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        空氣源熱泵融霜控制過程的改進思考

        2020-07-18 11:28:51郭冰閆涵
        科學大眾 2020年5期
        關(guān)鍵詞:空氣源熱泵

        郭冰 閆涵

        摘 要:文章在分析空氣源熱泵融霜性能的基礎(chǔ)上,強調(diào)改進空氣源熱泵融霜控制過程的重要性,提出了一種新的融霜判別條件與過程,實現(xiàn)了對傳統(tǒng)“時間-溫度-壓力”融霜控制過程的優(yōu)化,納入了對空氣濕度變化因素的考量,達到了空氣源熱泵融霜控制升級的效果。

        關(guān)鍵詞:空氣源熱泵;融霜控制;空氣濕度變化

        當前,空氣源熱泵得到廣泛應用,低溫型空氣源熱泵的開發(fā)進一步拓展了空氣源熱泵的應用領(lǐng)域。在實際應用中,室外側(cè)換熱器的結(jié)霜特性、融霜控制過程為空氣源熱泵的使用難點。為了促使空氣源熱泵發(fā)揮出更好性能,對其融霜控制過程進行優(yōu)化改進極為必要,以獲取更大的市場份額,實現(xiàn)技術(shù)升級。

        1 ? ?空氣源熱泵融霜性能的分析

        第一,結(jié)霜??梢詫⒔Y(jié)霜進一步細化為結(jié)晶生長期、霜層生長期、霜層充足生長期。當前對結(jié)霜過程的研究相對較多,例如,霜在經(jīng)過“生長-融化-再生長”的過程后,其密度會有所增大;有霜情況下的換熱率更低,普遍比無霜狀態(tài)下的換熱率低17%[1]。

        第二,抑霜。當前,常用的抑霜方法包括:室外換熱器設-用-備;蒸發(fā)器表面處理;壓縮機的使用(活塞式壓縮機的抑霜效果更好,且能夠推動制冷劑質(zhì)量流量的增高);調(diào)整翅片結(jié)構(gòu);調(diào)節(jié)制冷劑流量等。

        第三,除霜。目前,相對常見的除霜方法包括:風量調(diào)節(jié)除霜法、蓄能裝置除霜法、室內(nèi)外雙傳感器除霜法、模糊智能控制除霜法、逆循環(huán)除霜法、熱氣旁通除霜法等。

        誠然,這些方法實現(xiàn)了空氣源熱泵融霜性能的優(yōu)化,但是并未從本質(zhì)上解決除霜問題,空氣源熱泵融霜控制過程的改進優(yōu)化值得重點探究。

        2 ? ?空氣源熱泵融霜控制過程

        2.1 ?“時間-溫度-壓力”融霜控制過程

        就當前的情況來看,空氣源熱泵的融霜控制普遍依托對時間、溫度以及壓力3項參數(shù)進行綜合控制完成,具體流程:進入融霜條件判斷狀態(tài)后:(1)判定翅片溫度與融霜時間間隔是否滿足設定值,若不滿足,則進入直接進入正常制熱狀運行狀態(tài);若滿足,則進行下一步判斷。(2)判定機組是否進入融霜控制的工況,并檢查各個安全保護信號的良好程度,若發(fā)存在故障,立即停機并顯示故障;若正常,則進入下一步判斷。(3)判定翅片溫度、除霜時間、冷凝壓力是否滿足融霜終止設定值,若不滿足融霜結(jié)束條件,返回上一操作再次判斷;若滿足,則可以確定融霜結(jié)束,機組進入正常制熱狀態(tài)運行。

        上述過程主要依托換熱器表面溫度作為判定依據(jù),但是在實際運行中,換熱器的表面溫度存在不均勻的現(xiàn)象,因此,無法真實、準確地表現(xiàn)出空氣含濕量對結(jié)霜情況的影響,最終導致空氣源熱泵的制熱效率、融霜控制難以達到理想水平[2]?;诖耍归_空氣源熱泵融霜控制過程的優(yōu)化是必然選擇。

        2.2 ?融霜判別條件的改進

        對融霜判別條件進行優(yōu)化調(diào)整,能夠避免除霜誤動作的發(fā)生,也能夠解決需要較長時間才能進入融霜狀態(tài)(融霜時間過長)的問題。在本次空氣源熱泵融霜控制過程的改進中,筆者提出了如下融霜判別流程:對融霜結(jié)束時進出口空氣狀態(tài)、蒸發(fā)壓力等參數(shù)進行采集與保存;展開進出換熱器的露點溫度、空氣含濕量、凝華溫度的參數(shù)計算;明確空氣含濕量差值;對融霜需要時長、翅片表面溫度、蒸發(fā)溫度與環(huán)境溫度的差值進行計算與判定,若不滿足融霜結(jié)束條件,返回換熱器多項參數(shù)的計算環(huán)節(jié);若滿足,則可以確定融霜結(jié)束,進入融霜控制過程。

        在改進后的融霜判別過程中,融入了對空氣濕度變化因素的考量,能夠影響室外側(cè)換熱器結(jié)霜性能。在“明確空氣含濕量差值”環(huán)節(jié)中,使用的計算公式如下:

        換熱器外表面溫度高于0℃時

        換熱器外表面溫度低于或等于0℃時

        式中,Q(t)代表空氣流量,單位為m3/s;D(t)代表換熱器進出口空氣含濕量的差值,單位為g/kg干空氣;ρ(t)代表空氣平均密度,單位為kg/m3;Wt代表從空氣中析出的水蒸氣累加質(zhì)量,單位為kg;t代表時間,單位為s。

        利用上述計算公式能夠獲取空氣含濕量差值的累加值,實現(xiàn)空氣源熱泵融化霜層時需要的熱量值計算。依托空氣源熱泵的運行情況、室外實際運行環(huán)境,可以獲取空氣源熱泵在轉(zhuǎn)入融霜運行狀態(tài)時能夠提供的熱量值。在融霜運行狀態(tài)下,對比固定時間內(nèi)得到的兩項熱量值(融霜時需要的熱量值、轉(zhuǎn)入融霜狀態(tài)時能夠提供的熱量值),發(fā)現(xiàn)所得兩熱量值處于平衡狀態(tài),空氣源熱泵能夠轉(zhuǎn)入融霜運行狀態(tài),且在固定時間內(nèi)完成融霜。

        相比于傳統(tǒng)的“時間-溫度-壓力”融霜控制過程,本文的融霜判別優(yōu)化條件能夠更好地保證空氣源熱泵進入正確的融霜運行狀態(tài),明顯降低了誤入融霜狀態(tài)的概率。同時,可以完成空氣溫度與換熱器表面溫度差值、蒸發(fā)溫度與換熱器表面溫度差值的計算與判別,進一步保證了空氣源熱泵融霜控制的準確性。當兩項差值均達到設定值時,空氣源熱泵進入融霜狀態(tài)。

        3 ? ?結(jié)語

        綜上所述,“時間-溫度-壓力”融霜控制過程使得空氣源熱泵的制熱效率、融霜控制難以達到理想水平,展開融霜控制優(yōu)化有極高的現(xiàn)實價值。對融霜判別條件進行優(yōu)化調(diào)整,融入對空氣濕度變化因素的考量,實現(xiàn)了誤入融霜狀態(tài)概率的降低,解決了融霜時間過長的問題,推動了空氣源熱泵融霜性能的提升。

        [參考文獻]

        [1]任宗垟,吳先應,范軒,等.變頻空氣源熱泵結(jié)霜特性及除霜優(yōu)化實驗研究[J].建筑熱能通風空調(diào),2019(11):6-10.

        [2]牛建會,馬國遠,許樹學,等.多臺室外機并聯(lián)輪換除霜空氣源熱泵的實驗研究[J].北京工業(yè)大學學報,2019(8):787-792.

        作者簡介:郭冰(1987— ),女,漢族,黑龍江齊齊哈爾人,碩士;研究方向:制冷設備,熱泵研發(fā)。

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