浅谈空气源热泵除霜方法的研究与发展

浅谈空气源热泵除霜方法的研究与发展

朱振营

山东海利丰清洁能源股份有限公司山东东营257000

摘要：“煤改电”工程的推广,使空气源热泵面向更广阔的市场平台,也使其系统运行优化的问题变得日益重要,尤其是室外换热器表面的除霜问题。空气源热泵冬季运行时,当室外换热器表面温度低于零度且低于室外空气露点温度时,换热器表面就会结霜。热泵是一种节能装置,近年来随着科学技术的进步及发展,热泵技术的应用使热泵的节能效果得到有效提高。从现状来看,在冬天应用热泵供热,能够起到很明显的效果。

关键词：空气源热泵；除霜方法；发展

1引言

根据实际应用效果分析,空气源热泵在热源获取上存在方便的特点,与此同时在安装使用方面非常快捷,在运行管理上也非常简单,最为突出的优点便是无污染和节能,这与如今提倡的节能环保理念非常符合,这也使得空气源热泵具备非常显著的应用价值及前景。从空气源热泵的性能角度分析,会受到室外环境的很大程度的影响。特别是在冬天季节,当空气源热泵机组对室内供热的情况下,当室外盘管温度不足0℃时,同时比室外空气的露点温度低的条件下,便会导致室外盘管出现结霜的情况。当空气源热泵出现结霜的情况下,会对热泵运行产生较为明显的影响,包括:(1)在霜积聚过量的情况下,会导致蒸发器传热性能下降;(2)在结霜的情况下,使室外盘管间的气体流动受到阻碍,并使风机能量的损耗增加。所以,在室外换热器壁面霜层变多,室外换热器蒸发温度减弱,机组制热量降低以及风机性能衰退的情况下,便会使压缩机暂停运转,最终导致机组无法正常、可靠地进行工作。针对上述情况,便有必要采取周期性除霜措施。

2空气源热泵除霜问题研究现状分析

空气源热泵除霜是非常重要的一项工作,在充分做好这项工作的基础上,才能够使空气源热泵的实际应用价值得到有效体现。但是,从现状来看,还面临较多的空气源热泵除霜问题。总结起来包括以下几点。

2.1逆循环除霜问题及原因

(1)问题：对于空气源热泵除霜来说,实现的方法较多,比如:停机除霜、电加热除霜以及逆循环除霜等等。当中,逆循环除霜现状较为常用。对于逆循环除霜而言,其应用机理为:对四通换向阀加以应用,转变制冷剂的流向,使制热过程变换为制冷过程;基于除霜过程中,由压缩机排除来的过热状态制冷剂蒸汽送至室外盘管中进行融霜;在完成融霜之后,热泵运行发生逆转,然后再次进行供热。此类方法不需要添加其他设备,在需除霜过程中,对四通换向阀进行调节便可以。但是,由于逆循环除霜属于较为复杂的一项工艺,在瞬态循环持续数分钟之后,便会致使制冷剂、金属盘管以及空气温度发生改变。

(2)原因：对于空气源热泵机组,基于逆循环除霜模式的运行之下,是将室外盘管视为冷凝器,同时将室内盘管视为蒸发器。与此同时,基于除霜过程中,室内风机一般处于关闭状态,以此使对空气区域直接吹冷风的状况的发生得到有效避免。因为除霜过程中,室内风机处于关闭状态,这样便会致使空气侧对流换热系数变小,进一步使室内取热量降低。一旦制冷剂没有办法从金属盘管当中对热量进行吸收,蒸发温度便会降低,同时蒸发压力也会相应降低,这样便容易出现低压保护及湿压缩问题,进而使热泵机组停机,并使压缩机受到一定程度的损坏。

针对上述逆循环除霜问题及原因的分析,认识到除霜过程会引发一系列问题,包括:其一,要利用额外热量进行除霜,从而使热泵的COP能够有效降低;其二,在除霜期间,热泵机组供热会中断,进而使室内舒适度下降;其三,在额外辅助加热元件的作用下,使设备投资加大,使设计的可靠性受到影响。此外,值得注意的是,逆循环除霜也具备一定的优势,即:能够确保热泵机组重新回至额定工况运行。

2.2除霜能量分配分析

首先,必须认识到的是,在空气源热泵除霜期间,室外机组空气侧的能量平衡复杂,对于除霜能量来说,大多数在加热室外盘管的金属表层消耗,在融霜环节以及蒸发过程中在盘管表层融化的霜,在自然对流的作用下,以直接的方式向周围空气传递。针对上述状况,大部分学者针对除霜期间除霜热量的用途进行分析探究,其目的是制定并落实有效解决方法,从而使节能效果得到有效提高。有学者对融霜所需要的热量进行了研究,实验方法为:对热气旁通除霜循环当中的被压缩高温气体量与电除霜循环当中的输入功率,对融霜需要的热量加以确立,对于剩下的热量来说,则于加热盘管损耗,或者在附近中散失,对于获取的除霜总热量主要作用包括:对霜层进行融合、对周围空气进行加热、对室外机盘管进行加热等等。但是,必须认识到的问题是,此类成果是处于室内风扇开启状态获取的,和常规除霜模式不相匹配。

3空气源热泵除霜研究进展探究

3.1室外环境参数研究进展

对于蒸发器附近的环境来说,和蒸发器的结霜之间具备非常密切的关联性,例如:空气温湿度以及风速等,便是较为普遍的蒸发器附近环境参数。从现状来看,会对蒸发器附近空气湿度降低,同时对空气当中的温度提升,从而使空气源热泵结霜能够得到有效延缓。其中,对于温度的提升来说,需利用电加热装置实现。例如:有研究者基于窗式空调器室外换热器入口部位添加电加热器,使空气温度得到有效提升,研究结构表明:基于结霜运行过程中,使制热量得到有效提升,与此同时使空气源热泵的COP值得到有效提升。

3.2空气源热泵结构研究进展

为了使空气源热泵的供热量得到有效提升,有学者表示可对空气源热泵储液器当中的液体制冷剂进行加热,采取此类方法还有其他的作用,即:能够使室外盘管的霜层生长得到延缓。与此同时,也有学者表示,可将一部分的高温制冷剂注入,主要的方法为基于压缩机出口向蒸发器入口接入,以此使结霜得到有效延缓;结果表明:COP提升8.0%,供热量提升5.6%。此外,无霜空气源热泵机组的应用价值也颇高,此类机组具备溶液再生能力,在环境取热当中将溶液获取,进一步向蒸发器放热,这样便能够使室外机实现无霜运作。

3.3改进空气源热泵除霜的性能的策略

在上述分析过程中,不难发现基于逆循环除霜期间,系统COP会下降,同时使正常供热中断,而且还会使设备的投资成本加大。所以,相关研究工作者便特别重视除霜性能提升的方法。有学者表示:基于空气—空气逆循环除霜过程中,或在空气—水热泵逆循环除霜过程中,实施风机预开措施,可以使机组获得保护,并使低压保护停机的发生得到有效避免。与此同时,有研究者针对除霜期间融化水沿室外盘管流动的影响进行了研究,针对多环路室外机各个层次的环路进行比较分析,在接水盘设置的条件下进行除霜,结果显示:采取分层设置接水盘的方法,能够使除霜的时间大大缩减,同时还能够使除霜的能耗得到有效降低。此外,还有研究者采取了全新的高温低压气体旁通模式,使持续供热得到有效实现,进一步使热能效率得到有效提升。

4结语

通过本课题的探究,认识到空气源热泵除霜存在一些明显的问题,因此便有必要再了解空气源热泵除霜问题产生的原因的基础上,加强对融霜过程的能量分配,掌握延缓结霜的方法,并对空气源热泵的除霜方法进行改进,进一步提高空气源热泵的除霜效果。

参考文献：

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[2]龚俊,张金刚.电厂化学水处理设施防腐蚀常见问题探析[J].化工管理,2017(6):66.