复叠式空气源热泵热水器结霜工况下的机组运行参数研究

　　0 引言

　　复叠式热泵循环系统是借鉴复叠式制冷技术，在超低温的室外环境下，解决空气源热泵系统处理高温化的问题，使空气源热泵系统适应更恶劣的室外环境，扩大空气源热泵系统的应用空间[1]。然而与普通空气源热泵系统一样面临结霜问题，在进行制热循环时，当空气露点温度高于蒸发器翅片表面温度，换热器翅片表面就会结露;当翅片温度低于0℃时，翅片表面就会结霜。

　　结霜量是研究结霜特性的一个重要参数，研究人员采用了各种方法进行测量，其中Senshu T 等[2]为了获得结霜的质量，在试验中每隔一段时间将结满霜的换热器翅管卸下，再称量其质量，然后减掉初始时化霜水质量来得到换热器质量变化，从而获得结霜量。Shinhyuk Yoon 等[4]用可移动取样带取霜样品称质量，在每次测量之前把铝带放在换热器的表面，然后在一定时间之后，取下铝带用天平测量。而O’Neal[5]根据流通的空气流率和进出口的湿度差间接算出沉积为霜的水汽重量。这些方法一般测量结果会产生较大的不确定度，相对而言，测量换热器前后含湿量和通过换热器的风量的方法国内外使用的比较多。

　　结霜工况下空气源热泵系统的性能变化可以真实的反应结霜时机组运行状态和能耗。KamilKaygusuz[6]对一台为 75m²房间供暖的空气源热泵的性能进行研究，在系统达到稳定的结霜工况时测量出系统性能和换热量，实验的室外环境工况是：环境温度在4-10℃和相对湿度在65%-80%的范围内。实验得到在上述环境条件下系统以及各部件的参数。在国内，黄虎等[7]对一台70.34kW 风冷热泵冷热水机组在结霜工况下的运行情况进行了测试，得出了在这个结霜工况下运行时，机组吸气压力、排气压力、翅片温度、制热量等参数随时间的变化关系。姬长发等[8]在一台制冷量为55kW 的风冷热泵冷热水机组上进行了实验，他在分析中把结霜过程分为启动阶段、稳定阶段和震荡阶段三个阶段，得出风速的不均匀会导致热力膨胀阀的震荡。田津津等[9]对一台风冷热泵室进行了结霜工况下的实验测试，实验地研究了风冷热泵在规定的环境温度下制热能力、出风温度以及热泵制热性能的变化。实验结果表明热泵结霜严重的影响了制热能力、出风温度以及热泵制热性能。

　　本文对一台复叠式空气源热泵系统进行结霜实验，并分析结霜对于机组实际耗电量以及COP等性能参数的影响。

　　1 实验装置

　　复叠式热泵系统由两个单级循环叠加而成，分为高温级循环和低温级循环，系统原理图如图1所示。本文研究的复叠式热泵机组是能在超低温的环境下(环境温度-25℃)制取80℃的热水，低温级循环工质R410A，蒸发温度-40℃，冷凝温度15℃;高温级循环工质R134a，蒸发温度10℃，冷凝温度85℃。复叠式空气源热泵热水器实物图如图2所示。