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文檔簡介
1、<p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘要I</b></p><p> AbstractII</p><p><b> 第一章 緒論1</b></p><p> 1.1 研究背景1</p><p>
2、1.2 國內外研究現(xiàn)狀1</p><p> 第二章 ECO-ENERGY熱泵機組的熱力學分析模型5</p><p> 2.1 換熱器的熱力學分析模型5</p><p> 2.1.1 換熱器里制冷劑的換熱系數(shù)和壓力降系數(shù)6</p><p> 2.1.2 管翅式換熱器的翅片效率計算7</p><p>
3、2.1.3數(shù)值計算方法7</p><p> 2.2 壓縮機的熱力學分析模型8</p><p> 2.2.1 制冷劑流量計算8</p><p> 2.2.2 壓縮機功率計算9</p><p> 2.2.3 壓縮機排氣溫度計算9</p><p> 2.3 熱力膨脹閥的熱力學分析模型9</p>
4、;<p> 2.3.1 閥桿位移與通流面積計算9</p><p> 2.3.2 通過熱力膨脹閥流量的計算10</p><p> 2.4毛細管的熱力學分析模型10</p><p> 第三章 熱泵成霜和融霜運行性能分析13</p><p> 3.1 熱泵成霜運行性能分析14</p><p>
5、; 3.2熱泵融霜運行性能分析15</p><p> 3.3 智能除霜技術16</p><p> 第四章 ECO-ENERGY熱泵機組產品設計及總結18</p><p> 4.1 ECO-ENERGY熱泵機組產品設計18</p><p> 4.2 ECO-ENERGY熱泵機組產品總結21</p><p&
6、gt;<b> 第五章 結論25</b></p><p><b> 參考文獻26</b></p><p><b> 致謝28</b></p><p><b> 摘要</b></p><p> 當前,能源和環(huán)保問題越來越成為人們所關注的焦點,
7、加上近年來可持續(xù)發(fā)展理論的提出,空氣源熱泵空調系統(tǒng)成為空調領域的熱點,由于其具有高效節(jié)能、環(huán)境污染小,運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點,備受業(yè)界青睞。</p><p> 本設計對空調器制冷系統(tǒng)四大主要部件(換熱器、熱力膨脹閥、壓縮機和毛細管)進行性能仿真。在此基礎上,通過確定制冷劑充注量,將上述四大部件串聯(lián)起來形成制冷系經(jīng)仿真主模塊。同時,還對研究了換熱器、熱力膨脹閥、壓縮機、毛細管的傳熱特性和流動特性。另外,系統(tǒng)地分析了空
8、氣源熱泵機組系統(tǒng)結霜和除霜特性。</p><p> 最后對本設計工作做了總結與展望。</p><p> 關鍵詞:ECO-ENERGY熱泵機組;換熱器;壓縮機;智能化;除霜</p><p><b> Abstract</b></p><p> Nowadays, energy efficiency and envi
9、ronmental protection are the focus of most concern; moreover, the sustainable development has being been implemented in more fields. Air source heat pump systems become the research focus because of its advantages such a
10、s high efficiency and energy saving, low environmental pollution, stable and reliable operation; thus, such heat pump systems are deeply favored by the professional personnel. </p><p> The performance simul
11、ation was carried out to the refrigeration system (primarily including heat exchangers, thermal expansion valve, compressor and capillary) in this study. On this basis, the four main components are connected in series by
12、 determining the filling amount of refrigerant. At the same time, heat transfer and flow characteristics were also studied to the four main components. In addition, frosting and defrosting features were systematically an
13、alyzed to the air source heat pump syst</p><p> The last part is summary and prospect of this thesis.</p><p> Keywords: ECO-ENERGY Heat Pump; heat exchanger; compressor; intellectualization; d
14、efrosting</p><p><b> 第一章 緒論</b></p><p><b> 1.1 研究背景</b></p><p> 從熱力學的角度來講,熱泵就是利用冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)。和一般的制冷機器相比,熱泵的工作目的和工作溫度范圍有所不同。</p><p> 在工程實
15、踐上,熱泵和制冷機有許多共同點,也有許多不同點。熱泵這個名詞最早在歐洲使用約在20世紀初,但是相對制冷機器的發(fā)展,由于取暖方式的多樣化,簡單并且比較低廉,熱泵的發(fā)展明顯滯后。直到20世紀30年代,社會上出現(xiàn)熱泵的需求,熱泵才有了較快的發(fā)展。二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)以后,一方面中斷了家用熱泵的發(fā)展,另一方面戰(zhàn)時能源的短缺也促進了大型供熱和工業(yè)用熱泵的研究和發(fā)展。戰(zhàn)后,各種熱泵空調機器的研究才真正發(fā)展起來。一些國際組織,如國際制冷學會(IIR)、世
16、界能源委員會(WEC)、國際能源機構(IEA)等,經(jīng)常組織有關熱泵的國際活動與學術會議,促進了熱泵技術的發(fā)展。</p><p> 熱泵的熱源往往是低品位的,可分為空氣、地表水、地下水、土壤、太陽能和廢熱等??諝庠礋岜檬且钥諝庾鳛闊嵩吹恼魵鈮嚎s式制冷系統(tǒng),一般可以分為空氣-空氣、空氣-水兩種組合方式。早在20世紀50年代,我國就有不少學者進行了空氣源熱泵的研究和應用開發(fā),但受當時制造工業(yè)水平的影響,熱泵在實踐中沒
17、有得到很好地應用。直到改革開放以后,由于經(jīng)濟的飛速發(fā)展,人民生活水平的提高和住宅條件的改善,電力供應的增長,熱泵技術才得到了充分的發(fā)展。自20世紀90年代以來,利用空氣源熱泵作為中央空調的冷熱源得到了廣泛的應用,使用地域由南向北迅速推廣。因為這種機組的特點是一機兩用,不需要冷卻水系統(tǒng),也沒有因為使用鍋爐帶來的環(huán)境污染,安裝方便,運行時可以作到無人看守等。</p><p> 1.2 國內外研究現(xiàn)狀</p&g
18、t;<p> 1824年卡諾首先提出熱力學循環(huán)理論之后,1852年開爾文具體提出了熱泵的設計思想,當時由于條件所限并沒有立即得以實現(xiàn)。直到1917年德國卡賽伊索達制造廠首次把熱泵應用于工業(yè)生產上。在30年代,從熱泵本身來說由于設備的一次投資比采暖系統(tǒng)的一次投資要高,以及因冬季溫度低而使蒸發(fā)器表面容易結霜,要用電阻絲加熱除霜,這無疑阻礙了熱泵在西歐國家的應用。另外當時的發(fā)電廠效率低,電能成本高,壓縮機和換熱器的制造技術也不
19、精良,且燃料的價格相對便宜,因此用熱泵技術來采暖在經(jīng)濟并不合算。</p><p> 到了20世紀50年代,科學技術進步很快,電能成本降低,而燃料價格不斷上漲,又由于精密工業(yè)和公共建筑大量要求進行空氣調節(jié),于是國外又積極開展熱泵研究工作,并有了較大的發(fā)展,這段時間主要發(fā)展的是蒸汽壓縮式熱泵,目前已在空調方面獲得廣泛應用,產品已成系列化。</p><p> 美、日、西歐等國是熱泵發(fā)展和應用
20、的主要國家,他們幾乎占領了全球的全部熱泵市場。目前全世界熱泵總數(shù)大約有3億臺(其中日本8000萬臺,美國9000萬臺)。盡管美、日、西歐都是應用熱泵的主要國家,但是他們熱泵的發(fā)展卻不盡相同。美國熱泵的發(fā)展是以單元式熱泵空調為先導,他們的主要目的是單戶型用的熱泵,主要生產以空氣為低位熱源的單元式熱泵空調機組,同時在空氣-空氣單元式熱泵空調機組的基礎上又開發(fā)了適用于商業(yè)建筑的空氣-水熱泵和水環(huán)熱泵系統(tǒng)。與美國不同的是,日本由于國內能源十分貧
21、乏,因此他們的各種資源都嚴重依賴進口,從而他們主要集中在小型空氣源熱泵的研究。與美國和日本不同的是,西歐各國雖然在50年代初就開始從事熱泵的開發(fā)和研究,但他們的目標卻是在大型熱泵裝置的研發(fā)上,生產出的大型熱泵主要應用于集中供熱或區(qū)域供熱,其發(fā)展道路模式與美國截然不同。下面圖1.1展示了世界單元式空氣源熱泵空調市場情況。</p><p> 圖1.1 世界單元式空氣源熱泵空調市場情況</p><
22、p> 早在20世紀50年代,天津大學的一些學者就已經(jīng)開始從事熱泵的研究工作。天津大學熱能研究所呂燦仁教授最早對我國熱泵開展研究,1965年天津大學與天津冷氣機廠合作研制成功國內第一臺水冷式熱泵空調機。1982年上海工藝美術服務部采用上海冷氣機廠的8FS10壓縮冷凝機組設計了一套帶輔助電加熱的熱泵系統(tǒng),運行良好。1985年中科院廣州能源所設計并在東莞建造了一套用于室內游泳池的熱泵,由太陽能和25-40m的深井中24℃的地下水為熱源
23、組成水-水熱泵,制熱性能系數(shù)達到5-6。到上世紀90年代,我國開始生產以水為熱源的制冷機、空調機與熱泵。目前我國熱泵熱水器的生產廠已經(jīng)超過100余家。60年代末,我國就有熱泵產品在暖通空調中應用。80年代初到90年代末,我國暖通空調領域掀起了一股“熱泵熱”,熱泵空調業(yè)在我國的應用也日漸廣泛,發(fā)展迅速。據(jù)相關信息中心預測統(tǒng)計,我國房間空調器在北京、上海、廣州和深圳四大城市居民普及率高達42.8%,其中1/3為熱泵型。圖2展示了我國房間空調
24、器的產量。同時我國的吸收式制冷發(fā)展也較快,到2010年,我國空調機為1000多萬臺,同時在環(huán)保要求下,空氣源熱泵發(fā)展也較為迅速,如北京</p><p> 圖1.2我國房間空調器的產量</p><p> 1. 強大的經(jīng)濟實力和國內人們較強的節(jié)能和環(huán)保意識是推動熱泵技術發(fā)展的基礎和原動力。</p><p> 2. 必須因地制宜的發(fā)展我國熱泵事業(yè)。我國大部分地區(qū)都處
25、于冬冷夏熱的區(qū)域,冬季需要供熱夏季需要供冷,這種氣倏條件直接說明了熱泵在我國的使用前景很大。</p><p> 3. 能源價格比也決定了熱泵的發(fā)展。而我國能源價格不合理是眾所周知的,煤的價格十分便宜,這直接制約了我國熱泵的發(fā)展。</p><p> 4. 熱泵技術本身的創(chuàng)新及其他先進技術應用于熱泵領域,是熱泵持續(xù)發(fā)展的推動力。我國的學者們一直沒有放棄在這方面的研究,并一直努力在這方面有所
26、創(chuàng)新。</p><p> 第二章 ECO-ENERGY熱泵機組的熱力學分析模型</p><p> 空氣源熱泵系統(tǒng)是由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、儲液器和熱力膨脹閥(節(jié)流裝置)等主要部件組成的熱力系統(tǒng)。空氣源熱泵系統(tǒng)中所進行的過程是一個融合傳熱、傳質流動的復雜過程,這在本質上是一個動態(tài)過程。每一時刻的參數(shù)(溫度、壓力、比焓等)都不同于另一時刻的參數(shù),而每一時刻不同空間位置的參數(shù)也不同,故它又
27、是一個具有分布參數(shù)性質的過程。</p><p> 2.1 換熱器的熱力學分析模型</p><p> 換熱器,換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體,使流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標的熱量交換設備,又稱熱交換器。換熱器作為傳熱設備被廣泛用于鍋爐暖通領域,隨著節(jié)能技術的飛速發(fā)展,換熱器的種類越來越多。按照適用于不同介質、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器,結構型式也不同,換熱器的具體可分
28、為:表面式換熱器、蓄熱式換熱器、流體連接間接式換熱器、直接接觸式換熱器等。</p><p> 換熱器按用途可分為加熱器、預熱器、過熱器、蒸發(fā)器等。</p><p> 按換熱器的結構可分為:浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。</p><p> 隨著經(jīng)濟的發(fā)展,各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快,新結構、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應
29、發(fā)展的需要,中國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標準,形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求:</p><p> ?。?) 合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件;</p><p> ?。?) 結構安全可靠;</p><p> (3) 便于制造、安裝、操作和維修;</p><p> (4) 經(jīng)濟上合理。</p><p
30、> 空氣源熱泵在制熱時,是通過風側換熱器吸取大氣環(huán)境的熱量。由于空氣源熱泵風側換熱器整體結構尺寸和布局的多樣性,要求適用的工況范圍比較廣,采用傳統(tǒng)的集總參數(shù)方法研究難以適用研究目標的要求。因此本文采用分布參數(shù)方法建立適用于干工況、濕工況和結霜工況下的動態(tài)仿真模型。對于冷凝器同樣也采用分布參數(shù)模型。為了使所研究的問題更為簡單,在模型的描述中,采用以下幾點假設:</p><p> 1.制冷劑在流動方向截面上
31、的熱物理特性認為是不變的;</p><p> 2.制冷劑內液相和氣相處于熱力平衡狀態(tài);</p><p> 3.管壁的熱阻力忽略不計;</p><p> 4.不考慮制冷劑在管內的軸向導熱作用;</p><p> 5.不計流體的粘性耗散和動能;</p><p> 6.不考慮制冷劑和二次流體的重力勢能。</p
32、><p> 2.1.1 換熱器里制冷劑的換熱系數(shù)和壓力降系數(shù)</p><p> 本文中我們將采用了Jungor的關聯(lián)式來計算制冷劑蒸發(fā)過程的換熱系數(shù),因為他的關聯(lián)式形式比較簡單,比其他關聯(lián)式具有更高的擬合精度,同時能夠適用新型工質的計算。建立其熱力學分析模型如下:</p><p><b> ?。?.2.1)</b></p><
33、;p><b> ?。?.1.2)</b></p><p><b> ?。?.1.3)</b></p><p><b> ?。?.1.4)</b></p><p><b> (2.1.5)</b></p><p><b> ?。?.1.6)
34、</b></p><p><b> ?。?.1.7)</b></p><p> 當換熱管道為水平管并且傅魯?shù)聰?shù)(Fr)小于0.05時,E必須乘上因子E2,S必須乘上因子E2。</p><p><b> ?。?.1.8)</b></p><p><b> ?。?.1.9)<
35、;/b></p><p> 水平管內的局部冷凝熱交換強度采用shah公式進行計算。盡管后來的研究者對不同形式的管內冷凝傳熱強化形式和不同的制冷劑工質(包括新型環(huán)保工質)作了大量的實驗和理論研究,Shah公式仍然被2001 ASHRAE Handbook - Fundamentals推薦作為局部冷凝換熱系數(shù)的計算公式,這是因為這一公式具有最簡單的計算形式和較好的準確度,尤其是對高質量流量的換熱器計算。我們利
36、用當量直徑采用光滑管計算公式來計算內螺紋管的冷凝系數(shù),這種處理方法也是很多研究者所采用的。</p><p><b> ?。?.1.10)</b></p><p><b> (2.1.11)</b></p><p><b> ?。?.1.12)</b></p><p> 對于
37、單相液體強迫對流換熱的計算,可以用著名的Dittus一Boelter計算公式: </p><p><b> (2.1.13)</b></p><p> Jung等的關聯(lián)式用來計算蒸發(fā)過程(或冷凝過程)的壓力降。</p><p><b> ?。?.1.14)</b></p><p><b&g
38、t; ?。?.1.15)</b></p><p><b> ?。?.1.16)</b></p><p> 2.1.2 管翅式換熱器的翅片效率計算</p><p> 我們知道,在換熱器翅片表面情況下,一般可以采用Kays-London關系式來計算:</p><p><b> (2.1.17)&l
39、t;/b></p><p> 對于薄翅片,m可以表示為:</p><p><b> ?。?.1.18)</b></p><p> 2.1.3數(shù)值計算方法</p><p> 換熱器動態(tài)特性的計算是和空氣源熱泵的其他部件(壓縮機、膨脹閥、高低壓儲液器等)藕合在一起計算,在整個系統(tǒng)的仿真計算中,它是作為一個子程序在
40、仿真計算中調用的。</p><p> 蒸發(fā)器和冷凝器里制冷劑的流動換熱過程是一種具有兩相流體流動換熱的熱力過程,當流體工質發(fā)生相變時,工質的流量及壓力都直接影響著兩相流體混合物的含氣率,而兩相流體含氣率的大小與兩相流混合物的阻力系數(shù)之間有著十分密切的關系。因此,流動過程中的質量守衡、動量守衡和能量守衡方程之間存在著強烈的非線形耦合作用。</p><p> 對于數(shù)值計算來,將邊界條件盡快
41、引入,對于計算速度的提高是很重要的,由于質量流率G的進出口點值是已知的(在整個動態(tài)仿真模型中,進出口的值由壓縮機和膨脹閥決定),因此首先估計一個包含進出口質量流率G的分布,由G的分布和質量守衡方程可以求得密度p的。由密度p和質量流率G,從能量守衡方程中可以求得焓值h,并由能量守衡方程可以求得壓力P。我們根據(jù)物性方程同樣可以由密度p和焓值h也可以求得壓力P,兩個壓力P值的不一致是由于流場的估計不準所造成的,通過壓力場的比較,不斷的修正G的
42、分,最后可以求得準確的數(shù)據(jù)。</p><p> 2.2 壓縮機的熱力學分析模型</p><p> 壓縮機是空調熱泵裝置的“心臟”,其主要的作用在傳送系統(tǒng)所需要的制冷劑同時,不但提高系統(tǒng)里制冷劑的壓力,而且也提高了制冷劑的溫度。因此,通過壓縮機的制冷劑流量是壓縮機模型最主要的計算參數(shù),流經(jīng)壓縮機的制冷劑狀態(tài)的變化對于反映壓縮機與蒸發(fā)器及冷凝器之間的作用也是相當重要的。熱泵系統(tǒng)的能耗主要是
43、壓縮機能耗,因此對于壓縮機功率的計算也應該是模型的重要功能。下面就壓縮機的這些基本要求建立螺桿式壓縮機仿真所要求的數(shù)學模型。</p><p> 2.2.1 制冷劑流量計算</p><p> 從螺桿壓縮機的工作原理可知,螺桿壓縮機的制冷劑理論容積流量為:</p><p><b> ?。?.2.1)</b></p><p&g
44、t; 由于螺桿齒間面積f01和f02的計算比較困難,引進了面積利用系數(shù)Cn,并考慮到螺桿扭轉角較大造成的吸氣不足的扭轉角系數(shù)和雙螺桿的嚙合原理,則上式變成:</p><p><b> ?。?.2.2)</b></p><p> 因此螺桿式壓縮機的實際容積輸氣量為:</p><p><b> (2.2.3)</b>&l
45、t;/p><p> 2.2.2 壓縮機功率計算</p><p> 由熱力學原理可知,壓縮機的理論功率為:</p><p><b> ?。?.2.4)</b></p><p><b> 指示功率可以?。?lt;/b></p><p><b> ?。?.2.5)</b
46、></p><p><b> 有效功率取為:</b></p><p><b> ?。?.2.6)</b></p><p><b> 最終的輸入功率為:</b></p><p><b> ?。?.2.7)</b></p><p&
47、gt; 2.2.3 壓縮機排氣溫度計算</p><p> 壓縮機的排氣溫度和排氣焓值是密切相關的,對于排氣焓值的計算可以通過將整個壓縮過程看成是等熵壓縮過程,再考慮壓縮機的壓縮效率而得到。</p><p> 2.3 熱力膨脹閥的熱力學分析模型</p><p> 熱力膨脹閥是大中型空調熱泵設備系統(tǒng)中實用比較廣泛的一種節(jié)流設備,它通過對蒸發(fā)器出口過熱度、出口壓力
48、以及彈簧作用力等因素的響應,調節(jié)熱力膨脹閥的開度,以達到控制制冷劑流量的目的,由于以上各因素都處于動態(tài)變化之中,因此膨脹閥的數(shù)學模型應能描述影響其主要特性變化的方面。</p><p> 2.3.1 閥桿位移與通流面積計算</p><p> 閥桿位移由下式計算:</p><p><b> (2.3.1)</b></p><
49、;p> 熱力膨脹閥通流面積為:</p><p><b> (2.3.2)</b></p><p> 2.3.2 通過熱力膨脹閥流量的計算</p><p> 流量計算按一般的孔板計算方法為:</p><p><b> (2.3.3)</b></p><p>&l
50、t;b> ?。?.3.4)</b></p><p> 2.4毛細管的熱力學分析模型</p><p> 毛細管即為節(jié)流裝置,是在充滿管道的流體流經(jīng)管道內的一種流裝置,流束將在節(jié)流處形成局部收縮,從而使流速增加,靜壓力降低,于是在節(jié)流件前后產生了靜壓力差(或稱節(jié)流式流量計)。使用標準節(jié)流裝置時,流體的性質和狀態(tài)必須滿足下列條件:</p><p>
51、 ① 流體必須充滿管道和節(jié)流裝置,并連續(xù)地流經(jīng)管道。</p><p> ② 流體必須是牛頓流體,即在物理上和熱力學上是均勻的、單相的,或者可以認為是單相的,包括混合氣體,溶液和分散性粒子小于0.1m的膠體。在氣體中有不大于2%(質量成分)均勻分散的固體微粒,或液體中有不大于5%(體積成分)均勻分散的氣泡,也可認為是單相流體,但其密度應取平均密度。</p><p> ?、?流體流經(jīng)節(jié)流件時
52、不發(fā)生相交。</p><p> ?、?流體流量不隨時間變化或變化非常緩慢。</p><p> ?、?流體在流經(jīng)節(jié)流件以前,流束是平行于管道軸線的無旋流。</p><p> 該產品所用的即為我們常見的毛細管節(jié)流裝置。</p><p> 我們常見的節(jié)流閥件為熱力膨脹閥和毛細管兩大類。我們常見的就是毛細管節(jié)流閥。毛細管節(jié)流具有結構簡單、無運動零
53、件、不易發(fā)生故障、停機后高低工壓力短時間內即可平衡、易于啟動等特點。可選用啟動較小的驅動電機作制冷機的動力。但毛細管的自動調節(jié)范圍小,而且不能人工調節(jié),只適用于熱負荷比較穩(wěn)定的家用電冰箱、空調等制冷系統(tǒng)中。</p><p> 作為單獨部件研究的毛細管模型,一般都注重于模型的計算精度。由于只是對特定幾個工況進行計算,對計算時間的限制和穩(wěn)定性要求都比較低。而作為系統(tǒng)仿真的毛細管模型,要求有很高的計算穩(wěn)定性與計算速度
54、,盡管這樣可能不得不使模型的精度受到一些影響。</p><p> ECO-ENERGY熱泵機組所用的毛細管可視作絕熱毛細管,對絕熱一毛細管內一維定常絕熱流動,可用以下方程描述:</p><p><b> ?。?.4.1)</b></p><p><b> 式中 P—比容</b></p><p>
55、<b> G—單位質量流量</b></p><p><b> d—毛細管內徑</b></p><p><b> L—毛細管長度</b></p><p><b> F—沿程阻力系數(shù)</b></p><p> 取沿毛細管長度方向的某一控制容積,對式(
56、6.1.1)作積分,得</p><p><b> ?。?.4.2)</b></p><p> 式中,pl、p2、v1、v2分別是此控制容積的進出口壓力和比容。</p><p> 沿程摩阻系數(shù)f沿管程的變化很小,可簡化為常數(shù),對不同的流動區(qū)域均可取作該流動區(qū)域的進出口摩阻系數(shù)的算術平均值,即</p><p><b
57、> ?。?.4.3)</b></p><p> 將公式(2.4.3)寫成平均比容vm的形式,代入公式(2.4.2),得:</p><p><b> ?。?.4.4)</b></p><p> 對于過冷區(qū),比容可以作為常數(shù)處理。</p><p> 對于兩相區(qū),平均比容Vtp,2表示成進、出口比容的加
58、權形式。</p><p><b> ?。?.4.5)</b></p><p> 式中,、是兩相區(qū)進出口的比容,c是一個待確定的量。</p><p> 本項研究,將平均比容的權重因子c與多種因素間的關系構造成一個函數(shù)關系。見下式:</p><p><b> ?。?.4.6)</b></p&g
59、t;<p> 式中,d1為毛細管內徑,為毛細管長度。</p><p> 第三章 熱泵成霜和融霜運行性能分析</p><p> 結霜是自然界中普遍存在的一種自然現(xiàn)象,當某表面溫度低于空氣中水蒸氣的露點溫度時,結霜現(xiàn)象就有可能發(fā)生。這一現(xiàn)象的存在給實際的生產生活帶來很多的不便,如冬季北方熱泵機組結霜現(xiàn)象非常嚴重,結霜現(xiàn)象不僅降低了傳熱性能,增加能耗,而且如果不能及時清除所形
60、成的霜,還會堵塞系統(tǒng),影響系統(tǒng)的正常運行。為了保證系統(tǒng)和設備的運行,一定要定期清除沉積在換熱器表面上的霜層,否則不僅降低了生產效率,而且還需要消耗大量的能量。結霜主要就是個溫度變化的問題,舉個簡單的例子,冰在超過一定的溫度(冰點溫度)時,就會融化成水;相反,水在低于冰點溫度的環(huán)境中時,就會結成冰??照{在冬季運行時,室外換熱器管子是制冷狀態(tài),當管子溫度低于空氣中水蒸氣的凝結溫度時,空氣中的水蒸氣就會在換熱器管子表面凝結成霜。</p&
61、gt;<p> 蒸發(fā)器結霜對空氣源熱泵機組的運行產生的負面影響主要在兩個方面:</p><p> 霜層的形成增加了導熱熱阻,降低了蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)。盡管在結霜的早期,由于霜層增加了傳熱表面的粗糙度及表面積,使總傳熱系數(shù)有所增加,但隨著霜層增厚,導熱熱阻的影響逐漸成為影響傳熱系數(shù)的主要方面,總傳熱系數(shù)開始下降。</p><p> 霜層的存在加大了空氣流過翅片管蒸發(fā)器的阻力
62、,降低了空氣流量,這是結霜對對蒸發(fā)器性能影響的主要方面。由于這些負面影響,空氣源熱泵在結霜工況下運行時,隨著霜層的增厚,將出現(xiàn)蒸發(fā)溫度下降、制熱量下降、風機性能衰減,電流加大等現(xiàn)象從而而使空氣源熱泵機組不能正常工作,因此,需通過周期性除霜來解決這此些問題。</p><p> 各種融霜方式的優(yōu)缺點</p><p> 3.1 熱泵成霜運行性能分析</p><p>
63、 對于霜層形成的均勻生長階段,霜層可以看成是由冰、飽和水蒸汽和空氣所組成的多孔介質,在霜層生長過程中,忽略多孔介質里發(fā)生的以對流方式進行的傳熱傳質過程,僅僅考慮里面所進行的熱傳導和質量擴散,霜層厚度的增加表現(xiàn)為多孔介質邊界的移動。為了研究的方便,我們對霜層形成過程作出如下假設:</p><p> 1. 霜層是一維方向生長的;</p><p> 2. 霜層內空隙里壓力(水蒸氣和空氣總壓)
64、是保持不變的;</p><p> 3. 霜層里的冰相和周圍空氣水蒸氣總是處于熱力平衡狀態(tài),水蒸氣處于飽和狀態(tài);</p><p> 4. 霜層里的氣態(tài)成分(水蒸氣和空氣)看成是理想氣體;</p><p> 5. 在霜層邊界上(與空氣和翅片接觸界面)冰相成分的空隙度梯度為零。</p><p> 上述第五點假設是根據(jù)實驗觀察得到的,其余各點
65、假設是為了模型的簡單和計算的方便。</p><p> 對其進行熱力學分析則有:</p><p><b> 霜層的能量方程:</b></p><p><b> ?。?.1.1)</b></p><p> 水蒸氣在霜層中的擴散方程:</p><p><b> ?。?/p>
66、3.1.2)</b></p><p> 霜層中固(冰)相的連續(xù)方程:</p><p><b> ?。?.1.3)</b></p><p><b> 其中體積關系式為:</b></p><p><b> (3.1.4)</b></p><p&
67、gt;<b> 熱力關系式為:</b></p><p><b> (3.1.5)</b></p><p><b> ?。?.1.6)</b></p><p><b> (3.1.7)</b></p><p> 在飽和狀態(tài)時,根據(jù)Clapeyron方
68、程,有:</p><p><b> ?。?.1.7)</b></p><p> 霜層里密度和比熱采用調和方法計算,有效擴散系數(shù)采用文獻[24]中推薦使用的方法。</p><p><b> ?。?.1.8)</b></p><p><b> ?。?.1.9)</b></p
69、><p> 其中,DAB=1.451×10-4T1。72/pt</p><p> 有效導熱計算的計算采用sahin方法進行計算,和Yonko計算關聯(lián)式相比,該方法考慮了霜層內水氣擴散和凝華放熱對熱傳導系數(shù)的影響,同時又考慮了霜層溫度和內部空隙率對熱傳導系數(shù)的影響,適合短時間結霜過程計算準確度要高,適合于空氣源熱泵機組管翅片上結霜的研究。</p><p>&
70、lt;b> ?。?.1.10)</b></p><p> 在以上各式中,T0和p0分別表示為273.15℃和相對應的水氣飽和壓力。</p><p> 3.2熱泵融霜運行性能分析</p><p> 不同于結霜過程中所采用的傳熱傳質計算,在霜層融化過程中忽略內部的傳質過程,這是因為一方面霜層融化的時間比較短暫,相對于傳熱過程來講,傳質的影響是比較
71、小的。因為在霜層融化過程中,存在已融化霜和未融化霜之間的兩相界面,因此本研究中采用能量焓方法來計算其融化過程的動態(tài)特性,這種方法最大的好處是可以由控制體焓值來推斷兩相界面位置,并且求解也比較方便。</p><p> 為了更好地推導其數(shù)學模型,幾點主要的假設如下:</p><p> 1. 霜層融化的過程主要是在熱驅動的作用下進行的,并且認為熱傳導僅發(fā)生在一維方向上的,也就是只考慮溫度沿垂
72、直平壁方向的變化;</p><p> 2. 不考慮重力對霜層融化過程的影響;</p><p> 3. 控制體的密度近似認為不隨相態(tài)而改變;</p><p> 4. 水相態(tài)的變化是在離散的溫度上進行的;</p><p> 5. 霜層融化過程的結束是當所有的霜層都融化成水后,并且所有的水是以“雪崩”的方式進行的,也就是在所有霜層融化后,水
73、是以某種方式突然離開??紤]到表面粘性力的影響,在平板表面將殘留一層水膜。</p><p> 由以上的分析可知,我們以平板上單位面積上的霜層為研究對象,有:</p><p><b> 能量焓守衡方程為:</b></p><p><b> ?。?.2.1)</b></p><p> 其中 h=單位
74、體積焓值;</p><p> =從控制體邊界進入控制體的熱流;</p><p> n=控制體邊界法向量。</p><p> 對于霜層和融化的水來講,能量焓的表達式分別為:</p><p><b> ?。?.2.2)</b></p><p><b> (3.2.3)</b&g
75、t;</p><p> 因為在融霜過程中,風側換熱器風機處于停止狀態(tài),霜層外邊界與大氣環(huán)境所進行的是自然對流換熱,而且這種換熱量是相當小的,在我們的研究中忽略了這種影響。</p><p> 3.3 智能除霜技術</p><p> 經(jīng)熱力學性能分析可得到,ECO-ENERGY熱泵機組所特有的除霜技術,配備了創(chuàng)新的技術來縮短系統(tǒng)除霜時間,提高機組的除霜效率。它可以
76、自動調整所使用的每個周期的算法的參數(shù),基于在外面的條件、控制蒸發(fā)壓力、外部空氣溫度和所需除霜時間,來優(yōu)化系統(tǒng)算法,從而使得到的冰不會附著在線圈上,保證高效的除霜循環(huán),進而有效的解決了常見的熱泵產品容易產生結霜以及除霜困難的問題。</p><p> 第四章 ECO-ENERGY熱泵機組產品設計</p><p> 4.1 ECO-ENERGY熱泵機組產品設計</p><
77、p> ECO-ENERGY熱泵機組該系列旗下共有四款產品:</p><p> 下圖為ASER-DHW-075(150/230)系列熱泵機組,這是一款全回收型定頻風冷熱泵機組,共有3個系列,其中制冷量最小的為7.5KW,最大的為23.5KW。該熱泵機組的優(yōu)點是它屬于全熱回收型風冷熱泵機組,配置有定頻壓縮機與名牌EC風機。EC風機的應用,可以使風機根據(jù)環(huán)境溫度的變化而自動變化,確保機組高效、穩(wěn)定運行。同時該
78、機組可在全年多個模式下運行,單一系統(tǒng)涵蓋制冷、采暖、生活熱水,在制冷模式全熱回收壓縮機的排氣熱量產生高達60℃的生活熱水,其中最大的生活水流量可以達到5.01m3/h,足夠人們的日常生活使用。具體的機組性能參數(shù)在下面表格中。</p><p> 圖13 ASER-DHW-075-150-230</p><p> 其部件結構參數(shù)如下:</p><p><b&g
79、t; ⑴換熱器</b></p><p> 換熱器所選用的為板式換熱器,結構參數(shù)如下:</p><p><b> ⑵壓縮機</b></p><p> 壓縮機選用的是螺桿式壓縮機,額定功率為25kW,結構參數(shù)如下:</p><p><b> ?、菬崃ε蛎涢y</b></p>
80、<p> 根據(jù)蒸發(fā)溫度和實際壓力降來選擇閥體型號,該產品所使用的型號如下:</p><p><b> ⑷毛細管</b></p><p> 本機型選用的毛細管內徑為1.6mm,長度為500mm。</p><p> 該機組的工作范圍為:最高55℃的生活熱水,最高環(huán)境溫度45℃,最低環(huán)境溫度-15℃;該熱泵機組同時具有以下特征:
81、殼體及底座采用熱鍍鋅噴涂板;生活熱水采用高效、低壓損的AISI316不銹鋼板式換熱器,確保生活用水的清潔;制冷、采暖采用采用高效、低壓損的AISI316不銹鋼板式換熱器;EC風機根據(jù)高、低壓力傳感器,自動改變轉速,大大降低夜間的機組噪音;完整水力模塊,節(jié)省安裝費用,保證機組安全運行;外置高、低壓力表,高、低壓力接頭及手動放氣閥,易于安裝調試與維修。與中控機ECO-CONTROL-001連接可以實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控與存儲機組運行狀態(tài)。該熱泵機
82、組系列的組成附件為以下部分:中控機ECO-CONTROL-001、容量為100-500L的生活熱水箱、容量為100-500L的帶平板太陽能交換盤管的生活熱水箱、容量為100-500L的空調系統(tǒng)用水箱。下表為該系列的三個型號的機組的性能參數(shù)(因產品結構圖較大,不便插入,特附AutoCAD文件一份):</p><p> 4.2 ECO-ENERGY熱泵機組產品總結</p><p> ECO
83、-ENERGY系列產品都有自己的創(chuàng)新之處。</p><p> 1)它的智能電子恒溫閥,可以連續(xù)地控制壓縮機的轉速,以確保完美適應系統(tǒng)負載,調節(jié)所需要的加熱或冷卻能力的遞送,從而減少功耗。它還可以通過調整負載使壓縮機始終處于最佳的工作效率時刻,并可以延長壓縮機的使用壽命。</p><p> 2)該公司特有的溫度控制系統(tǒng),它可以通過修改補償曲線來使水溫迅速適應室內溫度的變化。下面的是該產品
84、的冷卻補償曲線:</p><p> 圖4.2.1產品的冷卻補償曲線</p><p> 圖4.2.2 產品的冷卻補償曲線2</p><p> 其中該產品獨有的計時器,它可編程的時間段如圖8所示,計時器是可用于對系統(tǒng)的各個區(qū)定制分化激活和去激活(即使之失活),創(chuàng)建具有最多6個時間段的操作信息。</p><p> 圖4.2.3產品的計時器&
85、lt;/p><p> 當?shù)竭_所述系統(tǒng)的水的溫度設定點時,壓縮機停止并且系統(tǒng)泵被周期性地激活,以盡量減少能源消耗和確保的水溫正確的測量。泵可以根據(jù)系統(tǒng)的類型使用參數(shù)進行設置打開和關閉時間。與風機盤管系統(tǒng)中,一個嗅探周期和下一個之間的時間應減少,以避免水的過度冷卻,在供暖操作時,如果系統(tǒng)的水含量等于在該段所示的最小值在“最小和最大的系統(tǒng)水分”。最多四個操作曲線可以選擇,這取決于系統(tǒng)中的壓力下降,從而優(yōu)化泵的運行,并降低
86、能耗。該泵為A類與EC電機,為了使該單元通過壓力傳感器控制風扇轉速正常工作,在不同的外界溫度,壓力讀數(shù)的微處理器。這允許增加的熱交換和/或降低,維持冷凝或蒸發(fā)壓力基本上恒定。</p><p> ECO-ENERGY熱泵機組在這方面專門做了研究,然后設計出了一套完整的軍團菌消除方案,使其在風扇運轉的壓縮機的獨立,同時要保持軍團菌的預防功能,確保消除駐留在生活用水軍團菌。消除軍團菌所需時間及水溫如下表所示:<
87、/p><p><b> 第五章 結論</b></p><p> 隨著社會的發(fā)展,能源危機與環(huán)境污染已成為世界范圍內需要解決的問題。目前,節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的呼聲日益高漲,因此尋找新能源,利用綠色空調技術成為空調領域發(fā)展的大勢所趨。而空氣源熱泵系統(tǒng)由于是利用空氣中的低溫能量作為空調冷熱源,它在節(jié)能和環(huán)保之間找到了一個恰當?shù)奈恢茫蔀榱水斍皞涫懿毮康囊环N新興的綠色技術
88、。</p><p> 通過這次的設計,我們對熱泵機組有了一個初步的了解,并做了如下的工作:</p><p> 1、制冷系統(tǒng)仿真模型的研究,建立了適應整機制冷系統(tǒng)仿真要求的換熱器數(shù)學模型、壓縮機數(shù)學模型、毛細管數(shù)學模型以及制冷劑充注量模型,編排了計算程序。</p><p> 2、根據(jù)實際系統(tǒng)的特點,進行了相應的模型簡化和修正方法研究,建立了從實際系統(tǒng)到仿真系統(tǒng)的
89、轉換方法,并在系統(tǒng)層次上進行了部件模型的修正研究,建立了相應的修正模型和算法。。</p><p> 3、進行空調器制冷系統(tǒng)仿真軟件的設計模擬,并將該ECO-ENERGY熱泵機組的產品進行介紹、推廣。</p><p> ECO-ENERGY熱泵機組產品特點即為舒適、環(huán)保、節(jié)能、智能化,很適合當前大背景下的發(fā)展。它具有低功耗、A級節(jié)能等級的特點,同時可以有效預防軍團菌的產生;同時它特有的智
90、能除霜技術也很可以大大縮短系統(tǒng)除霜時間,提高機組的效率。通過對ECO-ENERGY熱泵機組的工作原理及性能特點的分析及設計,學到了更多與智能化、節(jié)能相關的知識,從而可以吸取經(jīng)驗來應用到其它的產品中。</p><p> 當然這里還存在一些值得我們去進一步探索的問題,就像如何在同樣的時間內保證ECO-ENERGY熱泵機組的換熱效率更高、在保證同樣的換熱量的情況下,如何提升、降低機組本身的能耗等問題,這些都是值得我們
91、去深究的,這對我們國家的熱泵發(fā)展會有很好的幫助。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 馬最良,姚楊,姜益強,封家平. 熱泵在我國應用與發(fā)展的實證性研究[會議論文]-2005.</p><p> [2] 畢彤,徐光,王嘉璐.未來建筑節(jié)能的領軍技術熱泵技術在我國的發(fā)展[期刊論文]-環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟2008,
92、28(1).</p><p> [3] 劉萬福,馬一太,劉圣春,呂燦仁.熱泵系統(tǒng)驅動方式分析對比研究[會議論文]-2002.</p><p> [4] 王清勤.熱泵節(jié)能創(chuàng)新為本-“2005年全國空調與熱泵節(jié)能技術交流會”綜述[期刊論文]-建設科技2006(1).</p><p> [5] 洪世民.熱泵技術的發(fā)展應用與節(jié)能減排[期刊論文]-知識經(jīng)濟.2010(1
93、1).</p><p> [6] 王俊鋒,董繼先.新型熱泵燒水器的模型與節(jié)能分析[期刊論文]-輕工機械. 2009(4).</p><p> [7] 彥啟森.空調用制冷技術[M](第三版).北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.</p><p> [8] 張富榮,王偉,肖婧等. 冷表面結霜實驗臺的開發(fā)與應用[C].第十六屆全國暖通年會論文集.重慶. 2008.&
94、lt;/p><p> [9] 張富榮,王偉,趙耀華.動態(tài)結霜過程霜層參數(shù)測試技術研究與應用進展[J].建筑科學.</p><p> [10] 巨永平.京津地區(qū)小型空氣-空氣熱泵供熱性能研究及使用可行性分析[D].天津:天津大學,1988.</p><p> [11] 王劍峰.空氣源熱泵冬季結霜特性研究[J].制冷,1997,58(1):8-11.</p>
95、;<p> [12] Yonko J.D. An investigation of the thermal conductivity of frost while forming on a flat horizontal plate.ASHARE Transaction,1967,73(1):1.1.l一1.1.11</p><p> [13] Beatty K.O. Heat transfer
96、 from humid air to metal under frosting condition. Finch. E.B,Schoenberg EM. American Society of Refrigeration Engineers,1951,59:1203-1207</p><p> [14] Kamai .S. Research on the frost formation in a low tem
97、perature cooler condenser. Mizushima T, Kifune S. The Japan Science Review,1952,2(3):317-326</p><p> [15] Xiao J,Wang W,Zhao Y H, et al. An analysis of the feasibility and characteristics of photoelectric t
98、echnique applied in defrost-control[J]. International Journal Of Refrigeration,2009,(32): 1350-1357</p><p> [16] Xiao J., Wan G. W., Guo Q. C. et al. An experimental study of the correlation for predicting
99、the frost height in applying the photoelectric technology, [J] International Journal of Refrigeration, 2010 (32): 1006-1014</p><p> [17] 王鐵軍,唐景春,劉向農等.風源熱泵空調器除霜技術實驗研究,低溫與超導,2003,31(4): 65-68</p><p
100、> [18] 清華大學建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2007[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007 </p><p> [19] 朱德斌,胡益雄,唐偉偉.冷凝熱回收熱水系統(tǒng)的應用研究[J].建筑熱能通風空調. 2013,32(5):50-52</p><p> [20] 黃璞潔,李艷霞,何耀炳等.集中空調冷凝熱回收技術在生活熱水供應系統(tǒng)中的應用[J].暖通空
101、調,20ll,41(8):54.57</p><p> [21] 嚴子浚,陳金燦. 內可逆三熱源熱泵的聯(lián)合循環(huán)分析.1989(01)</p><p> [22] 武涌等.中國建筑節(jié)能管理制度創(chuàng)新研究[M].北京:中國建筑出版社.2007</p><p> [23] 史德福,陳華,周楚.帶冷凝熱回收熱泵空調器的實驗研究[J].制冷學報. 2013, 34(4):
102、 75-80</p><p> [24] R. Le Gall, J.M. Grillot. Modeling of frost Growth and densification.Int.J.Heat & Mass Transfer.1975, 40 (13): 3177-3187</p><p><b> 致謝</b></p><p>
103、 在本論文的寫作過程中,我的導師張存泉老師傾注了大量的心血,從選題到開題報告,從寫作提綱,到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題,嚴格把關,循循善誘,導師淵博的知識和嚴謹?shù)闹螌W風范使我受益非淺,衷心感謝導師對我在學術道路上的指引,同時還有生活上的關懷。</p><p> 求學歷程是艱苦的,但又是快樂的。感謝我的輔導員王樹鵬、向永坤老師,謝謝他們在這四年中為我們年紀所做的一切,他們不求回報,無私奉獻的精神很讓我感動,
104、再次向他們表示由衷的感謝。在這四年的學期中結識的各位生活和學習上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財富。在此,也對他們表示衷心感謝。</p><p> 謝謝我的父母,沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天,在這一刻,將最崇高的敬意獻給你們!</p><p> 本文參考了大量的文獻資料,在此,向各學術界的前輩們致敬!</p><p> 2015年5月20日</p&
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