風(fēng)速對(duì)空氣源熱泵翅片管換熱器結(jié)霜特性影響

風(fēng)速對(duì)空氣源熱泵翅片管換熱器結(jié)霜特性影響

尹從緒1，陳軼光2

 (1．中國(guó)制冷學(xué)會(huì)，北京100142;2．杭州杭氧股份有限公司，杭州310014)

摘要:針對(duì)風(fēng)速對(duì)空氣源熱泵翅片管室外換熱器結(jié)霜特性的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)霜量隨風(fēng)速的增加不是成線形增長(zhǎng)，在風(fēng)速為1．3m/s時(shí)結(jié)霜量最小。霜層厚度隨著風(fēng)速的增加反而減小，而翅片管換熱器的最大換熱量隨著風(fēng)速的增加而增加。
    關(guān)鍵詞:風(fēng)速;空氣源熱泵;結(jié)霜
    1·前言
    空氣源熱泵在冬季某些氣象條件下運(yùn)行時(shí)室外換熱器表面會(huì)產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象，隨著霜層厚度的增加，逐漸覆蓋整個(gè)蒸發(fā)器，空氣流通面積不斷減小從而使通過室外換熱器的空氣流量也不斷減小，同時(shí)，霜層導(dǎo)熱熱阻隨著霜層的增加也不斷的增加，嚴(yán)重破壞了空氣與制冷劑之間的換熱，使翅片管換熱器換熱性能急劇下降。因此探討室外換熱器表面結(jié)霜規(guī)律對(duì)解決空氣源熱泵空調(diào)穩(wěn)定、高效工作問題具有重要意義。本文采用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)風(fēng)速對(duì)空氣源熱泵翅片管換熱器結(jié)霜性能的影響進(jìn)行了研究。
    2·實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法介紹
    2．1實(shí)驗(yàn)裝置
    整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由焓差法空調(diào)器實(shí)驗(yàn)室、空氣源熱泵樣機(jī)、測(cè)量系統(tǒng)三個(gè)部分組成，焓差法空調(diào)器實(shí)驗(yàn)室用于模擬實(shí)驗(yàn)所需的室內(nèi)外側(cè)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的室內(nèi)、室外機(jī)組分別放于焓差法空調(diào)器實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)、室外側(cè)。翅片管換熱器的循環(huán)參數(shù)及其進(jìn)出口溫度、濕度、風(fēng)速及換熱器壁面溫度采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，表1給出了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的換熱器參數(shù)。

            
    2．2結(jié)霜量的測(cè)量
    在實(shí)驗(yàn)中，室外換熱器進(jìn)口均勻布置了16個(gè)溫濕度傳感器和風(fēng)速傳感器，在其出口布置4個(gè)溫濕度傳感器，通過測(cè)量換熱器進(jìn)口平均風(fēng)速計(jì)算換熱器空氣流量，利用布置在進(jìn)出口的溫濕度傳感器測(cè)量換熱器進(jìn)出口的干球溫度和相對(duì)濕度，計(jì)算出進(jìn)出口空氣含濕量。單位時(shí)間內(nèi)室外換熱器的結(jié)霜量則由下式計(jì)算:

            
    實(shí)驗(yàn)中，溫濕度和風(fēng)速傳感器采用TSI公司生產(chǎn)的型號(hào)為HUMOR10和TSI8465的傳感器，其精度分別為2%RH，0．1℃和0．5%。溫度采用天津儀表廠生產(chǎn)的T型銅－康銅熱點(diǎn)偶，其精度為0．1℃，溫度巡檢儀采用橫河公司生產(chǎn)的IM-DR232－1E，精度為0．1℃，壓力傳感器采用寶雞麥克生產(chǎn)的MPM480傳感器，精度為0．25%。
    2．3實(shí)驗(yàn)工況
    為了研究不同風(fēng)速條件下空氣源熱泵翅片管換熱器的結(jié)霜性能，本文在不同的空氣入口風(fēng)速條件下對(duì)一臺(tái)空氣源熱泵翅片管換熱器結(jié)霜性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，入口空氣溫度為0℃，入口空氣濕度為65%，入口空氣進(jìn)風(fēng)風(fēng)速變化范圍為1．1～1．6m/s，對(duì)于所有工況下室內(nèi)空氣溫度、濕度和風(fēng)速均控制在20℃、50%和2．2m/s。
    3·實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    從圖2可以看出，隨著時(shí)間的增加，翅片管換熱器上的霜的沉積量也迅速增加，且結(jié)霜量隨時(shí)間幾乎曾線形增加。這與其他研究者［1－3］的預(yù)測(cè)或?qū)嶒?yàn)結(jié)果是一致的。從圖3可以看出在其它進(jìn)風(fēng)條件不變時(shí)進(jìn)口風(fēng)速為1．6m/s時(shí)結(jié)霜量最大，1．1m/s其次，1．3m/s最小。隨風(fēng)速的增加不是成線形增長(zhǎng)，而是成上凹形，其原因可能是在風(fēng)速為1．3m/s左右這個(gè)范圍內(nèi)霜層密度的增長(zhǎng)最小，所以結(jié)霜量也最小。

            
    從圖4可以看出，結(jié)霜厚度隨時(shí)間不是呈線性增長(zhǎng)的，隨著時(shí)間的增加霜層厚度增長(zhǎng)的越快，其原因主要是隨著霜層在翅片管換熱器表面積聚，換熱器表面的溫度呈下降的趨勢(shì)，特別在在結(jié)霜后期，霜層厚度的增加使得導(dǎo)熱熱阻積聚增大，同時(shí)霜層也堵塞了大部分肋片通道，使得空氣流量急劇減小，使得傳熱效果急劇惡化，從而加快了霜層的增長(zhǎng)。從圖5可以看出，入口風(fēng)速越大，霜層厚度的增長(zhǎng)速度越小，這是因?yàn)槿肟陲L(fēng)速越大，翅片表面換熱系數(shù)也越大，在相同的大氣溫度下，制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度越高，導(dǎo)致翅片溫度越大。

           
    從圖6可以看出，隨著風(fēng)速的增加翅片管換熱器的最大換熱量也增加，其原因主要是風(fēng)速越大翅片管的換熱效果越好，換熱量也越大。從圖中還可以看出在霜層形成的初始階段，結(jié)霜不但對(duì)翅片管換熱器的換熱沒有影響，反而還提高了其換熱性能。以風(fēng)速1．6m/s為例進(jìn)行說明，在前30分鐘換熱器的換熱量隨著結(jié)霜時(shí)間增大，之后開始勻速衰減，但是在運(yùn)行100分鐘后，換熱量的衰減速度開始迅速加大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是:在結(jié)霜初期，由于霜層較薄，有霜層引起的導(dǎo)熱熱阻的增加很小，而霜層在換熱器表面的沉積使其形成了粗糙面，增加了對(duì)流換熱系數(shù)，從而增強(qiáng)了換熱器的換熱效果，使得翅片管換熱器的換熱量等均增大。隨著霜層的增加，霜層的導(dǎo)熱熱阻不斷增大，翅片管換熱器的傳熱性能降低，使得其換熱量也下降，運(yùn)行100分鐘后，換熱器表面已經(jīng)沉寂了較厚的霜層，形成的導(dǎo)熱熱阻使蒸發(fā)壓力迅速下降，另一方面，由于霜層占據(jù)了大部分肋片通道，使得空氣流量迅速下降，這大大惡化了傳熱效果，從而造成翅片管換熱器的換熱量迅速下降。
    4·結(jié)論
    (1)結(jié)霜量隨時(shí)間的增加呈線性增長(zhǎng)，而霜層厚度隨時(shí)間的增加呈上拋物線的形式增長(zhǎng)。
    (2)結(jié)霜量隨風(fēng)速的增加不是成線形增長(zhǎng)，存在一個(gè)結(jié)霜量最小的風(fēng)速。霜層厚度隨著風(fēng)速的增加反而減小，而翅片管換熱器的最大換熱量隨著風(fēng)速的增加而增加。
    (3)在霜層形成的初始階段，結(jié)霜不但對(duì)翅片管換熱器的換熱沒有影響，反而還提高了其換熱性能，隨后隨著霜層厚度的增加翅片管換熱器的換熱性能開始衰減。
    參考文獻(xiàn)：略