空氣源熱泵相變蓄能除霜系統(tǒng)動(dòng)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(yùn)行時(shí)，室外換熱器結(jié)霜會(huì)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(yùn)行。目前常用的逆循環(huán)除霜，由于除霜時(shí)缺少低位熱源常導(dǎo)致除霜綜合性能差，系統(tǒng)不穩(wěn)定，可靠性差等問題。針對(duì)這一問題，提出了基于相變蓄能技術(shù)的空氣源熱泵蓄能除霜系統(tǒng)以提高除霜時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。本文研究了該新系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性，主要研究內(nèi)容如下：
　　研制了空氣源熱泵相變蓄能除霜系統(tǒng)

2、關(guān)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(shí)驗(yàn)臺(tái)，開展了空氣源熱泵相變蓄能除霜實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了選優(yōu)工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yùn)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(dú)除霜、并聯(lián)除霜和傳統(tǒng)室內(nèi)機(jī)單獨(dú)除霜四種除霜模式中，蓄熱器單獨(dú)除霜除

3、霜速度最快，壓縮機(jī)吸氣壓力最高，并且系統(tǒng)由除霜轉(zhuǎn)為供熱時(shí)，室內(nèi)機(jī)吹出空氣溫度最高，幾乎沒有影響室內(nèi)的舒適度。
　　建立了兩側(cè)均有相變發(fā)生的雙螺旋盤管相變蓄熱器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型?；谀芰渴睾愕脑瓌t，推導(dǎo)出當(dāng)量對(duì)流換熱系數(shù)，避免了數(shù)值求解時(shí)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(yùn)行階段的特點(diǎn)

4、和機(jī)理，建立了空氣源熱泵相變蓄能除霜系統(tǒng)部件在各個(gè)運(yùn)行階段的數(shù)學(xué)模型，重點(diǎn)是除霜工況下的室外機(jī)除霜模型、供熱工況下的室外機(jī)結(jié)霜模型；通過質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒將部件模型有機(jī)結(jié)合，建立了空氣源熱泵相變蓄能除霜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型，涵蓋系統(tǒng)結(jié)霜模型、系統(tǒng)釋熱除霜?jiǎng)討B(tài)模型和系統(tǒng)蓄熱兼供熱動(dòng)態(tài)模型。接著，選取典型的反映系統(tǒng)特性的實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)仿真模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)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(yàn)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(jī)翅片管內(nèi)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(nèi)的遷移規(guī)律等系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。發(fā)現(xiàn)除霜過程冷凝壓力和室外機(jī)表面溫度先升高后降低、高低壓側(cè)的制冷劑質(zhì)量呈現(xiàn)出類似正弦和余弦的變化。
　　基于驗(yàn)證的系統(tǒng)仿真模型，研究了毛細(xì)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(duì)除霜的影響。結(jié)果表明：毛細(xì)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(nèi)液面高度，減少了壓縮機(jī)濕壓縮的可能性；空氣溫度對(duì)除霜后期室外盤管表面對(duì)流換熱損失影響較大。
　　基于驗(yàn)證的系統(tǒng)仿真模型，研究了除霜過程中各項(xiàng)熱量損失值隨時(shí)間的變化及分配、除霜能量來源及比例。結(jié)果表明除霜后期（當(dāng)干表面積百分比達(dá)到70％以上時(shí)）室外機(jī)和室外空氣自然對(duì)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(yùn)行提供了重要的理論基