空氣源熱泵冷熱水機組全運行工況的模擬與分析報告

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1、空氣源熱泵冷熱水機組全年運行工況的模擬與分析摘要：對機組的空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)等參數(shù)進行綜合分析，尋求對空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜特性影響最小的空氣側(cè)換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)合夏季運行工況，其空氣側(cè)換熱系數(shù)、管壁溫度、空氣側(cè)壓降也有所改善。將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，兩者吻合很好，進一步驗證了所建模型的可靠性。關(guān)鍵詞：空氣源熱泵冷熱水機組動態(tài)模型穩(wěn)態(tài)模型結(jié)霜　1空氣源熱泵冷熱水機組模型建立　　空氣源熱泵冷熱水機組由壓縮機、空氣側(cè)換熱器、水側(cè)換熱器、節(jié)流機構(gòu)等設(shè)備組成。

2、　　在質(zhì)量守恒、能量守恒、動量守恒的基礎(chǔ)上，利用空氣源熱泵冷熱水機組的四大部件的數(shù)學模型，并利用制冷劑在各部件的進出口狀態(tài)參數(shù)把所建的四個部件模型耦合在一起，就構(gòu)成了空氣源熱泵冷熱水機組冬、夏季工況的模型。耦合過程中的質(zhì)量守恒是指各部件中的制冷劑質(zhì)量流量相等，單位時間內(nèi)流入某部件的制冷劑質(zhì)量等于流出該部件的制冷劑質(zhì)量；能量守恒是指機組的制冷量與壓縮機對制冷劑作功之和等于冷凝器的熱負荷；動量守恒即壓力平衡，是指經(jīng)過壓縮機后制冷劑壓力的提高值等于制冷劑在空氣側(cè)換熱器、膨脹閥、水側(cè)換熱器等部件中的壓力降之和?！　?典型冬

3、季工況的模擬與分析對于所建立的空氣源熱泵冷熱水機組的動態(tài)數(shù)學模型[1]，采用計算機求解，計算工況見表19/9，計算從某一時刻壓縮機吸入口開始。調(diào)用各子程序，可以計算出空氣側(cè)換熱器的換熱量以及結(jié)霜等情況?！　　　∥覈蟛糠值貐^(qū)處于季風氣候區(qū)，熱泵適宜應(yīng)用的地區(qū)濕度普遍比較大，例如長江以南地區(qū)，相對濕度一般都在75%以上，若溫度在0℃左右，極易結(jié)霜。下面將采用機組的動態(tài)數(shù)學模型，分別計算機組在一些典型地區(qū)，如對于重霜區(qū)—成都所對應(yīng)的工況B（0℃，85%）、一般結(jié)霜區(qū)—上海、杭州所對應(yīng)的工況C（-4℃，75%）[2]，用

4、變化后的空氣側(cè)換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進一步對空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜工況進行計算及分析。　　2.1工況B（0℃，85%）　　空氣側(cè)換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)采用變化后值：管徑為8mm，分液路數(shù)10，管間距為27.4mm，翅片間距分別為3.5mm和4mm時，與采用原始的結(jié)構(gòu)參數(shù)（管徑為10mm，分液路數(shù)10，管間距為25.4mm，翅片間距為2mm）相比，分析空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜工況下，機組性能參數(shù)隨時間的變化?！　D1至圖4是機組空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)隨時間的變化。由圖可見，水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率

5、和供熱性能系數(shù)在翅片間距取3.5mm時優(yōu)于翅片間距取4mm時。9/9圖1空氣側(cè)換熱器換熱量隨時間的變化　　圖2水側(cè)換熱器換熱量隨時間的變化　　9/9圖3壓縮機軸功率隨時間的變化圖4供熱性能系數(shù)隨時間的變化　　采用原始的結(jié)構(gòu)參數(shù)與變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)對空氣源熱泵冷熱水機組各性能參數(shù)的影響作了對比，從而得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)參數(shù)變化后，機組運行到35分鐘時，壓縮機軸功率從72.36kW9/9增加到72.9kW，增加了0.75%；水側(cè)換熱量從285.843kW增加到287kW，增加了0.4%；因此，對于工況B，采用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)（

6、翅片間距3.5mm），機組結(jié)霜工況性能改善明顯?！　?.2工況C（-4℃，75%）　　空氣側(cè)換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化后值：管徑為8mm，分液路數(shù)10，管間距為27.4mm時，翅片間距分別取2.5mm和3mm時，與采用原始的結(jié)構(gòu)參數(shù)相比，分析空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜工況下，機組性能參數(shù)隨時間的變化?！　D5至圖8是機組空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)隨時間的變化。由圖可見，空氣側(cè)換熱量、水側(cè)換熱量、壓縮機軸功率和供熱性能系數(shù)在翅片間距取2.5mm時明顯優(yōu)于翅片間距取3mm時?！　〔捎迷嫉慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)與變化

7、后的結(jié)構(gòu)參數(shù)對機組各性能參數(shù)的影響作了對比，從而得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)參數(shù)變化后，機組運行時間延長，供熱性能系數(shù)從4.1172增加到4.1267，增加了0.27%；壓縮機軸功率從59.1kW增加到59.55kW，增加了0.76%；水側(cè)換熱量從243.35kW增加到245.75kW，增加了0.58%,因此，對于工況C，采用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)（翅片間距2.5mm），機組結(jié)霜工況的性能改善明顯。圖5空氣側(cè)換熱器換熱量隨時間的變化9/9圖6水側(cè)換熱器換熱量隨時間的變化圖7壓縮機軸功率隨時間的變化圖8供熱性能系數(shù)隨時間的變化3典型夏季

8、工況的模擬與分析9/9　　通過對結(jié)霜工況B～C，空氣側(cè)換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)對空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜特性影響的計算和研究，得出結(jié)論：采用變化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對機組性能尤其是減少結(jié)霜、延長機組運行時間有明顯效果。機組夏季按制冷工況運行，用變化后的換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)在夏季工況對機組運行是否產(chǎn)生影響，下面分別對工況B、C所對應(yīng)的夏季工況D、E用變化后結(jié)構(gòu)參數(shù)對機組進行計算和驗