室外换热器积灰对房间空调器供暖性能影响研究

摘要

空气源热泵（Air SourceHeatPump，ASHP）作为一种部分时间、部分空间使用的分散式供暖方式，能满足不同住户对室温的需求差异，同时利用空气能进行供暖，可节省初投资和运行成本，并能起到保护环境的作用，具有广阔的应用前景和空间。ASHP室外换热器暴露在空气中，积灰难以避免，而在实际安装过程中，室外机常安装在室外凹槽内，或直接安装在室外外墙上，致使居民对室外换热器的清洗变得十分困难，同时居民对室外换热器清洗的意识薄弱，因此ASHP室外换热器积灰的问题普遍存在。　　ASHP室外换热器积灰后，室外换热器热阻增加，换热能力下降，并对机组运行性能产生影响，同时，不同室外温湿度的结霜环境，对ASHP冬季运行过程中的结霜量、结霜速率也会产生影响。本文在焓差实验室中，设置了结露区、一般结霜区、重霜区三种室外结霜工况，并对室外换热器为无灰工况、轻度积灰、中度积灰、重度积灰工况的ASHP分别进行结霜、除霜性能实验，实验结果表明，结霜阶段随着积灰的增加，ASHP的室外换热器表面温度下降0.5~2.3℃（45.5%~59.0%）、压缩机吸气温度下降0.1~4.7℃（11.1%~52.8%）、ASHP供热能力下降228~381W（5.9%~9.5%）、压缩机功率下降31~78W（2.2%~6.7%）、供暖性能系数下降0.06~0.11（2.2%~3.7%）、ASHP室外盘管理论吸热量下降185~303W（7.7%~10.7%）、结霜速率增加3.97~6.10g/min（37.7%~60.2%）。除霜阶段随着积灰的增加，ASHP结霜质量增加，除霜时长增加，8小时结除霜频次增加，在不同结霜工况的对比中，积灰对重霜区除霜阶段的影响最大，随着积灰的加剧，重霜区ASHP结霜质量增加106g（16.7%），除霜时长增加1.5min（45.5%），8小时结除霜频次上升3.0次（26.8%）。对ASHP室外换热器不同测点温度以及不同测点的传热系数计算得知，积灰对制冷剂液态区（换热器中部）的传热系数影响更大，而在制冷剂气态区（换热器下部）积灰更多影响的是制冷剂的过热度。ASHP运行一年、三年、五年后将室外换热器进行清洗，清洗后ASHP每年冬季运行的节能量分别为19.1、27.5、16.3kgce（64.1、92.7、54.8kwh），冬季节能率分别为7.0%、10.0%、6.0%，按照电单价0.52元?kwh计算，每年可分别节约电费33.4、48.2、28.5元。　　针对室外换热器安装位置难以清洗的情况，在了解不同结霜区，不同积灰程度对ASHP性能影响规律后，本文对ASHP普遍采用的“温度-时间”除霜控制策略在不同结霜区、不同积灰工况下进行修正研究。通过监测室外换热器总传热系数下降比例确定积灰程度。在一般结霜区采用40、50、60、70min除霜控制时间，重霜区采用30、35、40、50min除霜控制时间对不同积灰工况的ASHP强制除霜，分析得到使ASHP的性能参数与供热特性参数保持最佳的除霜控制时间，并与原有除霜控制的时间、温度进行对比分析，得到不同结霜区，不同积灰程度的ASHP除霜控制修正策略，研究结果表明，在一般结霜区，轻度积灰、中度积灰、重度积灰工况除霜控制修正后，有效供热系数可分别提高5.1%、4.29%、5.16%；在重霜区，轻度积灰、中度积灰、重度积灰工况除霜控制修正后，有效供热系数可分别提高4.35%、4.68%、6.76%。　　综上所述，ASHP室外换热器的积灰将影响机组室外换热器的结霜速率以及室外换热器表面温度，使ASHP容易出现误除霜的操作，本文对不同结霜区、不同积灰工况ASHP的性能劣化规律进行探究，同时对不同工况下机组的除霜控制策略进行修正，保证ASHP安全、高效运行，为高颗粒物污染空气下运行，室外换热器不便清洗的ASHP除霜控制策略提供设计思路。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 现有研究存在的问题

1.3 研究目的与内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

2 研究方法

2.1 焓差实验室简介

2.2 监测系统

2.2.1 监测参数的选择

2.2.2 监测点的布置

2.3 ASHP室外换热器积灰的处理

2.4 实验考虑因素与因素梯度

2.4.1 室外温湿度

2.4.2 积灰等级

2.4.3 除霜控制时间

2.5 本章小结

3 积灰对ASHP性能影响

3.1 积灰对结露区 ASHP 性能影响

3.1.1 室外盘管温度

3.1.2 传热系数

3.1.3 吸排气温度与压力

3.1.4 供热能力

3.2 积灰对一般结霜区 ASHP 性能影响

3.2.1 室外盘管温度

3.2.2 吸排气温度与压力

3.2.3 供热能力

3.3 积灰对重霜区 ASHP性能影响

3.3.1 室外盘管温度

3.3.2 吸排气温度与压力

3.3.3 供热能力

3.4 本章小结

4 积灰对不同结霜区性能影响对比

4.1 室外盘管温度

4.2 吸排气温度与压力

4.3 供热能力

4.4 积灰清洗

4.5 本章小结

5 除霜控制修正

5.1 除霜控制策略

5.2 评价指标

5.2.1 性能参数评价指标

5.2.2 供热特性评价指标

5.3 实验结果与分析

5.3.1 不同除霜控制时间对机组性能影响

5.3.2 不同除霜控制时间对机组供热特性的影响

5.3.3 最佳除霜控制时间的确定

5.4 除霜控制修正

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

附 录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B 学位论文数据集

致 谢