空氣源熱泵結(jié)霜工況下高效能運(yùn)行研究.pdf

1、空氣源熱泵由于具有冷暖兩用、節(jié)能性及環(huán)保性等特點(diǎn)，擁有大量的市場(chǎng)銷量和驚人的發(fā)展前景。而空氣源熱泵在冬季制熱運(yùn)行時(shí)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問題是熱泵室外機(jī)換熱器表面容易結(jié)霜，從而導(dǎo)致室內(nèi)供熱性能下降等一系列問題。在我國(guó)長(zhǎng)江流域及其以南等未實(shí)現(xiàn)集中供暖的地區(qū)，這一現(xiàn)象更為常見。本文就這一問題對(duì)恩施地區(qū)一臺(tái)熱泵空調(diào)器進(jìn)行了實(shí)測(cè)調(diào)研，緊接著加工了兩臺(tái)空氣源熱泵室外機(jī)樣機(jī)，利用已有的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)，完成了結(jié)霜工況下的對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，最后采用數(shù)值模擬方法對(duì)平翅片和

2、開孔型翅片在干工況下的流動(dòng)和換熱進(jìn)行了對(duì)比分析。研究工作為改善空氣源熱泵冬季結(jié)霜工況下的性能奠定了基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)組的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。主要結(jié)論如下：
　　對(duì)恩施地區(qū)熱泵空調(diào)器在冬季結(jié)霜工況下供熱性能研究表明：當(dāng)機(jī)組在環(huán)境溫度為-2~5℃，室外空氣相對(duì)濕度高于65％的工況下運(yùn)行時(shí)，室外機(jī)翅片表面容易結(jié)霜。結(jié)霜至一定程度機(jī)組便開始融霜，機(jī)組結(jié)霜-融霜的不斷循環(huán)，導(dǎo)致室內(nèi)溫度偏低，熱舒適感差。測(cè)試期間的最低平均換熱量?jī)H占機(jī)組額

3、定換熱量的39.3%，在一個(gè)制熱除霜周期內(nèi)，COP值小于1的時(shí)段占機(jī)組運(yùn)行總時(shí)段的41.7%。對(duì)恩施地區(qū)熱泵空調(diào)器供熱期的分析推廣至夏熱冬冷地區(qū)，大約有1/3的供熱期受熱泵結(jié)霜的影響不能正常制熱，節(jié)能性較差。
　　在實(shí)測(cè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，本文加工了兩臺(tái)不同翅片型式的空氣源熱泵室外機(jī)樣機(jī)―平翅片和百葉窗翅片，并利用已有的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)分別對(duì)兩臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行了四種不同風(fēng)速下的對(duì)比性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
　　①平翅片和百葉窗翅片在結(jié)霜工況下存

4、在蒸發(fā)器阻力相等的時(shí)刻，即阻力平衡點(diǎn)。在阻力平衡點(diǎn)前探討不同翅片型式對(duì)結(jié)霜的影響有一定的意義；
　?、诓煌L(fēng)速下，平翅片的換熱性能要明顯好于百葉窗翅片，其中，平翅片的平均換熱量和平均當(dāng)量對(duì)流換熱系數(shù)較百葉窗翅片分別提高15.78%和31.18%。這與不同風(fēng)速下百葉窗翅片的累計(jì)結(jié)霜量稍高于平翅片（9.95%）是緊密相關(guān)的；
　?、劢Y(jié)霜工況下兩種翅片型式的換熱器在不同風(fēng)速下的COP均偏低，平翅片的COP值在百葉窗翅片的基礎(chǔ)上提高

5、11%~17%；
　?、芨桑瘢┕r下?lián)Q熱性能優(yōu)異的片型并不一定完全適用于結(jié)霜工況，針對(duì)結(jié)霜工況下翅片的流阻和換熱性能開發(fā)新片型是有必要的。
　　本文最后結(jié)合前期調(diào)研和實(shí)驗(yàn)研究，提出空氣源熱泵開孔型翅片的思想，通過采用數(shù)值模擬軟件FLUENT對(duì)平翅片和開孔型翅片進(jìn)行對(duì)比模擬，結(jié)果顯示：開孔使得整個(gè)翅片表面的平均溫度有大幅度地降低（336.74K~337.54K），其中DK-9型翅片表面的平均對(duì)流換熱系數(shù)在平翅片的基礎(chǔ)上提高了

6、23.33%。低風(fēng)速區(qū)（小于1m/s）大范圍減小，由于開孔破壞了翅片表面空氣邊界層的發(fā)展，強(qiáng)化了局部換熱，使得翅片表面平均對(duì)流換熱系數(shù)相比平翅片提高了16.36%~24.01%。而開孔型翅片阻力值相對(duì)于平翅片在相同模擬工況下增加不大。此外，采用金屬材料消耗量對(duì)開孔型翅片的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，DK-10型翅片相對(duì)于平翅片在相同換熱量和換熱溫差下可節(jié)約9%的金屬材料，其它開孔片型可節(jié)約7%~8%的金屬材料。因此，開孔型翅片設(shè)計(jì)時(shí)要注重強(qiáng)化換熱和