空氣源熱泵相變蓄能除霜系統(tǒng)動態(tài)特性研究.pdf

1、空氣源熱泵(Air Source Heat Pump，ASHP)在低溫高濕環(huán)境運行時，室外換熱器結霜會引起熱泵供熱性能下降，因此需要周期性除霜來保證其正常運行。目前常用的逆循環(huán)除霜，由于除霜時缺少低位熱源常導致除霜綜合性能差，系統(tǒng)不穩(wěn)定，可靠性差等問題。針對這一問題，提出了基于相變蓄能技術的空氣源熱泵蓄能除霜系統(tǒng)以提高除霜時的穩(wěn)定性和可靠性。本文研究了該新系統(tǒng)的動態(tài)運行特性，主要研究內容如下：
　　研制了空氣源熱泵相變蓄能除霜系統(tǒng)

2、關鍵部件——雙螺旋盤管相變蓄熱器，搭建了空氣源熱泵相變蓄能除霜系統(tǒng)實驗臺，開展了空氣源熱泵相變蓄能除霜實驗研究，探索了新系統(tǒng)的多種蓄熱模式、供熱模式和除霜模式的可行性，并進行了選優(yōu)工作。實驗結果表明：相變蓄熱器具有很高的蓄熱效率，串聯(lián)蓄熱模式是目前最佳的蓄熱模式，運行穩(wěn)定可靠；在串聯(lián)供熱模式、連通供熱模式和非連通供熱模式中，串聯(lián)供熱模式的系統(tǒng)性能系數(shù)最高；在串聯(lián)除霜，單獨除霜、并聯(lián)除霜和傳統(tǒng)室內機單獨除霜四種除霜模式中，蓄熱器單獨除霜除

3、霜速度最快，壓縮機吸氣壓力最高，并且系統(tǒng)由除霜轉為供熱時，室內機吹出空氣溫度最高，幾乎沒有影響室內的舒適度。
　　建立了兩側均有相變發(fā)生的雙螺旋盤管相變蓄熱器的動態(tài)數(shù)學模型?；谀芰渴睾愕脑瓌t，推導出當量對流換熱系數(shù)，避免了數(shù)值求解時鄰近螺旋盤管的不規(guī)則形狀微元的大量網(wǎng)格劃分。模擬分析了相變蓄熱器的蓄熱和釋熱特性，發(fā)現(xiàn)該相變蓄熱器具有較快的蓄放熱速度，可以滿足除霜的要求。
　　研究分析了空氣源熱泵蓄能除霜系統(tǒng)各運行階段的特點

4、和機理，建立了空氣源熱泵相變蓄能除霜系統(tǒng)部件在各個運行階段的數(shù)學模型，重點是除霜工況下的室外機除霜模型、供熱工況下的室外機結霜模型；通過質量守恒、動量守恒和能量守恒將部件模型有機結合，建立了空氣源熱泵相變蓄能除霜系統(tǒng)的動態(tài)仿真模型，涵蓋系統(tǒng)結霜模型、系統(tǒng)釋熱除霜動態(tài)模型和系統(tǒng)蓄熱兼供熱動態(tài)模型。接著，選取典型的反映系統(tǒng)特性的實驗參數(shù)對動態(tài)仿真模型進行了驗證，結果表明模型能很好地反映系統(tǒng)各階段的物理過程。
　　基于驗證的系統(tǒng)仿真模型

5、，研究了相變蓄能除霜系統(tǒng)除霜過程中室外機翅片管內制冷劑溫度和干度沿管長分布的變化、翅片管表面溫度分布變化及制冷劑在整系統(tǒng)內的遷移規(guī)律等系統(tǒng)的動態(tài)特性。發(fā)現(xiàn)除霜過程冷凝壓力和室外機表面溫度先升高后降低、高低壓側的制冷劑質量呈現(xiàn)出類似正弦和余弦的變化。
　　基于驗證的系統(tǒng)仿真模型，研究了毛細管長度、相變蓄熱器換熱面積、氣液分離器容積、室外空氣的溫度對除霜的影響。結果表明：毛細管的長度越短，除霜速度越快；增大相變蓄熱器換熱面積可降低氣液

6、分離器內液面高度，減少了壓縮機濕壓縮的可能性；空氣溫度對除霜后期室外盤管表面對流換熱損失影響較大。
　　基于驗證的系統(tǒng)仿真模型，研究了除霜過程中各項熱量損失值隨時間的變化及分配、除霜能量來源及比例。結果表明除霜后期（當干表面積百分比達到70％以上時）室外機和室外空氣自然對流所占比例較大，相變蓄熱器為除霜提供了大部分能量，發(fā)揮了低位熱源作用。
　　本文的研究工作，為空氣源熱泵在我國夏熱冬冷地區(qū)的推廣和高效運行提供了重要的理論基