王 妍 李 晶*

(長(zhǎng)春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

空氣源熱泵蓄能與常規(guī)除霜系統(tǒng)特性參數(shù)比較

王 妍 李 晶*

(長(zhǎng)春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的前提下，對(duì)常規(guī)除霜系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并簡(jiǎn)單介紹了改造過的蓄能除霜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)，并將蓄能除霜方法與常規(guī)除霜方法在相同工況下主要特性參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了比較，從而驗(yàn)證了空氣源蓄能除霜方法的科學(xué)性和合理性。

空氣源熱泵，除霜，蓄能除霜

0 引言

在我國(guó)空氣源熱泵得到廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際使用過程中常會(huì)產(chǎn)生結(jié)霜的情況，這種情況不僅出現(xiàn)在冬季的南方高濕地區(qū)，同時(shí)在需求供暖的冬季北方地區(qū)，在春季和秋季供暖的過度季節(jié)，相對(duì)濕度與溫度都在易結(jié)霜范圍內(nèi)，所以除霜的應(yīng)用是要普及的。美國(guó)Baxter等人對(duì)一臺(tái)空氣源熱泵進(jìn)行試驗(yàn)[3]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明除霜時(shí)消耗的能量占整個(gè)機(jī)組消耗能量的10.2%，消耗的能量很多，所以在低溫高濕的環(huán)境下運(yùn)行室外側(cè)換熱器的除霜是必要的，同時(shí)由于不同的除霜控制方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)27%的情況下是在室外側(cè)換熱器蒸發(fā)器翅片表面結(jié)霜不嚴(yán)重或者不需要除霜時(shí)進(jìn)行了除霜，也就是產(chǎn)生了誤除霜的情況，這樣就產(chǎn)生了大量的能源浪費(fèi)，同時(shí)減少了供暖能力，影響供暖效率。所以本文中對(duì)空氣源熱泵蓄熱除霜方法的研究是有必要的。

1 空氣源熱泵蓄能除霜系統(tǒng)的改造

1.1 空氣源熱泵蓄能除霜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改造

經(jīng)過各參數(shù)對(duì)比，實(shí)驗(yàn)中所使用的空氣源熱泵機(jī)組為型號(hào)KFR-23GW/DY-GA(E5)家用分體式壁掛空調(diào)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母脑?。由圖1可以看出，實(shí)驗(yàn)時(shí)可通過控制F1～F7這7個(gè)開關(guān)，使蓄熱器以不同的方式連入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(以制冷劑流過蓄熱罐先后作為參照，先流過蓄熱罐稱作上游)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作的需要，本實(shí)驗(yàn)最常用的連入方式為上游蓄熱，下游除霜。實(shí)驗(yàn)中常用的蓄熱除霜方式(上游蓄熱，下游除霜)的基本運(yùn)行模式是：當(dāng)熱泵系統(tǒng)處于制熱循環(huán)時(shí)，由壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)首先進(jìn)入蓄熱器的盤管(若采取并聯(lián)方式則同時(shí)進(jìn)入蓄熱器與室內(nèi)機(jī)的盤管)，通過盤管導(dǎo)熱作用與盤管外蓄熱介質(zhì)發(fā)生熱交換，蓄熱介質(zhì)吸收制冷劑工質(zhì)冷凝過程中釋放的熱量開始蓄熱。除霜時(shí)，四通閥換向，壓縮機(jī)排出高溫工質(zhì)與蓄熱器中存儲(chǔ)的熱量同時(shí)進(jìn)入室外側(cè)換熱器，加熱翅片管，融化其表面霜層，達(dá)到除霜目的，如圖1所示，為實(shí)驗(yàn)用機(jī)組系統(tǒng)原理圖。

1.2 蓄能除霜系統(tǒng)的控制系統(tǒng)改造

由于要對(duì)常規(guī)除霜系統(tǒng)和蓄能除霜系統(tǒng)一些參數(shù)規(guī)律的變化進(jìn)行對(duì)比，所以要對(duì)系統(tǒng)中控制除霜開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的除霜控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造。在除霜時(shí)常規(guī)除霜系統(tǒng)有一套自己常用的自動(dòng)控制方法，經(jīng)過課題組對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)機(jī)組的觀察發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)機(jī)組所帶的自動(dòng)除霜控制方法為時(shí)間控制法，即開機(jī)40 min后機(jī)組停機(jī)四通閥換向，機(jī)組除霜開始，并且在除霜8 min后停機(jī)，機(jī)組繼續(xù)進(jìn)入供熱工況。然而根據(jù)觀察，當(dāng)室外側(cè)換熱器翅片上結(jié)霜很嚴(yán)重，但沒有到達(dá)除霜時(shí)間，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行，根據(jù)對(duì)電流表的觀察，電流會(huì)快速上升，同時(shí)壓縮機(jī)的排氣壓力急劇上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)40 min開始除霜時(shí)壓縮機(jī)排氣壓力已經(jīng)超過了閾值，所以這是一個(gè)很危險(xiǎn)的情況；另一種情況就是室外機(jī)翅片上的霜層厚度不夠，機(jī)組到達(dá)了除霜時(shí)間就開始自動(dòng)除霜，這樣不僅浪費(fèi)能源同樣的也使除霜時(shí)室內(nèi)機(jī)的翅片溫度降得很低，從而導(dǎo)致室內(nèi)側(cè)的空氣品質(zhì)下降。同樣的，自動(dòng)除霜系統(tǒng)是無(wú)論除霜是否完畢都會(huì)固定除霜8 min。這種控制方法會(huì)有兩種缺點(diǎn)，第一是霜層已經(jīng)完全清除但是沒有到達(dá)除霜結(jié)束時(shí)間，所以仍然會(huì)繼續(xù)除霜，導(dǎo)致了能源的浪費(fèi)；第二，當(dāng)霜層厚度比較大的時(shí)候，到除霜除了8 min的時(shí)候，由固態(tài)霜變成液體的水珠沒有完全蒸發(fā)掉，這樣會(huì)導(dǎo)致下次制熱循環(huán)時(shí)水珠迅速凝固成固態(tài)的冰晶，影響翅片間空氣流通使機(jī)組的制熱效果更差。對(duì)于蓄能除霜控制系統(tǒng)，我們將其中自帶的控制芯片拆出，可以手動(dòng)控制結(jié)霜和除霜時(shí)間，四通閥換向，使整個(gè)系統(tǒng)控制起來(lái)更靈活。

2 常規(guī)除霜與蓄能除霜時(shí)各參數(shù)的變化規(guī)律對(duì)比

2.1 蓄能除霜系統(tǒng)與常規(guī)除霜系統(tǒng)壓縮機(jī)排氣溫度對(duì)比

如圖2所示為室外溫度-1 ℃，相對(duì)濕度RH 75%時(shí)蓄能除霜系統(tǒng)與常規(guī)除霜系統(tǒng)壓縮機(jī)排氣溫度的對(duì)比。由圖2中可以明顯看出蓄能除霜系統(tǒng)在除霜時(shí)排氣溫度比常規(guī)除霜系統(tǒng)高，這樣整個(gè)系統(tǒng)的溫度都有所升高，可以使除霜速度更快。蓄能除霜系統(tǒng)壓縮機(jī)排氣溫度在90 s時(shí)升高到最大值，而常規(guī)除霜系統(tǒng)在150 s左右升高到最大值，壓縮機(jī)的排氣溫度升高的快說(shuō)明蓄能除霜系統(tǒng)蓄熱器中的熱量釋放回了整個(gè)機(jī)組，這樣才會(huì)使得機(jī)組溫度高且升溫快。圖2中很明顯可以觀察到當(dāng)5 min 30 s的時(shí)候蓄能除霜系統(tǒng)的壓縮機(jī)排氣溫度不再下降，這個(gè)溫度一直保持到6 min除霜結(jié)束，而常規(guī)除霜系統(tǒng)在7 min左右溫度不再下降，此后保持相對(duì)的穩(wěn)定，由圖2中看出溫度會(huì)存在小范圍的波動(dòng)，也可由壓縮機(jī)的排氣溫度看出，蓄能除霜系統(tǒng)在除霜時(shí)更穩(wěn)定。兩者曲線的大致變化規(guī)律基本相似，但是蓄能除霜系統(tǒng)壓縮機(jī)的排氣溫度上升速度快并且溫度高，這樣節(jié)省了加熱的時(shí)間，同時(shí)由于溫度高所以使得除霜的速度更快，使得機(jī)組更快的進(jìn)入到平穩(wěn)的階段，即除霜完成階段。這樣蓄能除霜系統(tǒng)在6 min時(shí)即可將霜全部除干凈，既沒有浪費(fèi)時(shí)間同時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)霜層沒被除干凈的現(xiàn)象。

2.2 蓄能除霜系統(tǒng)與常規(guī)除霜系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)進(jìn)口溫度對(duì)比

如圖3所示為蓄能除霜系統(tǒng)與常規(guī)除霜系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)進(jìn)口溫度的對(duì)比。圖3中室外機(jī)所處的環(huán)境溫度為-1 ℃，相對(duì)濕度RH 75%。由圖3中可以看出蓄能除霜室內(nèi)機(jī)盤管進(jìn)口溫度下降速度明顯比較慢，同時(shí)溫度最低值也比常規(guī)除霜系統(tǒng)高，在-15 ℃以內(nèi)，這是由于蓄能除霜系統(tǒng)提供熱量是兩部分，一部分是蓄熱罐內(nèi)的蓄熱材料的相變時(shí)吸收并儲(chǔ)存的熱量，另一部分是逆循環(huán)時(shí)機(jī)組自身熱量，所以對(duì)于室內(nèi)熱量的吸收比常規(guī)除霜時(shí)要少。同時(shí)，由圖3中可以看出，蓄能除霜明顯的出現(xiàn)速率不同的兩部分，這是由于一部分由蓄熱器中能量參與的除霜過程，一部分則是蓄熱器內(nèi)能量沒有參與的除霜過程，所以在圖中顯示為速率不同的兩部分除霜過程。而常規(guī)除霜方法的曲線則基本是一個(gè)平滑的下降趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

1)本實(shí)驗(yàn)所應(yīng)用的空氣源熱泵蓄能除霜系統(tǒng)，可以完成整個(gè)對(duì)于常規(guī)除霜和蓄能除霜實(shí)驗(yàn)的要求，并且可以獲取整個(gè)實(shí)驗(yàn)中較為準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

2)與常規(guī)系統(tǒng)相比，蓄能除霜改善了低位熱源不足的缺點(diǎn)，這樣可以很大程度上縮短除霜的時(shí)間，由于除霜時(shí)間相對(duì)較短，并且室外側(cè)換熱器盤管溫度較高，所以室外溫度和濕度對(duì)除霜的影響很小，在除霜的時(shí)候可以不考慮外界環(huán)境因素對(duì)除霜的影響，決定除霜時(shí)間長(zhǎng)短主要是結(jié)霜量的多少。

[1] 韓志濤,劉曙光.中重度結(jié)霜下空氣源熱泵蓄熱除霜實(shí)驗(yàn)研究[J].煤氣與熱力,2012(17)：33-35.

[2] 董建鍇,姜益強(qiáng),姚 楊,等.空氣源熱泵相變蓄能除霜特性實(shí)驗(yàn)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011(6):90-91.

[3] 韓志濤．空氣源熱泵常規(guī)除霜與蓄能除霜特性實(shí)驗(yàn)研究[D]．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2007：1- 45．

The comparison of characteristic parameter air-source heat pump energy-storage and conventional defrosting system

Wang Yan Li Jing*

(SchoolofMechatronicalEngineering，ChangchunUniversityofScienceandTechnology，Changchun130022,China)

In the premise guaranteeing indoor air quality, the paper transforms conventional defrosting system, simply introduces transformed energy-storage defrosting structure and control system, and compares major parameters altering law of energy-storage defrosting method and conventional defrosting method under similar working conditions, which testifies the air-source energy-storage defrosting method scientific and rational.

air-source heat pump, defrosting, energy-storage defrosting

2015-06-20

王 妍(1986- )，女，碩士，助教

李 晶(1976- )，女，博士，講師

1009-6825(2015)25-0139-02

TQ051.5

A