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1、空气源热泵泵冷热水机机组全年运运行工况的的模拟与分分析摘要：对机机组的空气气侧换热量量、水侧换换热量、压压缩机轴功功率和供热热性能系数数等参数进进行综合分分析，寻求求对空气源源热泵冷热热水机组结结霜特性影影响最小的的空气侧换换热器的结结构参数。用用变化后的的结构参数数结合夏季季运行工况况，其空气气侧换热系系数、管壁壁温度、空空气侧压降降也有所改改善。将模模拟结果与与实验数据据进行了比比较，两者者吻合很好好，进一步步验证了所所建模型的的可靠性。 关键词：空空气源热泵泵冷热水机机组 动态模型型 稳态模型型 结霜 1 空气源源热泵冷热热水机组模模型建立 空气源源热泵冷热热水机组由由压缩机、空空气侧换
2、热热器、水侧侧换热器、节节流机构等等设备组成成。在质量量守恒、能能量守恒、动动量守恒的的基础上，利利用空气源源热泵冷热热水机组的的四大部件件的数学模模型，并利利用制冷剂剂在各部件件的进出口口状态参数数把所建的的四个部件件模型耦合合在一起，就就构成了空空气源热泵泵冷热水机机组冬、夏夏季工况的的模型。耦耦合过程中中的质量守守恒是指各各部件中的的制冷剂质质量流量相相等，单位位时间内流流入某部件件的制冷剂剂质量等于于流出该部部件的制冷冷剂质量；能量守恒恒是指机组组的制冷量量与压缩机机对制冷剂剂作功之和和等于冷凝凝器的热负负荷；动量量守恒即压压力平衡，是是指经过压压缩机后制制冷剂压力力的提高值值等于制冷
3、冷剂在空气气侧换热器器、膨胀阀阀、水侧换换热器等部部件中的压压力降之和和。2 典典型冬季工工况的模拟拟与分析对于所建立立的空气源源热泵冷热热水机组的的动态数学学模型11，采用用计算机求求解，计算算工况见表表1，计算从从某一时刻刻压缩机吸吸入口开始始。调用各各子程序，可可以计算出出空气侧换换热器的换换热量以及及结霜等情情况。 我国大大部分地区区处于季风风气候区，热热泵适宜应应用的地区区湿度普遍遍比较大，例例如长江以以南地区，相相对湿度一一般都在775%以上上，若温度度在0左左右，极易易结霜。下下面将采用用机组的动动态数学模模型，分别别计算机组组在一些典典型地区，如如对于重霜霜区成都都所对应的的工
4、况B（00，855%）、一一般结霜区区上海、杭州州所对应的的工况C（-4，775%）2，用用变化后的的空气侧换换热器的结结构参数，进进一步对空空气源热泵泵冷热水机机组结霜工工况进行计计算及分析析。2.11 工况BB（0，885%）空气侧侧换热器结结构参数采采用变化后后值：管径径为8mmm，分液路路数10，管管间距为227.4mmm，翅片片间距分别别为3.55mm和44mm时，与与采用原始始的结构参参数（管径径为10mmm，分液液路数100，管间距距为25.4mm，翅翅片间距为为2mm）相相比，分析析空气源热热泵冷热水水机组结霜霜工况下，机机组性能参参数随时间间的变化。图1至至图4是机机组空气侧
5、侧换热量、水水侧换热量量、压缩机机轴功率和和供热性能能系数随时时间的变化化。由图可可见，水侧侧换热量、压压缩机轴功功率和供热热性能系数数在翅片间间距取3.5mm时时优于翅片片间距取44mm时。图1 空气气侧换热器器换热量随随时间的变变化图2 水侧侧换热器换换热量随时时间的变化化 图3 压缩缩机轴功率率随时间的的变化图4 供热热性能系数数随时间的的变化采用原原始的结构构参数与变变化后的结结构参数对对空气源热热泵冷热水水机组各性性能参数的的影响作了了对比，从从而得出结结论：结构构参数变化化后，机组组运行到335分钟时时，压缩机机轴功率从从72.336kW增增加到722.9kWW，增加了了0.755
6、%；水侧侧换热量从从285.843kkW增加到到287kkW，增加加了0.44%；因此此，对于工工况B，采采用变化后后的结构参参数（翅片片间距3.5mm），机机组结霜工工况性能改改善明显。2.22 工况CC（-4，75%）空气侧侧换热器结结构参数变变化后值：管径为88mm，分分液路数110，管间间距为277.4mmm时，翅片片间距分别别取2.55mm和33mm时，与与采用原始始的结构参参数相比，分分析空气源源热泵冷热热水机组结结霜工况下下，机组性性能参数随随时间的变变化。图5至至图8是机机组空气侧侧换热量、水水侧换热量量、压缩机机轴功率和和供热性能能系数随时时间的变化化。由图可可见，空气气侧换
7、热量量、水侧换换热量、压压缩机轴功功率和供热热性能系数数在翅片间间距取2.5mm时时明显优于于翅片间距距取3mmm时。采用原原始的结构构参数与变变化后的结结构参数对对机组各性性能参数的的影响作了了对比，从从而得出结结论：结构构参数变化化后，机组组运行时间间延长，供供热性能系系数从4.11722增加到44.12667，增加加了0.227%；压压缩机轴功功率从599.1kWW增加到559.555kW，增增加了0.76%；水侧换热热量从2443.355kW增加加到2455.75kkW，增加加了0.558%,因因此，对于于工况C，采采用变化后后的结构参参数（翅片片间距2.5mm），机机组结霜工工况的性
8、能能改善明显显。图5 空气气侧换热器器换热量随随时间的变变化图6 水侧侧换热器换换热量随时时间的变化化图7 压缩缩机轴功率率随时间的的变化图8 供热热性能系数数随时间的的变化3 典型夏夏季工况的的模拟与分分析通过对对结霜工况况BC，空气侧侧换热器结结构参数对对空气源热热泵冷热水水机组结霜霜特性影响响的计算和和研究，得得出结论：采用变化化后的结构构参数，对对机组性能能尤其是减减少结霜、延延长机组运运行时间有有明显效果果。机组夏夏季按制冷冷工况运行行，用变化化后的换热热器结构参参数在夏季季工况对机机组运行是是否产生影影响，下面面分别对工工况B、C所对应的的夏季工况况D、E用变化后后结构参数数对机组
9、进进行计算和和验证。3.11 工况D（31.66，86%）空气源源热泵冷热热水机组夏夏季运行时时，空气侧侧换热器作作为冷凝器器使用。空空气侧换热热器是以空空气作为冷冷却介质，靠靠空气的温温升带走冷冷凝热量。夏夏季工况机机组运行时时，随着时时间的变化化，机组各各性能参数数基本不改改变，因此此，夏季工工况采用稳稳态模型进进行计算。图9至至图10分别为为夏季工况况下，空气气侧换热器器在采用变变化前后的的结构参数数，空气侧侧换热系数数、管壁温温度沿管长长的变化。可可以看出，变变化后的空空气侧换热热系数明显显增大，空空气侧管壁壁温度提高高。这是因因为随着翅翅片间距的的增大，使使流过换热热器的空气气产生扰
10、动动变化，空空气侧换热热能力增强强，冷凝热热量迅速传传递给空气气，降低了了空气与管管壁的温差差。图9 空空气侧换热热系数沿管管长的变化化图10 空空气侧管壁壁温度沿管管长的变化化采用变化后后的结构参参数，对于于夏季工况况D，制冷冷性能系数数为4.559，制冷冷量为3339.1115kW，空空气侧平均均温度为335.5885，平平均相对湿湿度为711.3%。这这是由于空空气侧换热热器作为冷冷凝器向空空气中传递递冷凝热量量，使空气气温度升高高，绝对含含湿量不变变，相对湿湿度降低。因此，对对于夏季工工况D，机机组空气侧侧换热器采采用变化后后的结构参参数，机组组紧凑性差差，设备庞庞大，空气气侧压降从从
11、319.028PPa降低到到244.54Paa，降低了了23.33%，空气气侧管壁温温度也升高高了5.665%，使使管壁温度度与空气温温度的温差差减小，空空气侧换热热系数增大大，强化了了空气侧换换热。3.22 工况EE（34，83%）图111至图122分别为空空气侧换热热器结构参参数在变化化前后空气气侧换热系系数、空气气侧管壁温温度沿管长长的变化。可可以看出，变变化后的空空气侧换热热系数明显显增大，空空气侧管壁壁温度提高高。图11 空空气侧换热热器换热系系数沿管长长的变化图122 空气侧侧管壁温度度沿管长的的变化因此，用变变化后的结结构参数，对对于夏季工工况E，制制冷性能系系数为4.59，制制
12、冷量为3339.1115kWW，空气侧侧平均温度度为37.571，平均相相对湿度为为69.11%。这是是由于空气气侧换热器器作为冷凝凝器使用，向向空气中传传递冷凝热热量，使空空气温度升升高，绝对对含湿量不不变，相对对湿度降低低。除机组组紧凑性差差，设备庞庞大，空气气侧压降从从322.289PPa降低到到264.436PPa，降低低了17.95%，管管壁温度升升高6.44%，使管管壁温度与与空气温差差减小，空空气侧换热热系数增大大，强化空空气侧换热热。4 结结论在质量量守恒、动动量守恒、能能量守恒的的条件下建建立了空气气源热泵冷冷热水机组组全年运行行工况的数数学模型。采采用该模型型对机组的的冬季
13、工况况B、C进进行了计算算分析，通通过改变翅翅片管换热热器的片距距、管径、管管间距等结结构参数，从从减少结霜霜量，延缓缓结霜，延延长融霜时时间间隔为为出发点，采采用变化后后的换热器器结构参数数，计算分分析各参数数对空气源源热泵冷热热水机组性性能的影响响，得到了了机组的空空气侧换热热量、水侧侧换热量、压压缩机轴功功率和供热热性能系数数随时间的的变化规律律。结合夏夏季工况，运运用变化后后的换热器器结构参数数，采用夏夏季稳态模模型对机组组的夏季工工况进行计计算分析，得得到了机组组空气侧换换热系数、空空气侧管壁壁温度等的的变化规律律。模拟结结果表明，处处于重霜区区的成都所所对应的冬冬季工况BB（0，885%），相相对湿度比比较高，冬冬季温度处处于易结霜霜温度范围围内，得出出结构参数数：翅片间间距取3.5mm，管管径取8mmm，分液液路数取110，管间间距取277.4mmm；处于一一般结霜区区的上海、杭杭州所对应应的冬季工工况C（-4，775%），得得出结构参参数：翅片片间距取22.5mmm，管径取取8mm，分分液路数取取10，管管间距取227.4mmm，结合合全年运行行情况，机机组处于较较好的运行行性能。因因此对于不不同地区应应用的空气气源热泵冷冷热水机组组，应根据据结霜情况况的不同，配配置不同结结构参数的的空气侧换换热器。