变风量对中大型风冷热泵结霜工况性能的影响

　　1 前言

　　风冷热泵冷热水机组的结霜和除霜特性及其主要影响因素的研究对于机组的安全稳定运行以及改善机组性能具有重要作用。

　　近年来,许多研究者对换热器结霜特性开展了较深入的研究。谷波认为霜形成的影响因素主要包括冷却面、气流和时间,他特别指出强制对流情况下,气流流速对霜的形成有较大影响[1]。郭宪民、张兴群和张哲等均采用数值模拟的方法研究用于小型制冷系统的换热器结霜特性[2~4]。针对风量变化对结霜量影响的研究目前一直存在一定的分歧的情况,郑钢采用理论分析的方法研究了风量对某小型空气源热泵风侧换热器结霜的影响,仿真结果表明风量对结霜量的影响与环境参数密切相关,他的研究方法采用稳态模型,与实际情况存在差距,同时缺乏相应的实验验证[5]。相对于小型风冷热泵系统,黄虎、姚杨对于结霜工况下风冷热泵冷热水机组性能进行了相关的研究。目前,风量变化对中大型风冷热泵冷热水机组结霜工况性能的研究较少,尤其缺乏定量研究[6、7]。

　　本文采用试验方法研究了不同风量对风冷热泵冷热水机组结霜工况下结霜速度、系统稳定运行时间长短以及对多回路翅片管换热器结霜工况性能等的影响。

　　2 试验装置及试验条件

　　图1中实线和虚线分别代表制冷和制热模式时制冷剂的流动方向,样机的名义制冷量为50kW,在压缩机的吸、排气口,风侧换热器的进、出口布置了压力和温度传感器,水侧换热器布置了进、出水温度传感器,气液分离器可以容纳80%的机组充灌量。

　　试验通过调整蒸发器风扇的电压实现蒸发器来流风量的改变。试验比较了3种风量:风机正常工作时的风量、80%正常风量以及60%正常风量。试验在人工环境模拟室中进行,测试时干球温度为5. 0?0. 4e,相对湿度85%?2%,来流空气压力为0. 103MPa,进水温度控制在37?0. 5e内,水流量控制在5. 0?0. 1t/h。风速采用EE65系列风速变送器,测量精度为?3%所测值。

　　3 试验结果及分析

　　3. 1 结霜速度

　　表1为3种不同风量时,换热器表面结霜情况的比较。

　　由表可知,风量较小时,换热器表面霜出现较早。如表1所示,正常风量时,霜出现时间为开机后25min, 80%和60%风量工况时,霜出现时间分别为开机后16min和10min,较正常风量分别提前9min和15min。由表1还发现换热器表面最早结霜的位置几乎相同,都是在换热器边缘位置,即换热管的弯头连接段附近,这是因为制冷剂在弯管段压降增大,相应造成管壁温度较低,由于影响结霜的主要因素为壁面温度和空气相对湿度,迎面空气相对湿度在换热器表面分布几乎均匀,因此处于较低管壁温度的弯段最早结霜。根据表1推断风量变小时,结霜速度加快。主要是因为风量较低时,相应来流风速较低,使得系统换热系数降低,造成系统的蒸发温度快速下降,如图2所示为不同风量试验时系统蒸发温度比较。风量降低为80%以及60%风量时,相应的蒸发温度也逐渐降低,如图2所示:正常风量时,系统稳定工作期间平均蒸发温度约-4e;当风量降低至60%正常风量时,相应的蒸发温度约-7. 5e,相差大约3. 5e。因此风速降低时,蒸发器换热系数较低,蒸发温度降低,同时较低风速时,霜晶不易被吹走,利于霜层增厚,加速霜层的累积;而风速增大时,系统负荷增大,在相同环境条件下,蒸发温度有所提高,从而提高翅片表面温度,降低与环境的温差,进而减少了结霜的倾向;另一方面,风速较高时可以吹走霜晶,不利于霜层增厚,使得结霜速度减慢。试验证明要降低结霜速度,可以通过适当提高风机转速来实现,这样可以加大空气流量,具有抑制结霜的作用。