基于蓄能除霜的空气源热泵系统分析

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低　温　建　筑　技　术2009年第9期(总第135期)

建筑节能

基于蓄能除霜的空气源热泵系统分析

张红瑞,　刘学来,　李永安

(山东建筑大学热能工程学院,　济南　250101)

　　【摘　要】　针对空气源热泵在除霜时室内环境热舒适性恶化、机组除霜可靠性差和运行不稳定等问题,提出空气源热泵蓄能除霜新技术。建立了蓄能除霜系统的理论分析模型,并与传统供热系统作对进行了经济性分析,对传统除霜系统与蓄能除霜系统的除霜特性进行了对比实验并进行除霜性能分析,霜系统的优越性。

【关键词】　蓄能;除霜;空气源热泵;除霜性能【中图分类号】　TU834　　　　【文献标识码】　B

-6864(2009)09-0118-03

ANAPUMPSYSTEMBASEDON

STOREFORDEFROSTINGZHANGHong2rui,　LIUXue2lai,　LIYong2an

(Schoolofthermalenergyengineering,ShandongJianzhuUniversity,Jinan250101,China)

　　Abstract:Inordertosolvetheproblemofinstabilityofrunning,poorreliabilityofdefrostingandworsen

indoorenvironmentbecauseofdefrosting,anewairsourceheatpumptechnologyofenergystoragedefrostingispresented1Thetheoreticalmodelofdefrostingsystemisestablishedandtheeconomicanalysisofairsourceheatpumpisworkedout1Thedefrostingperformanceisanalyzedandthecomparedexperimentofdefrostingcharacteristicofthetraditionalsystemandthenewenergystoresystemarecarriedon1Theresultprovedtheadvantageoftheairsourceheatpumpsystemofstoreenergyfordefrosting1

Keywords:storeenergy;defrosting;airsourceheatpump;defrostingperformance

　　空气源热泵的除霜问题是个世界性难题,传统的除霜方法所需要的能量基本上来自压缩机的功耗,致使热泵除霜时间增长,除霜时间的增长导致除霜能耗损失过大

[1]

引发的除霜过程可靠性差、除霜时间过长、能耗损失大的问题。该系统主要由压缩机、蓄能罐、室内侧换热器、室外侧换热器、毛细管(节流阀)、气液分离器、四通换向阀和电磁阀等组成,可实现系统制热、制热蓄能、余热蓄能、释能除霜等多工况之间的转化。　表1　

模式制热制热蓄能蓄能除霜

;同时除

霜所需时间过长,室内温差过大,致使人体感觉不适,更甚者有向室内供冷的现象。空气源热泵机组结霜、除霜问题严重影响了空气源热泵机组运行的稳定性和供热的可靠性。

1　

蓄能除霜原理

蓄能除霜机组工作原理

阀门1

offononon

阀门2

offononon

阀门3

ononoffoff

阀门4

ononoffoff

　　储水蓄能系统工作原理如图1。蓄能时,机组正向运行制热,制冷剂在蓄能罐里冷凝放热,把蓄能罐里的水加热;除霜时,机组反向运行,制冷剂在蓄能罐里蒸发吸热,并在翅片换热器里冷凝放热,利用制冷剂放出的热量进行除霜。此过

空气源热泵蓄能除霜是采用储水蓄能,释能除霜的新技术,解决了目前在除霜过程中,由于供除霜用的热量不足而

程中制冷剂吸取蓄能罐里热水的热量,而不是室内空气的热量,这就避免了机组在除霜时因逆向运行从室内吸取热量而使室内温度迅速降低的弊端。又因制冷剂直接从热水里吸

[基金项目]　建设部科研课题“间接蒸发空调热回收技术研究”的子课题(2008-K1-29)

张红瑞等:基于蓄能除霜的空气源热泵系统分析

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热,大大缩短了机组除霜时间,使得机组可以很快恢复向室内供热,大大降低对室内温度的影响。

2　蓄能除霜系统的理论分析模型

2所示

。

对蓄能罐建立理论分析模型,建模时做如下假设[2]:

(1)　制冷剂在管内作一维轴向流动,不计轴向热传递。

(2)　在两相区,制冷剂气、液体混合均匀切不可压缩。(3)　管壁的热容忽略不计。

ΔT+wtQ=c m (1)

式中,Q为蓄能除霜机组可提供的除霜热量,kJ;t为除霜所用时间,s;C为蓄能罐内水的比热,取4118kJΠkg K;w为机组输入功率,kW。m为蓄能罐内水的总质量,kg;ΔT为除霜前后水的温差,℃。

化霜所需热量包括两部分:一是处于两相区的工质被等压加热到0℃所需要的相变热和显热之和Q1;二是将霜层融化成水所需的热量Q2,一般Q2远远大于Q1,霜所需的热量近似于Q2来分析[3]M=µρdxdydz　表2　

(2)

供热形式初投资比Π元 m-2初投资/元 m-2初投资/万元年运行费比年运行费用/元使用年限/年

2

投　资　情　况

电锅炉加热

1

化霜所需的热量+霜层的溶解潜热

δρ(cp Δt+r)(3)Q=∫(M h)dt+M r=A 式中,M为传热单元霜层的总质量,kg;ρ霜层密度,

150kgΠm;h为传热单元上霜层的焓函数,kJΠkg;v为传热单

3

集中供热

1115

空气源热泵

1120

地源热泵

1130

水源热泵

1125

192～224221～258230～269250～291240～280192～224221～258230～269250～291240～280

1

0165

0160

0148

0140

元上霜层的体积,m3;r为霜层的熔解热,取334153kJΠkg;Q为化霜所需热量,kJ;Cp为霜层的平均比热,取210kJΠkg K;δ为霜层A为霜层面积,m;Δt为霜层融化前后的温差,℃。厚度,m。

为了对蓄能除霜系统和传统除霜系统进行理论分析对比,在同一工况下进行数值模拟,其中霜层面积为5612m,霜层厚度分别为1、2、3、4和5mm。

从图2知,当霜层为4mm厚时,为了使除霜前后室内温差不大于10℃,传统除霜系统除霜时间必须要大于10min,当霜层为5mm厚时,除霜时间必须要大于18min。而室内温度的降低将大大影响室内的舒适度,达不到供暖的要求

。

2

100441006529100602610048211004018100

543714

1527318

1528415

1035613

1034217

总净现值(贴现率按15%)/万元

注:按10000m2进行投资计算;计算总净现值时,不考虑期末残值。

从表2计算结果可知,集中供暖和空气源热泵的总净现值最低,即这两种供暖方案最经济,但是蓄能除霜空气源热泵系统的环保效益明显优于集中供暖系统[5]。通过对各种形式的采暖系统在经济、节能、环保等方面的比较分析得出:蓄能除霜空气源热泵系统很适合我国目前同时需要供热和供冷的建筑小区,这种方式无论初投资、运行费还是节能环保都优于目前所应用的传统供热系统,同时有利于提高人居生活质量,满足室内的舒适度要求。

4　实验分析411　搭建实验台

组装实验样机,并安装在山东省济南市鲁能康桥小区进行实验,机组主要参数如下:压缩机型号为JT160BCBY1L@K的全封闭涡旋式压缩机,额定制热量为1510kW,额定功率为

4166kW,制冷剂为R22。室外侧换热器为翅片管式换热器,

从图3知,当霜层为3mm厚时,蓄能除霜系统在保证室内供暖热舒适度的同时,化掉同样质量的霜层需40L的蓄能罐,但除霜时间比传统除霜系统大大缩短。

3　经济性分析

管材为紫铜管,管径为10mm×015mm,管间距25mm,管排距

22mm,翅片为波纹状铝翅片,片间距210mm,片厚0115mm。

室内侧换热器选用钎焊板式换热器B3-32型,总换热面积

0186m,有效管总长为5169m。机组运行工况为:室外环境温

2

蓄能除霜空气源热泵系统的初投资与其他传统供热方式的比较,以1t水温升40℃耗能为例作比较[4],通过调查得到各种能源形式的供热设备所需投资及运行费用对比如表

度 …… 此处隐藏：3538字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……