空氣源熱泵冷熱水機組全年運行工況的模擬與分析(1)

1、    空氣源熱泵冷熱水機組全年運行工況的模擬與分析(1)    對機組的空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)等參數(shù)進行綜合分析，尋求對空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜特性影響最小的空氣側(cè)換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)合夏季運行工況，其空氣側(cè)換熱系數(shù)、管壁溫度、空氣側(cè)壓降也有所改善。將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，兩者吻合很好，進一步驗證了所建模型的可靠性。 關(guān)鍵詞：空氣源熱泵冷熱水機組 動態(tài)模型 穩(wěn)態(tài)模型 結(jié)霜 1 空氣源熱泵冷熱水機組模型建立 空氣源熱泵冷熱水機組由壓縮機、空氣側(cè)換熱器、水側(cè)換熱

2、器、節(jié)流機構(gòu)等設(shè)備組成。在質(zhì)量守恒、能量守恒、動量守恒的基礎(chǔ)上，利用空氣源熱泵冷熱水機組的四大部件的數(shù)學模型，并利用制冷劑在各部件的進出口狀態(tài)參數(shù)把所建的四個部件模型耦合在一起，就構(gòu)成了空氣源熱泵冷熱水機組冬、夏季工況的模型。耦合過程中的質(zhì)量守恒是指各部件中的制冷劑質(zhì)量流量相等，單位時間內(nèi)流入某部件的制冷劑質(zhì)量等于流出該部件的制冷劑質(zhì)量；能量守恒是指機組的制冷量與壓縮機對制冷劑作功之和等于冷凝器的熱負荷；動量守恒即壓力平衡，是指經(jīng)過壓縮機后制冷劑壓力的提高值等于制冷劑在空氣側(cè)換熱器、膨脹閥、水側(cè)換熱器等部件中的壓力降之和。2 典型冬季工況的模擬與分析對于所建立的空氣源熱泵冷熱水機組的動態(tài)數(shù)學模

3、型1，采用計算機求解，計算工況見表1，計算從某一時刻壓縮機吸入口開始。調(diào)用各子程序，可以計算出空氣側(cè)換熱器的換熱量以及結(jié)霜等情況。 我國大部分地區(qū)處于季風氣候區(qū)，熱泵適宜應用的地區(qū)濕度普遍比較大，例如長江以南地區(qū)，相對濕度一般都在75%以上，若溫度在0左右，極易結(jié)霜。下面將采用機組的動態(tài)數(shù)學模型，分別計算機組在一些典型地區(qū)，如對于重霜區(qū)成都所對應的工況B（0，85%）、一般結(jié)霜區(qū)上海、杭州所對應的工況C（-4，75%）2，用變化后的空氣側(cè)換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進一步對空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜工況進行計算及分析。2.1 工況B（0，85%）空氣側(cè)換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)采用變化后值：管徑為8mm，分液路數(shù)10

4、，管間距為27.4mm，翅片間距分別為3.5mm和4mm時，與采用原始的結(jié)構(gòu)參數(shù)（管徑為10mm，分液路數(shù)10，管間距為25.4mm，翅片間距為2mm）相比，分析空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜工況下，機組性能參數(shù)隨時間的變化。圖1至圖4是機組空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)隨時間的變化。由圖可見，水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)在翅片間距取3.5mm時優(yōu)于翅片間距取4mm時。圖1 空氣側(cè)換熱器換熱量隨時間的變化圖2 水側(cè)換熱器換熱量隨時間的變化 圖3 壓縮機軸功率隨時間的變化圖4 供熱性能系數(shù)隨時間的變化采用原始的結(jié)構(gòu)參數(shù)與變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)對空氣源熱泵冷熱水機組各性能參數(shù)的

5、影響作了對比，從而得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)參數(shù)變化后，機組運行到35分鐘時，壓縮機軸功率從72.36kW增加到72.9kW，增加了0.75%；水側(cè)換熱量從285.843kW增加到287kW，增加了0.4%；因此，對于工況B，采用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)（翅片間距3.5mm），機組結(jié)霜工況性能改善明顯。2.2 工況C（-4，75%）空氣側(cè)換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化后值：管徑為8mm，分液路數(shù)10，管間距為27.4mm時，翅片間距分別取2.5mm和3mm時，與采用原始的結(jié)構(gòu)參數(shù)相比，分析空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜工況下，機組性能參數(shù)隨時間的變化。圖5至圖8是機組空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)隨時間的變化

6、。由圖可見，空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)在翅片間距取2.5mm時明顯優(yōu)于翅片間距取3mm時。采用原始的結(jié)構(gòu)參數(shù)與變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)對機組各性能參數(shù)的影響作了對比，從而得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)參數(shù)變化后，機組運行時間延長，供熱性能系數(shù)從4.1172增加到4.1267，增加了0.27%；壓縮機軸功率從59.1kW增加到59.55kW，增加了0.76%；水側(cè)換熱量從243.35kW增加到245.75kW，增加了0.58%,因此，對于工況C，采用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)（翅片間距2.5mm），機組結(jié)霜工況的性能改善明顯。圖5 空氣側(cè)換熱器換熱量隨時間的變化圖6 水側(cè)換熱器換熱量隨時間的變化圖7 壓

7、縮機軸功率隨時間的變化圖8 供熱性能系數(shù)隨時間的變化    3 典型夏季工況的模擬與分析通過對結(jié)霜工況BC，空氣側(cè)換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)對空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜特性影響的計算和研究，得出結(jié)論：采用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對機組性能尤其是減少結(jié)霜、延長機組運行時間有明顯效果。機組夏季按制冷工況運行，用變化后的換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)在夏季工況對機組運行是否產(chǎn)生影響，下面分別對工況B、C所對應的夏季工況D、E用變化后結(jié)構(gòu)參數(shù)對機組進行計算和驗證。3.1 工況D（31.6，86%）空氣源熱泵冷熱水機組夏季運行時，空氣側(cè)換熱器作為冷凝器使用?？諝鈧?cè)換熱器是以空氣作為冷卻介質(zhì)，靠空氣的

8、溫升帶走冷凝熱量。夏季工況機組運行時，隨著時間的變化，機組各性能參數(shù)基本不改變，因此，夏季工況采用穩(wěn)態(tài)模型進行計算。圖9至圖10分別為夏季工況下，空氣側(cè)換熱器在采用變化前后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，空氣側(cè)換熱系數(shù)、管壁溫度沿管長的變化?？梢钥闯?，變化后的空氣側(cè)換熱系數(shù)明顯增大，空氣側(cè)管壁溫度提高。這是因為隨著翅片間距的增大，使流過換熱器的空氣產(chǎn)生擾動變化，空氣側(cè)換熱能力增強，冷凝熱量迅速傳遞給空氣，降低了空氣與管壁的溫差。圖9 空氣側(cè)換熱系數(shù)沿管長的變化圖10 空氣側(cè)管壁溫度沿管長的變化采用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對于夏季工況D，制冷性能系數(shù)為4.59，制冷量為339.115kW，空氣側(cè)平均溫度為35.585，平

9、均相對濕度為71.3%。這是由于空氣側(cè)換熱器作為冷凝器向空氣中傳遞冷凝熱量，使空氣溫度升高，絕對含濕量不變，相對濕度降低。            程衛(wèi)紅 姚楊 馬最良摘對機組的空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)等參數(shù)進行綜合分析，         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學習之用，

10、否者后果自負，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。因此，對于夏季工況D，機組空氣側(cè)換熱器采用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，機組緊湊性差，設(shè)備龐大，空氣側(cè)壓降從319.028Pa降低到244.54Pa，降低了23.3%，空氣側(cè)管壁溫度也升高了5.65%，使管壁溫度與空氣溫度的溫差減小，空氣側(cè)換熱系數(shù)增大，強化了空氣側(cè)換熱。3.2 工況E（34，83%）圖11至圖12分別為空氣側(cè)換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)在變化前后空氣側(cè)換熱系數(shù)、空氣側(cè)管壁溫度沿管長的變化?？梢钥闯?，變化后的空氣側(cè)換熱系數(shù)明顯增大，空氣側(cè)管壁溫度提高。圖11 空氣側(cè)換熱器換熱系數(shù)沿管長的變化圖12 空氣側(cè)管壁溫度沿管長的變化因此，用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對

11、于夏季工況E，制冷性能系數(shù)為4.59，制冷量為339.115kW，空氣側(cè)平均溫度為37.571，平均相對濕度為69.1%。這是由于空氣側(cè)換熱器作為冷凝器使用，向空氣中傳遞冷凝熱量，使空氣溫度升高，絕對含濕量不變，相對濕度降低。除機組緊湊性差，設(shè)備龐大，空氣側(cè)壓降從322.289Pa降低到264.436Pa，降低了17.95%，管壁溫度升高6.4%，使管壁溫度與空氣溫差減小，空氣側(cè)換熱系數(shù)增大，強化空氣側(cè)換熱。4 結(jié)論在質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒的條件下建立了空氣源熱泵冷熱水機組全年運行工況的數(shù)學模型。采用該模型對機組的冬季工況B、C進行了計算分析，通過改變翅片管換熱器的片距、管徑、管間距等結(jié)

12、構(gòu)參數(shù)，從減少結(jié)霜量，延緩結(jié)霜，延長融霜時間間隔為出發(fā)點，采用變化后的換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算分析各參數(shù)對空氣源熱泵冷熱水機組性能的影響，得到了機組的空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)隨時間的變化規(guī)律。結(jié)合夏季工況，運用變化后的換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用夏季穩(wěn)態(tài)模型對機組的夏季工況進行計算分析，得到了機組空氣側(cè)換熱系數(shù)、空氣側(cè)管壁溫度等的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明，處于重霜區(qū)的成都所對應的冬季工況B（0，85%），相對濕度比較高，冬季溫度處于易結(jié)霜溫度范圍內(nèi)，得出結(jié)構(gòu)參數(shù)：翅片間距取3.5mm，管徑取8mm，分液路數(shù)取10，管間距取27.4mm；處于一般結(jié)霜區(qū)的上海、杭州所對應的冬季工況C（-4，75%），得出結(jié)構(gòu)參數(shù)：翅片間距