[实用新型]空气源热泵机组干风防霜系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及大型空气源热泵空调领域，尤其涉及大型空气源热泵空调冬季运行工况的防霜领域。

背景技术

大型空气源热泵机组是通过热力系统的逆循环实现“夏季供空调用冷(水)、冬季供空调用热(水)”的空调设备。在冬季供热工况下，空气源热泵机组能够实现“消耗部分电能，得到数倍于所耗电能的热能”的目的，因而具有“直接利用电能”或“直接消耗燃料”等供热方式不能具备的节能效益和环境效益。因此，在不能采用热电联产供热方式进行集中供热的地区，空气源热泵机组得到了广泛应用。

空气源热泵机组在冬季运行条件下，蒸发器翅片及翅片管外表面往往会发生结霜现象。这一现象在空气含湿量较大且空气温度较低的地区尤为明显。蒸发器翅片及翅片管外表面产生结霜现象的原因是：室外空气中含有一定数量的水蒸汽(设其分压力为p_v，对应的饱和温度为t_v,s)。若蒸发器翅片及翅片管外表面的壁面温度t_w小于室外空气中水蒸汽分压力对应的饱和温度t_v,s，空气中的部分水分就会在蒸发器翅片及翅片管外表面冷凝成水滴。若此时水滴温度低于该气压下水的凝固点温度，液滴就会进一步凝固为霜层，覆盖在蒸发器的外壁面上；若蒸发器外表面的壁面温度t_w不小于室外空气中水蒸汽分压力对应的饱和温度t_v,s，空气中的部分水分就不会在蒸发器的壁面冷凝成水滴，也就不会凝固为霜层。

蒸发器翅片及翅片管外表面被霜层覆盖后，蒸发器的传热热阻会大幅度增加，从而导致热泵机组的供热能力及能效大幅度降低。因此，当霜层达到一定厚度后，就必须采取措施进行融霜。而热泵机组的融霜过程，不仅会消耗大量的能量，而且还会影响热泵机组的正常运行。因此，在结霜的运行条件下，热泵机组一直处于“结霜-融霜-再结霜-再融霜”的恶性循环中，其能效始终处于一个很低的水平。鉴于这种状况，采用有效的技术措施控制霜层的形成，对于提高热泵机组的能效是非常有益的。

从理论上，在水蒸汽的分压力保持不变的条件下提高蒸发温度，从而提高蒸发器翅片及翅片管外表面的壁面温度t_w，或者在蒸发温度不变的条件下降低室外水蒸汽的含量，从而降低室外空气中水蒸汽分压力对应的饱和温度t_v,s，都能够使得蒸发器翅片及翅片管外表面的壁面温度t_w大于水蒸汽分压力对应的饱和温度t_v,s，因而都可以有效的避免霜层的产生。但在空气源热泵的冬季运行工况下，由于蒸发器需要从室外空气中吸收热量，所以其蒸发温度不但要低于室外空气的温度，而且必须保证一定的温差，才能保证正常的吸热效果。同时，由于热泵机组在冬季运行时某些时间段内的气温非常低，室外空气本身已接近饱和状态，即使其与蒸发温度的温差非常小，蒸发器翅片及翅片管外表面也会不可避免地产生结霜现象。因此，通过提高蒸发温度，从而提高蒸发器翅片及翅片管外表面温度t_w控制结霜的技术措施具有很大的局限性。

为了解决这个问题，《无霜空气源热泵系统的实验研究(2011年6月)》公开了一种空气源热泵溶液喷淋防霜技术，该技术是在传统空气源热泵的室外机部分外加一套溶液喷淋系统，当室外环境处于结霜区时，开启溶液喷淋系统，向室外机的蒸发器翅片管上喷洒低凝固点的具有吸水性的雾状防冻溶液，从而起到降低空气露点温度和冷凝水冰点温度的双重作用，避免结霜现象的发生。经进一步探讨，该技术存在如下两方面的问题：①溶液喷淋到蒸发器翅片管上，会在其表面形成一层厚厚的液膜，从而增大了蒸发器的换热热阻，导致制冷量和制冷效率的降低；②吸湿溶液的吸湿过程，只有在室外空气中水蒸汽的分压力大于吸湿溶液或液滴表面对应的水蒸汽的饱和分压力的条件下才能发生。而吸湿溶液对应的水蒸汽的饱和分压力值，又取决于吸湿溶液的浓度，吸湿溶液的浓度越大，其溶液或液滴表面对应的水蒸汽的饱和分压力就越小，溶液的吸湿效果越好。因此，要保证室外空气的除湿效果，不仅要求除湿溶液对应的水蒸汽的饱和分压力必须低于室外空气中水蒸汽的分压力，而且两者的差值必须满足一定要求。但对于热泵机组的冬季运行工况，由于室外空气中的水蒸汽分压力较小，即使吸湿溶液达到(最大)饱和浓度，其对应的水蒸汽的饱和分压力值可能仍然不能满足除湿效果的要求，甚至出现不能对室外空气除湿反而加湿的现象。

实用新型内容