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蒸发器翅片的排数、片距和风速的影响

2016-11-28 16:07阅读:

对于某一台已定型的热泵热水器,根据热量传递公式Q=KAt,传热量Q与热系数K、换热面积A和换热温差△t成正比。在这3个因素中,任何一个因素的提高都可以使传热量提高,但是对于一个具体的产品,它的换热面积A是不变的,而△T又是我们不希望增加的,只有换热系数K,是我们可以设法提高的,这说明:凡是降低换热系数的因素,也就是降低热泵系统工作能力的主要因素;影响K值得几个主要因素是:蒸发器翅片的表面换热系数、风的速度翅片的表面形状、洁净程度和气候条件。
在这里出现了另外一个问题,即翅片对霜层的适应能力很差,例如,在片距为1.6mm的翅片发生结霜时,单边的翅片只要霜层的厚度超过0.6mm,翅片的理论流通宽度就会缩小至0.4mm,但是在实际的气流流通时,由于气流边界层的影响,空气流量会急剧降低,较小的空气流通速度使蒸发器的蒸发压力和温度进一步降低,使局部翅片间的霜层会合形成“霜桥”,霜桥部分会彻底阻断局部空气的流通,使结霜的速度加快,翅片片距过小,也是空气源热泵冬季工作能力降低的主要原因。
翅片片距小造成热泵持续供热时间较短,蒸发器在较短的时间内就出现妨碍机组正常工作的霜层,使机组不得不频繁进入融霜程序,造成水温波动大,对霜层的承受能力降低,不利于用户的使用。
FONT>“融霜”能力,即在翅片开始形成少量霜层可以继续工作更长时间。
在热泵的实际工作中,大部分的融霜过程是不准确的:不是化霜不足造成霜化不干净,就是化霜时间过长,浪费了能量,降低了热泵的实际效率;尤其是那些仅依靠蒸发器温度来判断结霜程度的控制器,发生错误的可能更大;理想的化霜过程首先应该准确的判断结霜的程度,然后开始化霜过程,在霜层全部融化后,继续加热蒸发器翅片并使之完美干燥,并恰好在干燥完成后重新开始加热过程,所以,适当的减少热泵化霜次数,是提高热泵冬季运行效率的有效手段,有关的实验也证明了这一点。但是目前的热泵控制器,是以蒸发器温度和机组运行的时间参数来进行除霜的,依靠这样的控制器准确完成一个理想的除霜过程是不可能的,甚至连准确判断结霜也无法做到。
提高蒸发器翅片容霜能力的最好方法,是适当增大翅片的片距,这一方法已经在冷冻工程中广泛运用,在采用冷风机作为冷却器的冷库中,冷风机翅片起着和热泵蒸发器翅片完全相同的作用,都是从低温的环境中吸收热量,但是冷风机的翅片间距却经常在6~8mm甚至更大,在采用冷排管作为蒸发器的冷库中,霜层也经常超过10mm,这是值得空气源热泵热水器借鉴的。
目前国内销售的空气源热泵热水器,蒸发器翅片的间距普遍不超过2.0mm,小片距的仅为1.4mm,因为多数蒸发器是直接从空调系列产品中直接搬用的,其容霜能力普遍较低,使得机组过于频繁的按不精确(实际上也不可能精确)的方式进行除霜,造成要么机组效率严重下降,水温波动加大,要么化霜不完全,造成蒸发器被更加结实的冰包围和冻结,最终使机组彻底丧失制热能力,这是热泵热水器行业应该引起注意的问题。
热泵制造企业,对于那些可能被销往较易结霜地区的热泵机组,应该配置更大间距的蒸发器,比如翅片间距为2.5~5mm,适当增加翅片管排数以保证足够的翅片面积,将会有效地改善热泵冬季工作效果。
除了翅片的片距之外,对于翅片是否采用开缝型翅片管换热器,也是影响热泵冬季性能的一个重要因素:对于同样的风机,开缝型的翅片阻力较大,初期和空气的热交换也较好,但是在结霜开始后,霜层会迅速填满开缝的间隙,加之风速较低,会使机组的制热性能快速衰减,在与平翅片的对比实验中已经证实了这一点,开缝型的翅片在洁净时有较高的换热系数,但是也容易存留灰垢,降低换热能力,所以对于在寒冷且温度较大地区使用的热泵,不宜采用这种翅片。
空气流通的速度对于霜的形成也有着重要的影响,冬季的空气源热泵,空气通过换热器翅片时的速度,一般建议在2.5m/s以上,最低不要低于2m/s,这个速度是延缓结霜的必要速度,根据相关的论文和实验,无限制的提高风速也是不合适的,当风速超过4m/s后,对延缓结霜的影响力已经有很大的下降,而此时的噪声和风机功率,都比较高,所以,建议风速也不宜超过3.5m/s
实验表明,较高的风速可以将部分附着在蒸发器表面上的霜粒吹离。
制冷剂充注量不足,也会造成蒸发温度和压力降低,使系统结霜的倾向增强,在珠三角地区,就有气温在10℃左右即出现结霜现象的实例,部分就是由于制冷剂不足造成的。
空气能热水机热泵机组

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