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低温空气源热泵的设计

低温空气源热泵的设计

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  • 发布时间:2021-08-06
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【概要描述】可持续发展理念下,热泵系统作为一种全新化的热能源应用设备而得到了广泛应用。然从低温气候空气源热泵运作效率来看,其在蒸发器、冷凝器、节流结构、除霜方式等方面上存在一定问题,这使得设备的运作性能和稳定性受到较大影响,有必要进行低温空气源热泵系统的优化设计。

低温空气源热泵的设计

【概要描述】可持续发展理念下,热泵系统作为一种全新化的热能源应用设备而得到了广泛应用。然从低温气候空气源热泵运作效率来看,其在蒸发器、冷凝器、节流结构、除霜方式等方面上存在一定问题,这使得设备的运作性能和稳定性受到较大影响,有必要进行低温空气源热泵系统的优化设计。

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可持续发展理念下,热泵系统作为一种全新化的热能源应用设备而得到了广泛应用。然从低温气候空气源热泵运作效率来看,其在蒸发器、冷凝器、节流结构、除霜方式等方面上存在一定问题,这使得设备的运作性能和稳定性受到较大影响,有必要进行低温空气源热泵系统的优化设计。

一、低温条件对空气源热泵的影响

空气源热泵由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流机构四大组件构成。在实际运作中,压缩机会排出具有较高温度和压力的冷媒,这些冷媒会在冷凝器中冷凝液化,进而释放大量的热能。同时,节流后的冷媒会在蒸发器中蒸发,从环境中吸收大量热能,由此实现了低温热源向高温热源的有效转化。

低温条件对空气源热泵的运作具有较大影响。其中,蒸发器、冷凝器是影响最强烈的两个单元。就蒸发器而言,一旦采用低温空气作为空气源,则蒸发器的翅片会因为设计因素而导致易结霜;同时当制冷剂流向设计、风扇位置存在缺陷时,蒸发器还会出现换热不均问题,使结霜现象更加恶化;此外,低温条件下热泵系统的冷媒循环量会减小,也会使得蒸发器出现分液不均。这些都降低了空气源热泵系统运作的稳定性和高效性。而在冷凝器使用中,当冷凝温度较低时也会导致蒸发器频繁结霜,因此冷凝温度需要尽可能高点。但冷凝温度高,压缩机的排气温度也高,这样一方面增加了压缩机的能耗,降低了热泵系统的运作效率;另一方面,当压机的排气温度过高时,可调速压机出于自身保护会进行降速,这样热泵系统的输出能力又减小了。这些都使得既有空气源热泵机组在低环温运行时,性能都大打折扣,甚至不能运作。

二、基于低温空气源的热泵系统设计

1、热泵蒸发器设计

对于热泵蒸发器的设计,翅片间距跟形状、迎风管排数和风速、空气湿度、制冷剂流向等都是较为主要的影响因素;其中,翅片间距和形状的影响较为强烈。就翅片的间距而言,间距过小会使得蒸发器结霜的速度较快,从而增加了空气流动的阻力;对此在系统设计中,应基于蒸发器和空气间的换热、流动性能最优来设计翅片间距,通常情况下,翅片的间距应不小于1.8mm。其次,在翅片设计中,可考虑使用外加电场的方法来延緩结霜速度。此外,翅片表面还可通过喷亲水颜料的方式来延缓结霜,以及在机组底盘设置加热装置,不断提升蒸发器的运作性能。

2、热泵冷凝器设计

冷凝器在空气源的热泵作业中发挥着重要作用。在低温空气条件下,热泵所产生的热能会比正常条件下少很多,在这种情况下,冷凝器很少会出现能力不足问题。热泵系统若未采用变频设计,则不需要对冷凝器进行特别的设计。而当系统采用了变频设计或多级压缩作业方式,则热泵所产生的热能与冷凝器结构具有对应性,此时应根据具体系统对应考虑冷凝器的面积,以此来实现冷凝换热的最佳性能。

3、热泵节流结构设计

低温空气源热泵使用时,其低位热源温度差异较大,这对热泵系统的节流机构提出了新的较高要求。既有空气源热泵采用的热力膨胀阀不能满足低温空气源热泵系统的调节需求。基于新需求,设计可采用双电子膨胀阀进行冷媒流量的变化调节。在热泵系统运作中,当低位热源温度发生较大变化时,电子膨胀阀会结合所采集的数据当前工况进行分析,随后进行精细调节,从而确保空气源热泵运作的稳定性。


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