空氣源熱泵除霜系統(tǒng)創(chuàng)新及其機理研究項目摘要

針對空氣源熱泵普遍存在的除霜可靠性差，機組運行穩(wěn)定性差的根本問題，設想一種全新的空氣源熱泵蓄能熱氣除霜系統(tǒng)，并對其機理進行理論和實驗研究，以解決制約空氣源熱泵可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。這是從空氣源熱泵在我國十幾年的運行實踐中提煉出來的關鍵性研究課題，也是一項具有理論和應用價值的前瞻性課題。本項目將建立空氣源熱泵蓄能熱氣除霜系統(tǒng)的動態(tài)仿真數(shù)學模型，并通過實驗驗證模型的合理性及系統(tǒng)的可行性、可靠性，研究蓄能熱氣除霜系統(tǒng)運行機理與規(guī)律，尋求和優(yōu)化相變蓄能換熱器的形式與構造，探索智能化按需除霜控制策略，實現(xiàn)系統(tǒng)制熱、余熱蓄能、釋能除霜、快速恢復制熱等多功能的轉(zhuǎn)化與控制。創(chuàng)新點在于：基于能量時空轉(zhuǎn)移的思想，提出一種空氣源熱泵蓄能熱氣除霜系統(tǒng)；建立相變蓄能換熱器的傳熱模型，優(yōu)化適應熱氣除霜特殊要求的相變蓄能換熱器的形式與構造。本項目的實施將為創(chuàng)建高可靠性、高效空氣源熱泵現(xiàn)代化產(chǎn)品提供理論支持和技術儲備。 2100433B

現(xiàn)有測量技術無法對霜層厚度進行準確監(jiān)測，是影響熱泵、制冷裝置除霜技術發(fā)展的關鍵問題。本項目擬引入光電子領域成熟的光電耦合原理，研究新型光電耦合霜層厚度監(jiān)測方法，針對空氣源熱泵在我國長江流域冬季供暖時，頻繁出現(xiàn)誤除霜的實際問題，研究新型光電耦合除霜控制技術。研究過程擬采用實驗室小試、現(xiàn)場中試以及計算機仿真相結合的思路，對霜層生長過程中，結霜條件、霜層微觀形貌等問題進行機理研究；對光電耦合除霜控制技術，從最佳除霜時機與結束時機、霜層厚度最佳監(jiān)控位置等方面進行現(xiàn)場中試研究；建立計算機仿真數(shù)學模型，對空氣源熱泵采用新技術后，除霜過程熱力性能，進行全面的計算機仿真研究。項目的研究成果將有力推進霜層厚度監(jiān)測技術的發(fā)展，完善冷表面結霜問題的機理研究，推動現(xiàn)有空氣源熱泵、制冷裝置除霜控制策略的更新，提高空氣源熱泵在長江流域的適用性，進而在一定程度上緩解未來長江流域供暖能耗壓力。

水冷冷水機組空調(diào)系統(tǒng)夏季制冷效率高，但冬季不能制熱；空氣源熱泵系統(tǒng)雖然冬季能制熱，但由于空氣與制冷劑之間傳熱效果差導致制熱效率低，且冬季易結霜，導致制熱效率進一步下降。為了解決上述技術難題，習慣上采用強化傳熱或（和）采用先進除霜方式，但都沒有從本質(zhì)上解決問題。本項目突破上述傳統(tǒng)思路束縛，提出一種無霜型空氣源熱泵系統(tǒng)，它由三個子系統(tǒng)組成：壓縮制冷（熱泵）子系統(tǒng)、溶液吸熱子系統(tǒng)、溶液再生子系統(tǒng)。新系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)夏季高效制冷，而且能實現(xiàn)冬季制熱且無需除霜。本項目主要研究構成該系統(tǒng)的三個子系統(tǒng)之間的能量耦合關系，揭示系統(tǒng)內(nèi)部能量流、質(zhì)量流之間的作用機理，尋找各能量流、質(zhì)量流之間以及各子系統(tǒng)之間最優(yōu)匹配的調(diào)控措施，進而找到系統(tǒng)內(nèi)部關鍵熱力學參數(shù)的確定方法；同時，開展實驗研究，驗證理論成果。本項目旨在為無霜型空氣源熱泵系統(tǒng)建立一套理論研究方法，為實際工程設計提供基礎數(shù)據(jù)。