空气源热泵溶液喷淋除霜系统及性能研究

发布时间：2020-07-11 20:59

【摘要】：为解决空气源热泵的除霜问题,目前采用的方法主要有逆循环除霜、热气旁通除霜、蓄能除霜等,但都存在着效率低、系统稳定性差等缺点。此外有学者提出了多种利用吸湿性介质进行抑霜或除霜的的技术方案,但也均存在各种不足。针对空气源热泵现有除霜方法存在的不足,本文提出了一种空气源热泵溶液喷淋除霜系统。系统采用不具吸湿能力的防冻溶液对空气源热泵室外侧换热器进行喷淋除霜;由于采用的防冻溶液不具吸湿能力,其水蒸气分压力较大,系统采用空气式溶液再生的方法,通过喷淋防冻溶液与空气相接触实现稀溶液的再生。本文从水蒸气分压力和化学势两个角度分析了溶液除霜以及溶液再生机理,设计了空气源热泵溶液除霜系统及其运行模式,根据系统的特点,选用乙二醇溶液作为本系统的防冻溶液,并根据青岛地区气象参数,确定防冻溶液浓度下限为20%。本文根据霜层的生长机理,基于热力学理论,建立蒸发器霜层增长的数学模型,研究了空气源热泵结霜过程与性能,并进行了结霜实验,通过实验测得的霜层厚度随时间的变化验证数学模型的准确性。基于霜层增长规律,本文提出可以将蒸发温度作为空气源热泵结霜状态的指示参数,作为本系统除霜控制的关键判据,并基于蒸发温度随结霜时间的变化提出适用于系统的自身特点的除霜控制策略。本文根据系统特征和实验需要,设计并搭建空气源热泵溶液喷淋除霜系统实验台,并通过实验验证了该系统的可行性。在室内温度为18℃,室外环境温度为0℃、相对湿度为80%工况下,在上一次除霜后、下一次除霜前的“结霜”阶段,采用溶液喷淋的除霜方式对机组抑制结霜的效果非常明显;制热量持续维持在较高水平;机组的制热运行平均COP为2.92,相比逆循环除霜的平均COP为2.72提升明显。在上述工况下,溶液喷淋除霜效果良好,在不考虑除霜以及溶液再热再生时风机与溶液泵电耗的情况下,整个“结霜-除霜”周期平均COP为2.90,相比逆循环除霜方式下的周期平均COP为2.65,提高了9.4%。本文还通过实验验证了采用空气式溶液再生的方式可以较好得实现乙二醇溶液的再生。该系统由于没有介入到空气源热泵的制冷剂循环,防冻溶液喷淋除霜开启时对空气源热泵机组无影响,与空气源热泵逆循环除霜系统相比,溶液喷淋除霜新系统抑制结霜效果好,机组运行更为稳定,室内热舒适性好,制热效果和能效均优于逆循环系统,且溶液再生耗能小,可实现空气源热泵的持续高效供热。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU83
【图文】：

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图 1-2 复合型无霜空气源热泵结构示意图学的王志华[25]等人利用固体干燥剂较强的除霜条件来实现无霜运行；利用相变蓄热装置模式下的低温热源，对干燥剂进行再生，以图如图 1-3 所示。在环境温度为 0℃，相对湿系统的平均 COP 为 2.81，仅比热气旁通除霜.7%，其值相对较小，不能保证固体干燥剂的

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图 1-2 复合型无霜空气源热泵结构示意图大学的王志华[25]等人利用固体干燥剂较强的除湿特结霜条件来实现无霜运行；利用相变蓄热装置对冷再生模式下的低温热源，对干燥剂进行再生，以保证意图如图 1-3 所示。在环境温度为 0℃，相对湿度为，系统的平均 COP 为 2.81，仅比热气旁通除霜系统 72.7%，其值相对较小，不能保证固体干燥剂的再生

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青岛理工大学工学硕士学位论文哈尔滨工业大学的姜益强[26]、高强[27]等人，提出了无霜空气源热泵系统原理如图 1-4 所示。通过在传统空气源热泵室外机进口侧附加溶液喷向室外机肋片管喷洒丙三醇溶液，在“连续喷淋”模式下，降低空气露在换热器表面形成防冻液膜抑制结霜，由于溶液喷淋泵匹配偏大，耗能的平均 COP 略低于常规系统；在“间歇喷淋”模式下，待翅片上有一成后再喷淋丙三醇溶液融化霜层，系统的平均 COP 高于常规系统，但三醇溶液再生温度较高，较难对其实现再生。

【参考文献】