如果环境温度过低( 低于零下15℃),降低机组压缩比是空气源热泵冷热水机组在寒冷地区正常运行的唯一途径,因此,应采用技术措施如两级压缩、经济器中间级补气式准两级压缩等方法来增加制冷系统的循环量、降低压缩比以保证机组在低环境温度下的可靠运行。另外通过加热吸气管路的气液分离器以提高吸气温度和吸气压力来增加压缩机的吸气量,以减缓结霜时间和制热供热不足的问题。
风冷热泵冷热水机组有节水、节能和环保等优点,但当风侧换热器翅片表面温度低于空气露点温度且低于0 ℃时,风侧换热器表面会结霜。在结霜的早期,由于霜层增加了传热表面的粗糙度及表面积,使总传热系数有所增加。随着霜层的逐渐增厚,对风冷热泵机组的运行会产生不利影响,一方面增加了空气和风冷换热器之间的传热热阻; 另一方面,霜层使盘管上的空气流道变窄,减少了翅片间的空气流通面积,导致空气流动阻力增加,空气流量减少,从而使风冷换热器的换热量降低,风机功耗增加,工作状况恶化。因此,当霜层达到一定厚度时,必须进行除霜以使系统能高效运行。机组除霜时,不但停止向供热对象供热,而且需要降低水温来加热翅片盘管,影响室内环境热舒适度,降低了机组的制热能效比。
若除霜太晚,蒸发器上的霜层太厚会使翅片间的风道阻塞、风量降低,其结果是严重恶化换热器的换热效率,系统的制冷系数降低使耗能增加,同时当机组切换到除霜工况时,将需要更长的时间和更多的热量来除去翅片表面的霜。相反若除霜时刻比较早,蒸发器还未结霜或只结了少量的霜,这样就会频繁除霜,也会造成能源的浪费、压缩机使用寿命的降低,而且对水温影响波动也较大,影响客户端的舒适性。
影响结霜的因素除了空气的湿度、壁面温度、环境温度等,还有结霜表面的特征,所以通过改变结霜表面的性质来抑制结霜是一个普遍关注的技术。在冷壁金属表面涂以某种憎水或亲水涂料以阻止和延缓结霜,涂层对金属表面应有很好的附着性能,一般选硅脂和硅油作为憎水涂料,而选用丙三醇(甘油)作为亲水涂料。
除霜控制方法有以下几种:
(1) 较早采用的是定时除霜控制,这种控制往往按照最恶劣的环境条件来设定时间,因此在不同的环境条件下必然产生不必要的能源浪费。
(2) 时间温度控制方法,这是目前普遍采用的方法,通过在时间量的基础上考虑了温度量,比单纯的时间法有进步,同时部分地考虑了机组工作环境的影响,但是仍不能很好地反映热泵机组在各种工况下合理除霜的问题。
(3) 通过吸气管上的吸气压力可以得到饱和蒸发温度,当在蒸发器表面结霜严重时,蒸发温度与大气温度的差会加大,以饱和蒸发温度与环境温度的差值能较好的反映结霜情况,但是对于环境温度变化剧烈的场合仍会有误动作产生。
(4) 由于蒸发器表面结霜,会增大蒸发器两侧的空气压差,通过检测蒸发器两侧的空气压差来确定是否需要除霜,这种方法可以实现根据需要除霜,但在蒸发器表面有异物或严重积灰时会误动作,而且微压差传感器的价格较高。
(5) 以上的方法由于参变量较少,只能适用于某些工况,而在另一些工况时会产生误操作。可以通过引入参数如环境温度、环境湿度、翅片盘管表面温度( 或通过压力传感器得到盘管蒸发温度) 、制热运行时间、翅片盘管表面温度与环境温度的差值( 或盘管蒸发温度与环境温度的差值) 及翅片盘管温度的变化率( 或盘管蒸发温度的变化率) 等来综合考虑以达到降低不必要除霜的误动作。
利用热泵结合热回收技术,不仅可以利用余热提高机组本身的性能,还能减少对环境的热污染,缓解城市的热岛效应。在夏季利用机组的冷凝热制取生活热水,不但节省了制取生活热水所耗的能量,而且降低冷凝温度提高机组性能; 在冬季,对于仍需要部分制冷降温的场合,同样利用机组冷凝余热来制取生活热水; 而对于冬季需要制热的场所,利用高温高压的工质气体的过热焓,仍可以同时得到采暖热水和生活热水。
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