2022年行業(yè)分析我國空氣源熱泵的研究現(xiàn)狀

我國空氣源熱泵的研究現(xiàn)狀空氣源熱泵是以空氣作為高溫(低溫)熱源來進行供熱(供冷)的裝置。相對于其它熱泵類型而言,我國對空氣源熱泵的討論起步較早,討論內(nèi)容也較多。以環(huán)境空氣作為低品位熱源,可以取之不盡,用之不竭,到處都有,無償獵取?？諝庠礋岜脛t安裝敏捷、使用便利、初投資相對較低,且比較適用于分戶安裝,目前我國室內(nèi)空調(diào)器大都采納的是這種形式。這也就使得我國空氣源熱泵冷熱水機組市場空前富強,生產(chǎn)研制已經(jīng)比較成型產(chǎn)品規(guī)格齊全,品牌繁多。據(jù)有關(guān)調(diào)查表明,目前我國空氣源熱泵冷熱水機組生產(chǎn)廠家已由1995年的十幾家進展到現(xiàn)在的四十多家,據(jù)不完全統(tǒng)計,國內(nèi)銷售的機組已逾45個品牌,其中國產(chǎn)機組約占25%左右,其余為合資產(chǎn)品,臺資產(chǎn)品和進口產(chǎn)品。為了更好地了解我國空氣源熱泵方面的進展動態(tài),本文將對近年來我國關(guān)于空氣源熱泵的討論進行分析,并在此基礎(chǔ)上指出空氣源熱泵所存在的問題及有待改進的方向.

我國空氣源熱泵討論狀況：

隨著空氣源熱泵在我國應(yīng)用的日趨廣泛和討論的日趨深化，了解我國空氣源熱泵的討論狀況對于后續(xù)討論而言具有重要的意義。下面重點介紹我國近年來關(guān)于空氣源熱泵的技術(shù)進展。

1.空氣源熱泵結(jié)霜、化霜問題的討論

由于空氣源熱泵冬季采納空氣作為熱源，所以，隨著室外溫度的降低,其蒸發(fā)溫度也隨之降低，蒸發(fā)器表面溫度隨之下降,甚至低于0℃。此時,當室外空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器被冷卻時,其所含的水分就會析出并依附于蒸發(fā)器表面形成霜層。結(jié)霜對熱泵是極其不利的。隨著霜層的形成,蒸發(fā)器傳熱熱阻增加,蒸發(fā)溫度下降,機組的性能下降,工況惡化,制熱量也將下降,這將嚴峻影響壓縮機以及熱泵整體的性能,同時,除霜帶來的額外費用還將降低空氣源熱泵的經(jīng)濟性,這也就是為什么空氣源熱泵在寒冷、潮濕地區(qū)的應(yīng)用受到限制的緣由。

所以說,結(jié)霜機理、化霜方法始終是空氣源熱泵討論與應(yīng)用中要解決的重點與難點。目前,有不少關(guān)于空氣源熱泵機組冬季運行狀況的討論,主要分析供熱時不同工況下空氣盤管表面濕空氣結(jié)霜、結(jié)露及干冷卻特性,并結(jié)合結(jié)霜過程進行試驗和模擬,分析了迎面風(fēng)速、環(huán)境溫濕度、翅片間距、管排數(shù)等參數(shù)對結(jié)霜性能的影響及其所可能產(chǎn)生的一系列后果。了解結(jié)霜的機理的主要目的是要解決如何除霜的問題。傳統(tǒng)的除霜掌握方法主要包括:定時除霜法,時間—溫度(壓力)法,空氣壓差掌握除霜法,霜層傳感器掌握除霜法,聲音震蕩器掌握除霜法,最大平均供熱量掌握除霜法,最佳除霜時間掌握法等。這些方法各有利弊,有待完善。

近年來由于計算機技術(shù)的進展,將模糊掌握技術(shù)引入空氣源熱泵除霜問題的討論作為一項先進可行的新技術(shù),漸漸引起了人們的留意。這主要是由于空氣源熱泵結(jié)霜問題的影響是多因素,非線性的,而模糊掌握技術(shù)的優(yōu)勢就是處理多維、非線性、時變問題。這樣一來,將模糊掌握技術(shù)引入空氣源熱泵的除霜掌握,通過對除霜過程的系統(tǒng)響應(yīng)分析，可以使除霜掌握能夠自動適應(yīng)機組工作環(huán)境的變化,達到智能除霜的掌握要求。此外,還有考慮環(huán)境工況變化的雙溫度傳感器智能化除霜掌握方法等。盡管空氣源熱泵具有許多優(yōu)點,但受室外環(huán)境的限制也比較大,這也是空氣源熱泵目前僅在我國黃河以南地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用的主要緣由。

而在黃河以北地區(qū),應(yīng)用空氣源熱泵則依據(jù)所處地區(qū)不同有其特別要求。

目前,關(guān)于西安、膠東以及寒冷地區(qū)空氣源熱泵的實際應(yīng)用狀況已有討論,并就所遇到的如壓縮比過大等詳細問題提出了一些相應(yīng)的改進措施,可在相應(yīng)地區(qū)的實際應(yīng)用中作為參考。此外,為了對空氣源熱泵結(jié)霜除霜所帶來的損失進行量化的分析,有討論提出了不同地區(qū)、不同使用狀況下的平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)的概念,平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)越大的地區(qū)應(yīng)用空氣源熱泵越不經(jīng)濟。據(jù)此,將我國空氣源熱泵使用地區(qū)依據(jù)平均結(jié)霜損失系數(shù)分成4類:低溫結(jié)霜區(qū):如濟南、北京、鄭州、西安、蘭州等;輕霜區(qū):如成都、桂林、重慶等;重霜區(qū):如長沙;一般結(jié)霜區(qū):如杭州、武漢、上海、南京、南昌、宜昌等。這些都可以作為熱泵設(shè)計選用中重要的參考依據(jù)。

2.空氣源熱泵節(jié)能問題的討論

火用是對系統(tǒng)能的質(zhì)與量的綜合評價。對系統(tǒng)進行火用分析可以揭示出系統(tǒng)中火用損失的部位、類型和數(shù)量,以便設(shè)法削減這些損失。通過火用計算分析可知,壓縮功只有20%被利用,而有80%被損失,其中,壓縮機火用損失占30.7%,冷凝器占20.14%,蒸發(fā)器占17.15%,毛細管占10%。由此我們可以看出,空氣源熱泵系統(tǒng)節(jié)能的主要部件是壓縮機,提高壓縮機本身的技術(shù)指標,是提高整個系統(tǒng)火用效率的關(guān)鍵,而冷凝器和蒸發(fā)器火用優(yōu)化措施主要是設(shè)法降低傳熱溫差。當然,系統(tǒng)的節(jié)能改進與經(jīng)濟性是相互制約的,僅從能效進行分析有肯定的局限性。從這個角度動身,有關(guān)討論人員提出供熱最佳經(jīng)濟平衡點的概念,以期在此最佳經(jīng)濟平衡點溫度條件下,整個供熱系統(tǒng)(熱泵+幫助熱源)的初投資與運行費最少,從而合理實現(xiàn)熱泵節(jié)能優(yōu)化。此外,通過空氣源熱泵機組與水冷冷水+鍋爐機組、溴化鋰汲取式機組(+鍋爐)這3種方案的經(jīng)濟性比較可以得出,空氣源熱泵相對于其它兩種形式而言,經(jīng)濟性上具有顯著的優(yōu)越性。

3.計算機模擬在空氣源熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)的不斷普及,計算機在暖通空調(diào)中的應(yīng)用也日益廣泛。前面所述及的一些討論中有許多也都應(yīng)用了計算機技術(shù),但關(guān)于計算機模擬在暖通空調(diào)中具有代表性的應(yīng)用主要有以下幾個方面:

①對壓縮機的計算模擬

采納神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對空氣源熱泵中螺桿式壓縮機的冬季運行特性進行模擬,并結(jié)合誤差反向傳播算法(BP算法)進行調(diào)整,結(jié)果表明,采納該方法對壓縮機進行建模模擬可以達到較高的精度要求。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。

②對蒸發(fā)器的計算模擬

通過對空氣源熱泵的蒸發(fā)器結(jié)霜問題進行動態(tài)模擬計算,可以具體分析蒸發(fā)器結(jié)霜和制冷劑充灌量對系統(tǒng)性能所產(chǎn)生的影響。另外,對于采納ε-NTU法(效率—傳熱單元數(shù)法)對空氣源熱泵蒸發(fā)器肋片管在干工況、濕工況及結(jié)霜工況下的傳熱傳質(zhì)計算方法也有相關(guān)探討。

③系統(tǒng)仿真討論

通過建立房間空調(diào)器熱泵運行時的瞬態(tài)仿真的數(shù)學(xué)模型,可以得出房間空調(diào)器熱泵運行時的制冷系統(tǒng)參數(shù)及房間溫度變化的曲線,這對實現(xiàn)空氣源熱泵系統(tǒng)的自控有很大的意義。

④系統(tǒng)能耗分析軟件

關(guān)于空氣源熱泵全年能耗分析應(yīng)用軟件的開發(fā)應(yīng)用在相關(guān)文獻中有所介紹,該軟件在求解熱泵供冷全年能耗時,綜合考慮了空調(diào)冷負荷、室外干球溫度、熱泵出水溫度這3個因素,在求熱泵供熱能耗時,還將室外空氣相對濕度這個重要參數(shù)考慮進去,這就使得熱泵供熱能耗計算更為精確?????,也為空氣源熱泵的應(yīng)用供應(yīng)了一個很好的分析方法。

空氣源熱泵有待解決的問題及改進方向:

對于空氣源熱泵而言,除了具有種種優(yōu)點之外,仍存在許多不足及有待解決的問題?？諝庠礋岜玫男阅苁苁彝鈿夂驐l件變化影響較大,隨著室外環(huán)境的惡化而惡化。夏季,隨著室外空氣溫度的上升,制冷負荷增大,但熱泵系統(tǒng)冷凝溫度上升,熱泵溫差增加,機組整體效率降低;冬季,隨著空氣溫度的降低,供熱負荷增大,而蒸發(fā)溫度隨之降低,熱泵溫差增大,導(dǎo)致機組整體效率降低。同時,隨著室外條件的惡劣,熱泵的工作性能急劇下降,又反過來加劇了室外環(huán)境的惡劣程度。進一步討論應(yīng)考慮實行相應(yīng)措施來合理改善機組的性能。

空氣源熱泵另一個突出的問題就是蒸發(fā)器冬季結(jié)霜問題。這不但導(dǎo)致系統(tǒng)供熱性能的急劇下降,還將對壓縮機等重要部件產(chǎn)生不良影響(如冰堵),嚴峻時將損壞壓縮機,使系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn),同時,結(jié)霜還將使機組運行費用增加。盡管我國在這方面已經(jīng)做了許多討論工作,但關(guān)于結(jié)霜的掌握措施及除霜技術(shù)的討論方面,還需要進一