研究进展,分析了喷射器增效双热源热泵和太阳能光伏光热一体化双热源热泵等6种不同集成系统各自的特点,根据每种系统的特点探讨了各种集成方式的适用范围。指出太阳能可以提高空气源热泵的低温性能,缓解空气源热泵的结霜问题,同时空气源热泵也能弥补太阳能不稳定性和不连续性的缺陷,故太阳能与空气源热泵的结合可以提高供热系统的可靠性与节能性。最后,分析了现有研究的不足之处,并提出了关于未来研究方向的建议。     

气候和围护结构对空气源热泵空调系统性能的影响

基于TRNSYS软件建立了空气源热泵空调系统的仿真模型。基于该模型,分别利用我国五大气候区域的气象数据对空气源热泵空调系统进行了仿真分析,仿真结果表明,空气源热泵空调系统能够适用于我国除严寒地区之外的大多数地区,COP能够达到3.2~3.5。此外,还分析了建筑外围护结构传热系数对空气源热泵空调系统运行性能的影响,结果表明建筑负荷与系统能耗和外墙传热系数呈线性相关关系,降低外墙传热系数能够有效地降低系统能耗。     

太阳能与空气复合源热泵热水系统多模式运行实验特性

提出并构建了一种直接膨胀式太阳能与空气复合源热泵热水系统。在南京夏季的晴天、阴天及冬季晴天工况下分别对实验样机的运行特性进行研究。实验结果表明:该系统在不同天气下以不同热源模式高效地将热水加热到55℃。在夏季晴天太阳辐射波动较大时,系统的集热/蒸发器可以同时吸收太阳辐射能和空气热量,以太阳能为主,空气源为辅,平均能效比为4.83;在夏季阴天,系统以空气源热泵模式稳定运行,平均能效比为3.97;在冬季晴天,系统以太阳能热泵模式运行,太阳能的输入提高了热泵蒸发温度,从而缓解了蒸发器结霜问题。     

新型太阳能/空气能直膨式热泵与空气源热泵供热性能对比

针对传统空气源热泵制热时极易出现室外机结霜的现象,提出了可同时吸收太阳能和空气能的新型太阳能/空气能直膨式热泵机组,把太阳能集热器和热泵蒸发器合二为一,使室外机结霜得到有效缓解。为了验证新型太阳能/空气能直膨式热泵机组性能优劣,分别搭建新型太阳能/空气能直膨式热泵系统和空气源热泵系统,在2月26日—3月2日期间,对邯郸某一农村建筑的地板辐射采暖用户进行5天实际测试,对比分析了两种系统的制热性能、耗电量和COP变化情况。通过测试发现室外平均温度为10℃,太阳辐射达到峰值571.5 W·m^-2时太阳能/空气能直膨式热泵的制热量较空气源热泵提高大约70%,全天总制热量较空气源热泵提高大约12%。0～8℃的低温状态时,COP值仍可达到3.46,基本满足建筑采暖需求。并在此基础上对太阳能-空气能直膨式热泵提出进一步的优化措施,逐步推广其在寒冷地区的实际应用。     

空气源热泵热水器中R417A与R22的性能对比

对R417A在空气源热泵热水器中的性能与R22进行了对比实验,测试了不同环境温度下采用R417A与R22的COP、功率、冷凝压力和压缩机排气温度等参数的变化。结果表明,在空气源热泵热水器中,R417A的COP与R22比较接近;排气温度比R22低,系统更加安全;冷凝压力也比R22低,说明在同样的冷凝压力下能够得到温度更高的热水;而且更加环保,比R22更加适合在空气源热泵热水器中使用。     

喷气增焓空气源热泵热性能评价及预测

喷气增焓空气源热泵系统可显著提高系统低温性能,应用在寒冷地区时冬季环境温度普遍在-5℃以下,而且全年温度波动范围非常大,仅以名义工况(干球温度为7℃)评价系统性能,难以准确有效反映系统真实节能效果.为此在兰州地区建立了喷气增焓空气源热泵实验系统,实测不同环境温湿度条件下系统性能,结果表明系统COP在喷气电磁阀关闭时基本呈线性变化关系,瞬时COP可达6.5,在喷气电磁阀开启时COP衰减更为缓慢,瞬时COP在2.0左右;据此分段拟合出热泵COP的经验关联式,确定其适用范围,并进行实验验证,与本实验系统相比其平均相对误差在3%以内.