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利用熱氣旁通抑制空氣源熱泵結(jié)霜可行性研究
時(shí)間：2016-11-05
目前空氣源熱泵比較常用的化霜方式是通過四通閥換向閥動(dòng)作，使空調(diào)器由制熱循環(huán)變?yōu)橹评溲h(huán)，冷媒在系統(tǒng)中逆向流動(dòng)，壓縮機(jī)排出的高溫制冷劑進(jìn)入室外機(jī)進(jìn)行化霜。在化霜過程中，內(nèi)風(fēng)機(jī)停止工作，內(nèi)機(jī)不僅不制熱，反而會(huì)吸收室內(nèi)的熱量，導(dǎo)致室內(nèi)側(cè)溫度波動(dòng)大。所以從舒適性角度講，這種逆向除霜方法亟待改進(jìn)。利用熱氣旁通能夠抑制熱泵結(jié)霜的速度和結(jié)霜程序，延長(zhǎng)熱泵的化霜周期。熱氣旁通抑制空氣源熱泵結(jié)霜的方法還有一些技術(shù)難點(diǎn)無法攻克，沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。
一、熱氣旁通抑制空氣源熱泵結(jié)霜技術(shù)原理及應(yīng)用難點(diǎn)
熱氣旁通抑制空氣源熱泵結(jié)霜技術(shù)需要在室外機(jī)系統(tǒng)中增加一個(gè)壓縮機(jī)蓄熱裝置，一個(gè)電磁閥，一個(gè)板式/套管式換熱器，一段毛細(xì)管和一個(gè)單向閥，詳見原理圖。蓄熱裝置固定在壓縮機(jī)周圍，內(nèi)裝有乙二醇溶液，吸收壓縮機(jī)廢熱。當(dāng)需要熱氣旁通抑制空氣源熱泵結(jié)霜時(shí)，電磁閥開啟，此時(shí)壓縮機(jī)旁通一部分排氣到板式/套管式換熱器，與制熱循環(huán)中節(jié)流后的冷媒換熱。旁通的高溫排氣放熱后冷凝成液體，經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流后進(jìn)入蓄熱裝置，吸收熱量后經(jīng)過氣液化離器吸入到壓縮機(jī)。制熱循環(huán)中節(jié)流后的冷媒在板式/套管式換熱器中吸熱蒸發(fā)，大大減輕了室外換熱器的換熱負(fù)擔(dān)，達(dá)到抑制機(jī)組結(jié)霜，延長(zhǎng)化霜周期的目的。
熱氣旁通抑制空氣源熱泵結(jié)霜技術(shù)無需停壓縮機(jī)，四通閥無需換向，對(duì)室外側(cè)環(huán)境溫度影響很小，大大提高了用戶舒適性體驗(yàn)。
熱氣旁通抑制空氣源熱泵結(jié)霜技術(shù)雖有諸多優(yōu)勢(shì)，但在應(yīng)用上存在一定困難：1、該技術(shù)是利用壓縮機(jī)排氣與制熱循環(huán)中節(jié)流后的冷媒換熱，換熱量相對(duì)較小，如果室外換熱負(fù)荷太大，熱氣旁通無法滿足，那么機(jī)組依然需要換向除霜，影響室內(nèi)舒適性；2、旁通的冷媒經(jīng)過板式換熱器后被冷凝成液體，再通過毛細(xì)管節(jié)流，如果直接進(jìn)入氣液分離器，可能會(huì)造成壓縮機(jī)吸氣帶液，直接威脅到壓縮機(jī)壽命，因此，必須額外通過其他加熱方式來保證壓縮機(jī)不會(huì)回液；3、熱氣旁通會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)側(cè)供熱減少，必須合理控制熱氣旁通量，保證室內(nèi)制熱舒適性。
二、熱氣旁通抑制空氣源熱泵結(jié)霜技術(shù)方案可行性分析
針對(duì)上述難點(diǎn)，我們將從以下幾個(gè)方面分析氣旁通抑制空氣源熱泵結(jié)霜技術(shù)在應(yīng)用上的可行性：
1、通過控制熱氣旁通開啟的條件，減少室外側(cè)換熱負(fù)荷通過控制電磁閥開啟和關(guān)閉的條件，使空氣源熱泵機(jī)組剛有結(jié)霜趨勢(shì)時(shí)就進(jìn)入抑制結(jié)霜模式，減少室外側(cè)換熱負(fù)荷，確保室外熱器不結(jié)霜或結(jié)霜不再惡化。
空氣源熱泵機(jī)組制冷運(yùn)行時(shí)，電磁閥關(guān)閉。制熱運(yùn)行時(shí)，當(dāng)空氣源熱泵機(jī)組連續(xù)一段時(shí)間檢測(cè)到T低壓對(duì)應(yīng)飽和溫度低于設(shè)定值，電磁閥開啟，進(jìn)入抑制除霜運(yùn)行模式。當(dāng)空氣源熱泵機(jī)組連續(xù)一段時(shí)間檢測(cè)到T低壓對(duì)應(yīng)飽和溫度高于設(shè)定值時(shí)，電磁閥關(guān)閉，退出抑制除霜模式。
2、利用蓄熱裝置吸收壓縮機(jī)廢熱，解決吸氣帶液?jiǎn)栴}，利用熱氣旁通抑制機(jī)組結(jié)霜時(shí)，由于壓縮機(jī)排出的氣態(tài)制冷劑直接旁通到板式/套管式換熱器中進(jìn)行換熱，從換熱器中出來的制冷劑被冷卻成液態(tài)制冷劑，經(jīng)過毛細(xì)管節(jié)流成氣液兩相，如果不經(jīng)過換熱直接被吸進(jìn)壓縮機(jī)，就會(huì)對(duì)壓縮機(jī)造成嚴(yán)重回液，甚至液壓縮，嚴(yán)重?fù)p害壓縮機(jī)壽命。為了解決吸氣帶液?jiǎn)栴}，在壓縮機(jī)周圍增加一個(gè)蓄熱裝置，內(nèi)裝有乙二醇溶液，吸收壓縮機(jī)廢熱。旁通的冷媒經(jīng)過毛細(xì)管節(jié)流后進(jìn)入蓄熱裝置，在蓄熱裝置中吸熱蒸發(fā)為氣態(tài)，然后經(jīng)過氣液分離器回到壓縮機(jī)。
3、通過控制邏輯控制旁通換熱量，保證室內(nèi)制熱舒適性。當(dāng)空氣源熱泵機(jī)組進(jìn)入抑制除霜模式時(shí)，通過合理控制外機(jī)和內(nèi)機(jī)電子膨脹閥的開度來調(diào)節(jié)旁通換熱量，在保證室內(nèi)制熱舒適性的同時(shí)，盡量延長(zhǎng)機(jī)組化霜周期。
三、試驗(yàn)驗(yàn)證
在一臺(tái)六匹的側(cè)出風(fēng)多聯(lián)機(jī)上進(jìn)行改裝，在壓縮機(jī)周圍增加一個(gè)蓄熱裝置，由于空氣源熱泵機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，為節(jié)約空間，在冷凝器出口處增加一個(gè)套管式換熱器。
試驗(yàn)現(xiàn)象如下：試驗(yàn)在室內(nèi)側(cè)20/15，室外側(cè)0/0的惡劣除霜工況下進(jìn)行，當(dāng)空氣源熱泵機(jī)組連續(xù)運(yùn)行三十分鐘后，冷凝器上霜層較厚，低壓飽和溫度連續(xù)低于設(shè)定值兩分鐘，此時(shí)電磁閥開啟，空氣源熱泵機(jī)組進(jìn)入抑制除霜模式，化霜感溫包溫度不再下降，緩慢升高，室內(nèi)側(cè)制熱量略有下降。持續(xù)六分鐘后，冷凝器霜層較薄，空氣源熱泵機(jī)組檢測(cè)到低壓飽和溫度高于設(shè)定值，一分鐘后電磁閥關(guān)閉，推出抑制除霜模式，室內(nèi)側(cè)制熱量開始提高。抑制除霜模式期間，室內(nèi)側(cè)溫度下降1.2攝氏度。
整個(gè)制熱模式運(yùn)行期間，空氣源熱泵機(jī)組吸氣過熱度都在零度以上，壓縮機(jī)沒有吸氣帶液。
最后，試驗(yàn)證明了熱氣旁通抑制除霜技術(shù)在空調(diào)產(chǎn)品上應(yīng)用的可行性，與傳統(tǒng)化霜技術(shù)相比，熱氣旁通抑制除霜可以延長(zhǎng)空氣源熱泵機(jī)組的化霜周期，提高用戶舒適性。
