1、暖通空调H V & A C2 6 年第3 6 卷第7 期8 3 器面积对延缓泵冷热水机组结霜的实验与分析*哈尔滨工业大学王洋江辉民马最良姜益强姚杨摘要实验研究了增大室外蒸发器面积对空气源热泵冷热水机组蒸发温度的影响，通过对我国可应用空气源热泵地区主要代表性城市气象资料的整理分析，统计计算了未增大蒸发器面积和蒸发器面积增大一倍时，空气源热泵冷热水机组在各地区的结霜时间。结果表明，当室外蒸发器面积增大一倍后，空气源热泵冷热水机组的蒸发温度平均提高了约2 5 ；在空气源热泵运行季节内，机组在不同地区的结霜时间减少了5 2 1 8 2 9 6 。关键词空气源热泵冷热水机组蒸发器结霜实验研究E x p
2、er - m e n ta n c la n a I y s i so fd e I a y i n gf r O s to fa i r - S o U r C eh e a tp U m pW a t e rC h - II e r - h e a t e ru n - t Sb yi n C r e a S i n gt h ee V a p o r a t O ra r e aB yW 0 n gY 0 n g k ，j 。n gH u | m l n ，H 。Z u 。n g ，j 1 0 n gY l q l 。n g0 n dY 。OY 。n gA b s t r a c tE
3、x p l o r e st h ei n f l u e n c eo fi n c r e a s i n gt h ea r e ao ft h ee v a p o r a t o ro nt h ee V a p o r a t i n gt e m p e r a t u r eo ft h eu n i t sb ye x p e r i m e n t s T h r o u g ha n a l y s i n gt h ew e a t h e rd a t ao ft y p i c a lc i t i e si nt h er e g i o nw h e r et
4、h eu n i t sa r ea p p l i c a b l e ，c a l c u l a t e st h ef r o s tt i m eo ft h eu n i t sw i t ht h eu n c h a n g e de v a p o r a t o ra r e aa n dt h a ti n c r e a s e db Vo n et i m er e s p e c t i v e l Vf o rt h e s ec i t i e s T h er e s u l t si n d i c a t et h a tw h e nt h ee v a
5、 p o r a t o ra r e ad o u b l e d ，t h ee v a p o r a t i n gt e m p e r a t u r ec a nb er a i s e da b o u ta na v e r a g eo f2 5 ，a n dt h ef r o s tt i m ei nd i f f e r e n tc i t i e sc a nb es h o r t e n e da b o u t5 2 1 8 2 9 6 i no p e r a t i n gs e a s o n s 1 e y w o r d sa i r s o u
6、 r c eh e a tp 岫p ，w a t e rc h i U e r h e a t e ru n i t ，e v a p o r a t o r ，f r o s t ，e x p e r i I r I e n t a lr e s e a r c hH a r b j nI n s t i t u t eo fT e c h n o I o g y ，H a r b i n ，C h i n a0引言空气源热泵在较低的环境温度下工作时，若蒸发器表面温度低于空气的露点温度，空气中的水分就会在盘管表面析出；若蒸发器表面温度低于o，则会结霜 1 。结霜对热泵性能有较大的影响，热泵机
7、组的供热量、消耗功和性能系数均会随结霜时间的延长而下降，下降的幅度和室外气象条件有* 国家自然科学基金资助项目( 编号：5 0 2 7 8 0 2 1 ) ，教育部留学回国人员科研启动基金资助项目关。若不及时除霜，有可能使蒸发器的空气通道完全堵塞、制冷剂不能完全蒸发、压缩机可能发生回液，导致热泵不能正常工作嗍。因此，延缓空气源热泵冷热水机组的结霜，对改善热泵机组的运行特王洋，男，1 9 7 9 年8 月生，工学硕士，在读博士研究生5 1 6 0 0 3 广东省惠州市江北行政中心1 号楼4 楼市人事局黄三元( 转)( 0 )1 3 4 3 3 5 8 2 6 7 6E _ m a i l ：o
8、m e g a 2 a l p h a 1 2 6 c o m收稿日期：2 0 0 4 1 2 2 0发热墓源大气函日太工增六工 万方数据 万方数据暖通空调H V & A C2 0 0 6 年第3 6 卷第7 期技术交流8 5 度，实验数据经整理后列于图3 中。室外温度t + l + l 模式实验测试点及拟合曲线+ l + 2 模式实验测试点及拟合曲线图3 不同运行模式下机组蒸发温度变化规律由图3 可以看出，由于室外换热器面积的增大，空气源热泵冷热水机组的蒸发温度有所升高，这将有利于延缓空气源热泵机组的结霜，减少热泵除霜次数和结霜融霜的热损失。在本实验中，当室外蒸发器面积增大1 倍后，即实验样
9、机由1 + 1 运行模式变为1 + 2 运行模式时，机组的蒸发温度。平均升高了约2 5 ，意味着室外蒸发器的表面温度也将随着升高约2 5 ，这充分表明增大室外蒸发器的面积对延缓结霜有一定的效果。3 热泵供热季节内结霜时间的统计及分析3 1 不同运行模式下结霜区域的确定由图1 可知，当室外空气参数为一1 2 8 f 。5 8 ，9 6 7 时，常规的空气源热泵机组( 相应于本文中实验样机的1 + 1 运行模式) 就会结霜。根据图3 可得，当。一5 8 时机组的蒸发温度。一一2 o 。由于两个蒸发器结构形式相同，可以认为机组在1 + 2 模式下运行时，也应该在蒸发温度。一一2 o 时蒸发器表面具备
10、结霜条件。由此可得到增大室外蒸发器面积后，机组开始结霜时所对应的室外干球温度应为2 2 ，如图3 所示。再根据图1 可得出空气源热泵冷热水机组处于不同运行模式时所对应的结霜区域，如图4 所示。空气源热泵机组处于1 + 1 模式时，其蒸发器图4 不同运行模式下机组的结霜区域表面结霜所对应的区域为( A + B ) 区域；而当机组处于1 + 2 运行模式时，其蒸发器表面发生结霜所对应的区域为B 区域。也就是说，A 区域即为室外蒸发器面积增大1 倍后，其结霜可以得到延缓的室外气象参数区域。3 2 各地区结霜时间统计结果及分析空气源热泵冷热水机组具有诸多优点，作为集中空调的冷热源，近年来在我国发展很快
11、，目前在我国的长江流域、黄河流域等地区应用十分广泛，甚至天津、西安等地也有应用实例，这表明其应用范围有北扩的趋势 9 。那么当空气源热泵室外蒸发器面积增大时，机组在上述地区冬季运行能减少多少结霜时间、是否有意义呢?为此，笔者从我国可应用空气源热泵的各个地区选取了一些代表城市，根据图4 中的( A + B ) 区域和B 区域，对其热泵供热季节内室外气象资料进行统计计算，分别得到1 + 1 运行模式和1 + 2 运行模式下机组发生结霜现象的时间，如表1 所示。根据表1 可得出以下结论：1 ) 机组按1 + 1 模式运行时，结霜仍然是一个比较严重的问题，结霜时间约占热泵整个运行时间的1 8 8 3
12、6 6 4 9 。在我国的东北地区、华北地区和西北地区，由于冬季气候寒冷，相对湿度较低，空气源热泵结霜时间占整个运行时间的比例并不高，平均约为3 0 ；而在我国的华东地区和中南地区，由于冬季室外空气温度不太低且相对湿度大，空气源热泵机组的结霜时间占总运行时间的比例较高，平均约为4 6 ；在西南地区，由于冬季室外干球温度较高，故结霜时间所占热泵总运行时间的比例也不太高，约为1 6 3 5 3 1 3 9 。2 ) 机组按1 + 2 模式运行后，对各地区的结霜时间都有一定影响。其中影响较大的是华东地区、华中地区和西南地区，相对于1 + 1 模式，结霜时间减少了约4 0 4 2 8 2 9 6 ，这
13、主要是因为增大室外蒸发器面积后，空气源热泵机组的结霜条件由室外空气干球温度5 8 降至2 2 ，而这些地区冬季室外空气温度较高，室外气象参数落入A 区域内的时间较长，所以其结霜时间大为减少；而在东北地区、华北地区和西北地区，由于供暖季室外气温较低，其室外气象参数落在A 区域内的时间并不长，故这些地区机组结霜时间减少的比例较小，约为5 2 1 1 7 2 3 。 万方数据8 6 技术交流暖通空调H V & A C2 0 0 6 年第3 6 卷第7 期注：计算中采用的各城市气象资料来源于D e S I 、软件中的M e d p h a 气象模型。综上所述，增大室外蒸发器面积后，由于空气华北的部分地
14、区。这些地区冬季气候寒冷，温度较源热泵冷热水机组蒸发温度的提高，延缓了其蒸发低，相对湿度也比较低，本来结霜现象就不太严重，器表面的结霜，使得热泵机组在运行季节内发生结增大蒸发器面积对机组的结霜时间影响不大( 减少霜的时间有所减少。但增大蒸发器面积，意味着机了约5 2 1 1 7 2 3 ) 。在这些地区，用增大蒸组成本和初投资的增加，若为此专门增大1 倍蒸发发器面积的方法来减少空气源热泵的除霜热损失、器面积，是否合适，应进行全面综合分析。提高机组的制热性能效果一般，是否值得采用须作3 3 增大蒸发器面积对各地区延缓结霜的效果分进一步的经济分析。析2 ) 效果良好地区：主要是我国的华北、华东和根
15、据表1 ，按增大蒸发器面积后空气源热泵冷热水机组结霜时间的减少程度，即按延缓机组结霜效果将上述地区分为三类，如图5 所示。1 ) 效果一般地区：主要指我国的东北、西北和口热泵运行总时间巨l + l 模式结霜时间口l + 2 模式结霜时间图5 增大蒸发器面积对各地区延缓结霜的效果分区华中的部分地区，代表城市有济南、南京、武汉等。这些地区冬季空气温度较高，相对湿度较大，蒸发器面积增大1 倍后，空气源热泵的结霜时间减少了约2 0 0 4 4 0 5 9 。在这些地区用增大室外蒸发器面积的方法来延缓空气源热泵冷热水机组的结霜，效果较好。3 ) 效果显著地区：主要是我国的华东、中南和西南的大部分地区，代
16、表城市有上海、南昌、杭州、桂林、长沙和成都等。在这些地区，冬季气候比较温暖又有供暖需要，相对湿度很高，空气源热泵运行结霜时间较长。蒸发器面积增大1 倍后，结霜时间减少了约5 7 7 7 8 2 9 6 。这些地区采用增大蒸发器面积的方法来延缓空气源热泵冷热水机组结霜，效果显著，应积极采用，以改善机组的结霜特性。4 结论及展望4 1室外蒸发器面积增大1 倍后，空气源热泵冷热水机组的蒸发温度平均升高了2 5 左右，对延辕餐忿半羹堪辜蜷衄忙嫩叫聪幅候怔市怔螓黼仆陋悖嵌般帐长啦卵隧杉慨罢匪嚣摊半蝼长曾咖喜|黝咖咖詈咖湖o5443322l1q 垦窖 万方数据暖通空调H V & A c2 0 0 6 年第
17、3 6 卷第7 期技术交流8 7 缓室外蒸发器表面结霜有一定效果；在运行季节内，机组的结霜时间减少了5 2 1 8 2 9 6 ，表明不同地区的效果差异很大。4 2 根据增大蒸发器面积对热泵机组运行季节内结霜时间减少的程度不同，可将我国应用空气源热泵的地区分为效果一般地区、效果良好地区和效果显著地区。当然，增大室外蒸发器的面积，意味着空气源热泵机组成本和用户初投资的增加。在效果显著地区值得采取；在效果良好地区应进行全面综合分析后方可实施；而在效果一般地区，不宜专门采用。但是，传统的空气源热泵冷热水机组由多台压缩机组成，每台压缩机都各自完成一个独立的制冷回路，在机组运行的大部分时间里，系统都是部
18、分负荷运行。此时，部分压缩机投入运行，而与其余压缩机相匹配的蒸发器均闲置不用，造成了设备的很大浪费。此时若通过对其流程进行改进，使得机组在部分负荷运行时闲置的蒸发器得到充分利用，是很值得研究的一个问题。参考文献 1 沈明，宋之平空气源热泵应用范围北扩的可能性分析及其技术措施评述口 暖通空调，2 0 0 2 ，3 2 ( 6 ) ：3 7 3 9 2 姚杨，马最良空气源热泵冷热水机组结霜工况研究现状与进展 J 哈尔滨建筑大学学报，2 0 0 2 ，3 5 ( 5 ) ：6 6 6 9 3 张哲，厉彦忠影响风冷式热泵蒸发器结霜性能因素的研究口 流体机械，2 0 0 2 ，3 0 ( 1 1 ) ：
19、4 6 4 9 4 巨永平京津地区小型空气一空气热泵供热性能研究及应用可行性分析 D 天津：天津大学，1 9 8 8 5 井上宇市空气调节手册 M 范存养，钱以明，秦慧敏，等，译北京：中国建筑工业出版社，1 9 8 6 6 z h a n gS h a o z h i ，c h e nG u a n g m i n g ，w a n gJ i a n f e r LS t u d yo nf r o s t i n gc h a r a c t e r i s t i c so fa ne v a p o r a t o ru s i n gR 4 0 7 ca sr e f r i g e
20、r a n t C I n t e r m t i o n a lS 舯p o s i u mo fA i r - C o n d i t i o n i n gi nH i g h - R i s eB u i l d i n g s2 0 0 0 s h a n g h a i ，2 0 0 0 ：2 6 9 2 7 3 7 姜益强，姚杨，马最良空气源热泵结霜除霜损失系数的计算 J 暖通空调，2 0 0 0 ，3 0 ( 5 ) ：2 4 2 6 8 王洋单、双级混合式热泵供暖系统的流程实验研究 D 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2 0 0 3 9 马最良，杨自强，姚杨，等空气源热泵冷热水机组在寒冷地区应用的分析 J 暖通空调，2 0 0 1 ，3 1 ( 3 ) ：2 8 3 1 万方数据
