风速对空气源热泵翅片管换热器结霜特性影响

风速对空气源热泵翅片管换热器结霜特性影响

尹从绪1，陈轶光2

 (1．中国制冷学会，北京100142;2．杭州杭氧股份有限公司，杭州310014)

摘要:针对风速对空气源热泵翅片管室外换热器结霜特性的影响进行了实验研究。实验结果表明，结霜量随风速的增加不是成线形增长，在风速为1．3m/s时结霜量最小。霜层厚度随着风速的增加反而减小，而翅片管换热器的最大换热量随着风速的增加而增加。
    关键词:风速;空气源热泵;结霜
    1·前言
    空气源热泵在冬季某些气象条件下运行时室外换热器表面会产生结霜现象，随着霜层厚度的增加，逐渐覆盖整个蒸发器，空气流通面积不断减小从而使通过室外换热器的空气流量也不断减小，同时，霜层导热热阻随着霜层的增加也不断的增加，严重破坏了空气与制冷剂之间的换热，使翅片管换热器换热性能急剧下降。因此探讨室外换热器表面结霜规律对解决空气源热泵空调稳定、高效工作问题具有重要意义。本文采用实验的方法对风速对空气源热泵翅片管换热器结霜性能的影响进行了研究。
    2·实验装置与实验方法介绍
    2．1实验装置
    整个实验系统由焓差法空调器实验室、空气源热泵样机、测量系统三个部分组成，焓差法空调器实验室用于模拟实验所需的室内外侧环境，实验样机的室内、室外机组分别放于焓差法空调器实验室室内、室外侧。翅片管换热器的循环参数及其进出口温度、湿度、风速及换热器壁面温度采用计算机数据采集和处理。实验系统如图1所示，表1给出了实验样机的换热器参数。

            
    2．2结霜量的测量
    在实验中，室外换热器进口均匀布置了16个温湿度传感器和风速传感器，在其出口布置4个温湿度传感器，通过测量换热器进口平均风速计算换热器空气流量，利用布置在进出口的温湿度传感器测量换热器进出口的干球温度和相对湿度，计算出进出口空气含湿量。单位时间内室外换热器的结霜量则由下式计算:

            
    实验中，温湿度和风速传感器采用TSI公司生产的型号为HUMOR10和TSI8465的传感器，其精度分别为2%RH，0．1℃和0．5%。温度采用天津仪表厂生产的T型铜－康铜热点偶，其精度为0．1℃，温度巡检仪采用横河公司生产的IM-DR232－1E，精度为0．1℃，压力传感器采用宝鸡麦克生产的MPM480传感器，精度为0．25%。
    2．3实验工况
    为了研究不同风速条件下空气源热泵翅片管换热器的结霜性能，本文在不同的空气入口风速条件下对一台空气源热泵翅片管换热器结霜性能进行了实验研究，入口空气温度为0℃，入口空气湿度为65%，入口空气进风风速变化范围为1．1～1．6m/s，对于所有工况下室内空气温度、湿度和风速均控制在20℃、50%和2．2m/s。
    3·实验结果及分析
    从图2可以看出，随着时间的增加，翅片管换热器上的霜的沉积量也迅速增加，且结霜量随时间几乎曾线形增加。这与其他研究者［1－3］的预测或实验结果是一致的。从图3可以看出在其它进风条件不变时进口风速为1．6m/s时结霜量最大，1．1m/s其次，1．3m/s最小。随风速的增加不是成线形增长，而是成上凹形，其原因可能是在风速为1．3m/s左右这个范围内霜层密度的增长最小，所以结霜量也最小。

            
    从图4可以看出，结霜厚度随时间不是呈线性增长的，随着时间的增加霜层厚度增长的越快，其原因主要是随着霜层在翅片管换热器表面积聚，换热器表面的温度呈下降的趋势，特别在在结霜后期，霜层厚度的增加使得导热热阻积聚增大，同时霜层也堵塞了大部分肋片通道，使得空气流量急剧减小，使得传热效果急剧恶化，从而加快了霜层的增长。从图5可以看出，入口风速越大，霜层厚度的增长速度越小，这是因为入口风速越大，翅片表面换热系数也越大，在相同的大气温度下，制冷系统的蒸发温度越高，导致翅片温度越大。

           
    从图6可以看出，随着风速的增加翅片管换热器的最大换热量也增加，其原因主要是风速越大翅片管的换热效果越好，换热量也越大。从图中还可以看出在霜层形成的初始阶段，结霜不但对翅片管换热器的换热没有影响，反而还提高了其换热性能。以风速1．6m/s为例进行说明，在前30分钟换热器的换热量随着结霜时间增大，之后开始匀速衰减，但是在运行100分钟后，换热量的衰减速度开始迅速加大。产生这种现象的原因主要是:在结霜初期，由于霜层较薄，有霜层引起的导热热阻的增加很小，而霜层在换热器表面的沉积使其形成了粗糙面，增加了对流换热系数，从而增强了换热器的换热效果，使得翅片管换热器的换热量等均增大。随着霜层的增加，霜层的导热热阻不断增大，翅片管换热器的传热性能降低，使得其换热量也下降，运行100分钟后，换热器表面已经沉寂了较厚的霜层，形成的导热热阻使蒸发压力迅速下降，另一方面，由于霜层占据了大部分肋片通道，使得空气流量迅速下降，这大大恶化了传热效果，从而造成翅片管换热器的换热量迅速下降。
    4·结论
    (1)结霜量随时间的增加呈线性增长，而霜层厚度随时间的增加呈上抛物线的形式增长。
    (2)结霜量随风速的增加不是成线形增长，存在一个结霜量最小的风速。霜层厚度随着风速的增加反而减小，而翅片管换热器的最大换热量随着风速的增加而增加。
    (3)在霜层形成的初始阶段，结霜不但对翅片管换热器的换热没有影响，反而还提高了其换热性能，随后随着霜层厚度的增加翅片管换热器的换热性能开始衰减。
    参考文献：略