一種空調(diào)器室外換熱器的延霜技術(shù)

雷永鋒 王 飛 崔文娟 丁 爽

青島海爾空調(diào)器有限總公司 山東 青島 266101

1 引言

空氣源熱泵空調(diào)是一種取室外冷熱量釋放到室內(nèi)環(huán)境的一種可調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的設(shè)備,其于其可方便地將電能轉(zhuǎn)化為空氣能而帶來人體體感的舒適被市場廣泛接受。但當(dāng)室外環(huán)境溫度和相對濕度處在-5℃～5℃之間和65%以上時,空氣源熱泵室外換熱器表面最容易結(jié)霜[1]。結(jié)霜現(xiàn)象已成為制約空氣源熱泵空調(diào)能效及安全可靠性的重要因素,因此通過在熱泵空調(diào)機組中采用延霜技術(shù),抑制室外側(cè)換熱器表面的霜層增長速度,可有效提高空氣源熱泵空調(diào)器冬季供暖運行時間及制熱量。

2 新型循環(huán)的應(yīng)用

空調(diào)器制熱循環(huán)時,在節(jié)流裝置EEV電子膨脹閥出口、室外換熱器入口處增加可以加熱管內(nèi)制冷劑的電熱元件(圖1),將節(jié)流后、室外機入口前的制冷劑加熱,以提高蒸發(fā)側(cè)的溫度和壓力,從而延緩室外換熱器的結(jié)霜速度。

圖1 系統(tǒng)循環(huán)示意圖

采用美國NIST的Domanski設(shè)計的軟件EVAP-COND 4.0版進行模擬計算。EVAP-COND 4.0采用逐管計算的方案,需要單獨輸入制冷劑和空氣的狀態(tài)、流量。對于多支路布置來說,需要對各支路逐個計算。在某個支路內(nèi),計算按照管路布置與制冷劑的流動順序進行,前一根管制冷劑的出口參數(shù)是后一根管的入口參數(shù)。對于支路內(nèi)的分叉,先計算其中一個分支直至出口,然后再倒回至分叉處計算其他分支。在空氣側(cè),迎風(fēng)管排每根管路入口空氣的溫、濕度均相同,流速在管路的縱向上可實現(xiàn)一維非均勻分布的假設(shè)。對后排管路來說,每根管的空氣流量是前排中2根距離最接近管路流量的各一半之和,入口狀態(tài)為2股空氣混合后的狀態(tài)參數(shù)。在模擬時,先確定制冷劑側(cè)兩相區(qū)和過熱區(qū)的臨界點,并采用相應(yīng)的傳熱和壓降公式。本文采用光滑圓管,沸騰表面換熱系數(shù)采用Thome公式,冷凝換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)采用Shah公式,單相區(qū)傳熱采用Mc Adams公式。制冷劑在單相區(qū)的壓降采用Blasius公式,兩相區(qū)的壓降采用Mailer-Steinhagen公式,彎頭單相與兩相區(qū)的局部壓降分別采用Chisholm以及Idelchik公式。以3P空調(diào)器為例,進行條件約束如下表1。

表1 EVAP-COND模擬時室外換熱器模擬計算條件

不開電熱元件時,室外換熱器的換熱量全部來自空氣,模擬計算的目標(biāo)換熱量設(shè)為5k W;設(shè)定電熱元件有效加熱量為0.9k W時,室外換熱器與空氣的換熱量設(shè)為4.1k W。模擬計算結(jié)果如下表2,開啟狀態(tài)潛熱量較不開啟狀態(tài)降低25.5%,且水蒸氣凝結(jié)成冰的過程中,冰的潛熱遠(yuǎn)大于蒸氣和水的顯熱部分,因此根據(jù)此計算結(jié)果可實現(xiàn)室外空調(diào)翅片管換熱器抑霜25.5%的效果。

表2 EVAP-COND模擬電熱開與不開室外換熱器換熱結(jié)果對比

選取3P變頻落地分體式房間空調(diào)器,使用空氣焓值法進行測試,測試工況按GB/T 7725的低溫制熱工況:室內(nèi)側(cè)20/-℃(干/濕球),室外側(cè)2/1℃(干/濕球)?？照{(diào)器制熱運行期間的數(shù)據(jù)如下表3,開啟電熱元件加熱制冷劑時較關(guān)閉時,室內(nèi)側(cè)制熱量提升17.9%,制熱運行周期時間提升36.8%。

表3 空調(diào)器整機測試數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

綜上所述,在節(jié)流裝置和室外換熱器間增加可以加熱管內(nèi)制冷劑的電熱元件,能在一定程度上延緩換熱器表面結(jié)霜,可以提升制熱時的運行時間,從而提升用戶的舒適性。