一種空調器室外換熱器的延霜技術

雷永鋒 王 飛 崔文娟 丁 爽

青島海爾空調器有限總公司 山東 青島 266101

1 引言

空氣源熱泵空調是一種取室外冷熱量釋放到室內環境的一種可調節室內空氣的設備,其于其可方便地將電能轉化為空氣能而帶來人體體感的舒適被市場廣泛接受。但當室外環境溫度和相對濕度處在-5℃～5℃之間和65%以上時,空氣源熱泵室外換熱器表面最容易結霜[1]。結霜現象已成為制約空氣源熱泵空調能效及安全可靠性的重要因素,因此通過在熱泵空調機組中采用延霜技術,抑制室外側換熱器表面的霜層增長速度,可有效提高空氣源熱泵空調器冬季供暖運行時間及制熱量。

2 新型循環的應用

空調器制熱循環時,在節流裝置EEV電子膨脹閥出口、室外換熱器入口處增加可以加熱管內制冷劑的電熱元件(圖1),將節流后、室外機入口前的制冷劑加熱,以提高蒸發側的溫度和壓力,從而延緩室外換熱器的結霜速度。

圖1 系統循環示意圖

采用美國NIST的Domanski設計的軟件EVAP-COND 4.0版進行模擬計算。EVAP-COND 4.0采用逐管計算的方案,需要單獨輸入制冷劑和空氣的狀態、流量。對于多支路布置來說,需要對各支路逐個計算。在某個支路內,計算按照管路布置與制冷劑的流動順序進行,前一根管制冷劑的出口參數是后一根管的入口參數。對于支路內的分叉,先計算其中一個分支直至出口,然后再倒回至分叉處計算其他分支。在空氣側,迎風管排每根管路入口空氣的溫、濕度均相同,流速在管路的縱向上可實現一維非均勻分布的假設。對后排管路來說,每根管的空氣流量是前排中2根距離最接近管路流量的各一半之和,入口狀態為2股空氣混合后的狀態參數。在模擬時,先確定制冷劑側兩相區和過熱區的臨界點,并采用相應的傳熱和壓降公式。本文采用光滑圓管,沸騰表面換熱系數采用Thome公式,冷凝換熱表面傳熱系數采用Shah公式,單相區傳熱采用Mc Adams公式。制冷劑在單相區的壓降采用Blasius公式,兩相區的壓降采用Mailer-Steinhagen公式,彎頭單相與兩相區的局部壓降分別采用Chisholm以及Idelchik公式。以3P空調器為例,進行條件約束如下表1。

表1 EVAP-COND模擬時室外換熱器模擬計算條件

不開電熱元件時,室外換熱器的換熱量全部來自空氣,模擬計算的目標換熱量設為5k W;設定電熱元件有效加熱量為0.9k W時,室外換熱器與空氣的換熱量設為4.1k W。模擬計算結果如下表2,開啟狀態潛熱量較不開啟狀態降低25.5%,且水蒸氣凝結成冰的過程中,冰的潛熱遠大于蒸氣和水的顯熱部分,因此根據此計算結果可實現室外空調翅片管換熱器抑霜25.5%的效果。

表2 EVAP-COND模擬電熱開與不開室外換熱器換熱結果對比

選取3P變頻落地分體式房間空調器,使用空氣焓值法進行測試,測試工況按GB/T 7725的低溫制熱工況:室內側20/-℃(干/濕球),室外側2/1℃(干/濕球)。空調器制熱運行期間的數據如下表3,開啟電熱元件加熱制冷劑時較關閉時,室內側制熱量提升17.9%,制熱運行周期時間提升36.8%。

表3 空調器整機測試數據

3 結論

綜上所述,在節流裝置和室外換熱器間增加可以加熱管內制冷劑的電熱元件,能在一定程度上延緩換熱器表面結霜,可以提升制熱時的運行時間,從而提升用戶的舒適性。