空气源热泵冷热水机组运行工的模拟与分析

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1、空气源热泵冷热水机组全年运行工况的模拟与分析摘要：对机机组的空空气侧换换热量、水水侧换热热量、压压缩机轴轴功率和和供热性性能系数数等参数数进行综综合分析析，寻求求对空气气源热泵泵冷热水水机组结结霜特性性影响最最小的空空气侧换换热器的的结构参参数。用用变化后后的结构构参数结结合夏季季运行工工况，其其空气侧侧换热系系数、管管壁温度度、空气气侧压降降也有所所改善。将将模拟结结果与实实验数据据进行了了比较，两两者吻合合很好，进进一步验验证了所所建模型型的可靠靠性。 关键词：空空气源热热泵冷热热水机组组 动态模模型 稳态模模型 结霜 1 空气气源热泵泵冷热水水机组模模型建立立 空气源源热泵冷冷热水机机组

2、由压压缩机、空空气侧换换热器、水水侧换热热器、节节流机构构等设备备组成。在质量量守恒、能能量守恒恒、动量量守恒的的基础上上，利用用空气源源热泵冷冷热水机机组的四四大部件件的数学学模型，并并利用制制冷剂在在各部件件的进出出口状态态参数把把所建的的四个部部件模型型耦合在在一起，就就构成了了空气源源热泵冷冷热水机机组冬、夏夏季工况况的模型型。耦合合过程中中的质量量守恒是是指各部部件中的的制冷剂剂质量流流量相等等，单位位时间内内流入某某部件的的制冷剂剂质量等等于流出出该部件件的制冷冷剂质量量；能量量守恒是是指机组组的制冷冷量与压压缩机对对制冷剂剂作功之之和等于于冷凝器器的热负负荷；动动量守恒恒即压力力

3、平衡，是是指经过过压缩机机后制冷冷剂压力力的提高高值等于于制冷剂剂在空气气侧换热热器、膨膨胀阀、水水侧换热热器等部部件中的的压力降降之和。2 典典型冬季季工况的的模拟与与分析对于所建立立的空气气源热泵泵冷热水水机组的的动态数数学模型型1，采用用计算机机求解，计计算工况况见表11，计算算从某一一时刻压压缩机吸吸入口开开始。调调用各子子程序，可可以计算算出空气气侧换热热器的换换热量以以及结霜霜等情况况。 我国大大部分地地区处于于季风气气候区，热热泵适宜宜应用的地地区湿度度普遍比比较大，例例如长江江以南地地区，相相对湿度度一般都都在755%以上上，若温温度在00左右右，极易易结霜。下下面将采采用机组

4、组的动态态数学模模型，分分别计算算机组在在一些典典型地区区，如对对于重霜霜区成成都所对对应的工工况B（00，885%）、一一般结霜霜区上上海、杭杭州所对对应的工工况C（-4，775%）2，用变化后的空气侧换热器的结构参数，进一步对空气源热泵冷热水机组结霜工况进行计算及分析。2.11 工况况B（00，885%）空气侧侧换热器器结构参参数采用用变化后后值：管管径为88mm，分分液路数数10，管管间距为为27.4mmm，翅片片间距分分别为33.5mmm和44mm时时，与采采用原始始的结构构参数（管管径为110mmm，分液液路数110，管管间距为为25.4mmm，翅片片间距为为2mmm）相比比，分析析

5、空气源源热泵冷冷热水机机组结霜霜工况下下，机组组性能参参数随时时间的变变化。图1至至图4是是机组空空气侧换换热量、水水侧换热热量、压压缩机轴轴功率和和供热性性能系数数随时间间的变化化。由图图可见，水水侧换热热量、压压缩机轴轴功率和和供热性性能系数数在翅片片间距取取3.55mm时时优于翅翅片间距距取4mmm时。图1 空气气侧换热热器换热热量随时时间的变变化图2 水侧侧换热器器换热量量随时间间的变化化 图3 压缩缩机轴功功率随时时间的变变化图4 供热热性能系系数随时时间的变变化采用原原始的结结构参数数与变化化后的结结构参数数对空气气源热泵泵冷热水水机组各各性能参参数的影影响作了了对比，从从而得出出

6、结论：结构参参数变化化后，机机组运行行到355分钟时时，压缩缩机轴功功率从772.336kWW增加到到72.9kWW，增加加了0.75%；水侧侧换热量量从2885.8843kkW增加加到2887kWW，增加加了0.4%；因此，对对于工况况B，采采用变化化后的结结构参数数（翅片片间距33.5mmm），机机组结霜霜工况性性能改善善明显。2.22 工况况C（-4，775%）空气侧侧换热器器结构参参数变化化后值：管径为为8mmm，分液液路数110，管管间距为为27.4mmm时，翅翅片间距距分别取取2.55mm和和3mmm时，与与采用原原始的结结构参数数相比，分分析空气气源热泵泵冷热水水机组结结霜工况况

7、下，机机组性能能参数随随时间的的变化。图5至至图8是是机组空空气侧换换热量、水水侧换热热量、压压缩机轴轴功率和和供热性性能系数数随时间间的变化化。由图图可见，空空气侧换换热量、水水侧换热热量、压压缩机轴轴功率和和供热性性能系数数在翅片片间距取取2.55mm时时明显优优于翅片片间距取取3mmm时。采用原原始的结结构参数数与变化化后的结结构参数数对机组组各性能能参数的的影响作作了对比比，从而而得出结结论：结结构参数数变化后后，机组组运行时时间延长长，供热热性能系系数从44.11172增增加到44.12267，增增加了00.277%；压压缩机轴轴功率从从59.1kWW增加到到59.55kkW，增增加

8、了00.766%；水水侧换热热量从2243.35kkW增加加到2445.775kWW，增加加了0.58%,因此此，对于于工况CC，采用用变化后后的结构构参数（翅翅片间距距2.55mm），机机组结霜霜工况的的性能改改善明显显。图5 空气气侧换热热器换热热量随时时间的变变化图6 水侧侧换热器器换热量量随时间间的变化化图7 压缩缩机轴功功率随时时间的变变化图8 供热热性能系系数随时时间的变变化3 典型夏夏季工况况的模拟拟与分析析通过对对结霜工工况BC，空气气侧换热热器结构构参数对对空气源源热泵冷冷热水机机组结霜霜特性影影响的计计算和研研究，得得出结论论：采用用变化后后的结构构参数，对对机组性性能尤其

9、其是减少少结霜、延延长机组组运行时时间有明明显效果果。机组组夏季按按制冷工工况运行行，用变变化后的的换热器器结构参参数在夏夏季工况况对机组组运行是是否产生生影响，下下面分别别对工况况B、C所对应应的夏季季工况DD、E用变化化后结构构参数对对机组进进行计算算和验证证。3.11 工况况D（31.6，86%）空气源源热泵冷冷热水机机组夏季季运行时时，空气气侧换热热器作为为冷凝器器使用。空空气侧换换热器是是以空气气作为冷冷却介质质，靠空空气的温温升带走走冷凝热热量。夏夏季工况况机组运运行时，随随着时间间的变化化，机组组各性能能参数基基本不改改变，因因此，夏夏季工况况采用稳稳态模型型进行计计算。图9至至

10、图100分别为为夏季工工况下，空空气侧换换热器在在采用变变化前后后的结构构参数，空空气侧换换热系数数、管壁壁温度沿沿管长的的变化。可可以看出出，变化化后的空空气侧换换热系数数明显增增大，空空气侧管管壁温度度提高。这这是因为为随着翅翅片间距距的增大大，使流流过换热热器的空空气产生生扰动变变化，空空气侧换换热能力力增强，冷冷凝热量量迅速传传递给空空气，降降低了空空气与管管壁的温温差。图9 空空气侧换换热系数数沿管长长的变化化图10 空空气侧管管壁温度度沿管长长的变化化采用变化后后的结构构参数，对对于夏季季工况DD，制冷冷性能系系数为44.599，制冷冷量为3339.1155kW，空空气侧平平均温度

11、度为355.5885，平平均相对对湿度为为71.3%。这这是由于于空气侧侧换热器器作为冷冷凝器向向空气中中传递冷冷凝热量量，使空空气温度度升高，绝绝对含湿湿量不变变，相对对湿度降降低。因此，对对于夏季季工况DD，机组组空气侧侧换热器器采用变变化后的的结构参参数，机机组紧凑凑性差，设设备庞大大，空气气侧压降降从3119.0028PPa降低低到2444.554Paa，降低低了233.3%，空气气侧管壁壁温度也也升高了了5.665%，使使管壁温温度与空空气温度度的温差差减小，空空气侧换换热系数数增大，强强化了空空气侧换换热。3.22 工况况E（334，883%）图111至图112分别别为空气气侧换热

12、热器结构构参数在在变化前前后空气气侧换热热系数、空空气侧管管壁温度度沿管长长的变化化。可以以看出，变变化后的的空气侧侧换热系系数明显显增大，空空气侧管管壁温度度提高。图11 空空气侧换换热器换换热系数数沿管长长的变化化图122 空气气侧管壁壁温度沿沿管长的的变化因此，用变变化后的的结构参参数，对对于夏季季工况EE，制冷冷性能系系数为44.599，制冷冷量为3339.1155kW，空空气侧平平均温度度为377.5771，平平均相对对湿度为为69.1%。这这是由于于空气侧侧换热器器作为冷冷凝器使使用，向向空气中中传递冷冷凝热量量，使空空气温度度升高，绝绝对含湿湿量不变变，相对对湿度降降低。除除机组

13、紧紧凑性差差，设备备庞大，空空气侧压压降从3322.2899Pa降降低到2264.4366Pa，降降低了117.995%，管管壁温度度升高66.4%，使管管壁温度度与空气气温差减减小，空空气侧换换热系数数增大，强强化空气气侧换热热。4 结结论在质量量守恒、动动量守恒恒、能量量守恒的的条件下下建立了了空气源源热泵冷冷热水机机组全年年运行工工况的数数学模型型。采用用该模型型对机组组的冬季季工况BB、C进进行了计计算分析析，通过过改变翅翅片管换换热器的的片距、管管径、管管间距等等结构参参数，从从减少结结霜量，延延缓结霜霜，延长长融霜时时间间隔隔为出发发点，采采用变化化后的换换热器结结构参数数，计算算

14、分析各各参数对对空气源源热泵冷冷热水机机组性能能的影响响，得到到了机组组的空气气侧换热热量、水水侧换热热量、压压缩机轴轴功率和和供热性性能系数数随时间间的变化化规律。结结合夏季季工况，运运用变化化后的换换热器结结构参数数，采用用夏季稳稳态模型型对机组组的夏季季工况进进行计算算分析，得得到了机机组空气气侧换热热系数、空空气侧管管壁温度度等的变变化规律律。模拟结结果表明明，处于于重霜区区的成都都所对应应的冬季季工况BB（0，855%），相相对湿度度比较高高，冬季季温度处处于易结结霜温度度范围内内，得出出结构参参数：翅翅片间距距取3.5mmm，管径径取8mmm，分分液路数数取100，管间间距取227.44mm；处于一一般结霜霜区的上上海、杭杭州所对对应的冬冬季工况况C（-4，775%），得得出结构构参数：翅片间间距取22.5mmm，管管径取88mm，分分液路数数取100，管间间距取227.44mm，结结合全年年运行情情况，机机组处于于较好的的运行性性能。因因此对于于不同地地区应用用的空气气源热泵泵冷热水水机组，应应根据结结霜情况况的不同同，配置置不同结结构参数数的空气气侧换热热器。