郭心　常靈

摘 要：文章圍繞空氣源熱泵室外換熱器翅片管的融霜試驗(yàn)裝置以及試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行闡述，詳細(xì)分析具體的傳熱模型，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，堅(jiān)持實(shí)事求是的基本原則，旨在為日后研究工作的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵;換熱器;融霜過(guò)程

空氣熱源泵已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，并取得了一定的成效，針對(duì)空氣熱源泵室外置換器翅片管的結(jié)霜過(guò)程中對(duì)成熱效率造成的影響進(jìn)行分析，通過(guò)試驗(yàn)的方式對(duì)結(jié)霜以及融霜進(jìn)行闡述，以此為依據(jù)掌握融霜速率的變化規(guī)律。

1 ? ?空氣源熱泵室外換熱器翅片管的融霜試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)過(guò)程

此次試驗(yàn)所選擇的空氣源熱泵室外換熱器翅片管中的翅片材料為鋁制，管材料為銅制，管外徑、管內(nèi)徑、翅片間距、翅片厚度、翅片長(zhǎng)、翅片寬、分別為10.00 mm，8.80 mm，1.6 0mm，0.15 mm，33.00 mm，19.00 mm，其中，翅片類型為平，翅片總數(shù)為360個(gè)，冷熱源主要是恒溫槽，在試驗(yàn)設(shè)備連接的過(guò)程中，左側(cè)從上到下依次為接水托盤、手動(dòng)三通閥、硅膠軟管，右側(cè)分別為熱敏電阻線、數(shù)據(jù)采集器以及手動(dòng)三通閥，其中兩側(cè)各有兩個(gè)手動(dòng)三通閥。

此次試驗(yàn)主要在北方的1月份進(jìn)行，控制好室外空氣干球溫度以及濕度，分別為﹣3～0 ℃，60%，并對(duì)融霜、結(jié)霜過(guò)程中循環(huán)液的溫度進(jìn)行控制，前者分別為40 ℃，30 ℃，20 ℃，10 ℃，5 ℃，后者為﹣20 ℃，對(duì)融霜時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)記錄。將手動(dòng)三通閥從上到下依次設(shè)定為1，2，將恒溫槽從上到下依次設(shè)定為3，4，開(kāi)展結(jié)霜試驗(yàn)，此時(shí)，對(duì)1進(jìn)行控制，保證3與翅片管相互連接，并對(duì)循環(huán)液溫度進(jìn)行控制，將其控制在﹣20 ℃，結(jié)霜5 h后需要控制2，保證4與下側(cè)的管路處于連接的狀態(tài)，并對(duì)4中循環(huán)液進(jìn)行預(yù)熱處理，直至維持在一定的溫度，關(guān)注采集器與電子秤的狀態(tài)并開(kāi)啟，需要將3關(guān)閉，對(duì)1，2進(jìn)行控制，保證4與翅片管處于連接的狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)入到融霜過(guò)程，并做好記錄。

2 ? ?空氣源熱泵室外換熱器翅片管的融霜過(guò)程傳熱模型

融霜過(guò)程中，過(guò)冷加熱與霜層融化階段的變化狀態(tài)通過(guò)構(gòu)建傳熱模型的方式進(jìn)行分析。

第一種模型，主要是在室外溫度不夠低的環(huán)境下操作。第一階段，將流經(jīng)壁面的溶液溫度、溶液與換熱系數(shù)分別設(shè)定為ti，hi，二者之間處于固定的狀態(tài)。對(duì)霜層以及壁面之間的間隙進(jìn)行控制，關(guān)注霜層與壁面的溫度變化狀態(tài)，將溫度設(shè)定為ts，將壁面溫度、霜層溫度設(shè)定為tw，tf，T=0時(shí)，二者的溫度均為ts，而當(dāng)tw，tf為0 ℃時(shí)，融霜的第一個(gè)階段結(jié)束。進(jìn)入到第二階段時(shí)，霜層貼著壁面開(kāi)始融化，壁面的溫度逐漸升高[1]。

第二種模型，與第一種不同的是霜層與壁面之間存在一定的空氣間隙，其中，融霜的第一階段與第一種方式相同，在融霜的第二個(gè)階段，關(guān)注壁面的霜層狀態(tài)，呈現(xiàn)出融化的狀態(tài)，并會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的水，外層的霜層并未融化，將水吸收，水將會(huì)凝固。在融霜的第三階段，冰層沒(méi)有發(fā)生變化，要使冰層融化，需要將壁面的溫度上升到一定的區(qū)間，并關(guān)注與壁面之間的空間傳熱數(shù)值以及自由對(duì)流傳遞到室外空氣的熱量數(shù)值，當(dāng)前者大于后者，方可實(shí)現(xiàn)融化。

3 ? ?空氣源熱泵室外換熱器翅片管的融霜過(guò)程試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)融霜的過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)霜融化時(shí)翅片管的溫度進(jìn)行控制，在0 ℃時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)融化現(xiàn)象，霜融化速度與冰晶融化坍塌有關(guān)，后者出現(xiàn)坍塌時(shí)，前者的融化速度減慢，對(duì)霜層的融化順序進(jìn)行分析靠近壁面的霜層融化效果較為顯著，未融化的霜層將會(huì)吸收水分。在對(duì)加熱翅片管的消耗數(shù)值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要切實(shí)掌握翅片的比熱、翅片的質(zhì)量、單管的比熱、單管的質(zhì)量以及翅片與盤管的溫升，并將其分別設(shè)定為cfun，mfun，ccoil，Δt1，按照公式：

Q1=（cfunmfun+ccoilmcoil）Δt1

對(duì)加熱翅片管的消耗進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)循環(huán)液提供的熱量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要掌握循環(huán)液的比熱容、Δπ時(shí)間段通過(guò)的循環(huán)溶液量、每個(gè)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)出單管的循環(huán)溶液溫度差、數(shù)據(jù)采集儀記錄的次數(shù)，將其分別設(shè)定為cs、ms、Δt1、n，并按照公式進(jìn)行計(jì)算：

對(duì)融霜速率對(duì)循環(huán)溶液溫度的變化曲線分析，融霜的速率與循環(huán)液溫度之間呈現(xiàn)出正相關(guān)，融霜速率隨著循環(huán)液溫度的升高而增大。當(dāng)融霜速率的差距較大時(shí)，循環(huán)液溫度處于最低值;當(dāng)循環(huán)溶液的溫度在10 ℃時(shí)，融霜速率最大，主要是由于在實(shí)際融霜的過(guò)程中，壁面向霜層的熱傳導(dǎo)會(huì)隨著銅管以及翅片表面溫度的升高而增大，所接收到的熱量也呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。對(duì)融化單位質(zhì)量霜的總耗熱量隨循環(huán)溶液溫度的變化而變化的曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與循環(huán)液溫度的升高有關(guān)，總耗熱量出現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，并對(duì)循環(huán)液的溫度在5～10 ℃以及10～40 ℃中能耗的變化進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)前者能耗逐漸降低，而后者能耗將逐漸升高，其中，低于10 ℃時(shí)，受到翅片表面溫度的影響所需要消耗的融霜時(shí)間較長(zhǎng)，消耗的熱量并沒(méi)有下降，在高于10 ℃時(shí)，融化時(shí)間較短，但是從散熱角度分析，散熱量逐漸增加，消耗的熱量也隨之增加。為此，可以得出，當(dāng)將循環(huán)液的溫度控制在10 ℃時(shí)，消耗量處于最佳范圍[2]。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

上述試驗(yàn)分析可以得出，融霜速率在一定程度上與循環(huán)液的溫度有關(guān)，而且二者之間呈現(xiàn)正相關(guān)。當(dāng)循環(huán)液的溫度在10 ℃時(shí)，所消耗的能耗最低，有助于降低空氣源熱泵外換熱器管能量的消耗。

[參考文獻(xiàn)]

[1]余柯憶.翅片表面疏水改性在空氣源熱泵抑霜上的應(yīng)用研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2019.

[2]黃劍鋒.空氣源熱泵室外換熱器翅片管的融霜過(guò)程分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018（21）：117.

作者簡(jiǎn)介：郭心（1985— ），男，漢族，遼寧鞍山人，學(xué)士;研究方向：制冷設(shè)備，熱泵研發(fā)。