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(guò)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(wèn)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(guò)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(méi)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(shuō)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(kāi)始勻速衰減，但是在運(yùn)行100分鐘后，換熱量的衰減速度開(kāi)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(méi)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(kāi)始衰減。
    參考文獻(xiàn)：略