鑫雷英文版
首页 > 技术支持 > 相关技术资讯相关技术资讯
热泵冷热水机组防冻性能试验
发布日期:2015-4-28   浏览次数:2240

摘要:针对空气源热泵型冷热水机组(以下称机组) 运行中经常出现的蒸发器(套管换热器) 冻裂问题,析导致蒸发器冻裂的主要因素,提出采用单风机运行模式来防止机组运行中可能出现的蒸发器冻裂。通过不同机型的试验析了低环境温度下的低回水温度和低流量状态下单风机运行时,蒸发器(套管换热器) 入口处温度以及压缩机吸气压力的变化。试验结果表明,采用单风机模式防止套管换热器的冻裂是可靠的。

 空气源热泵型冷热水机组由于具有夏季制冷、冬季制热、节约能源、无需安装冷却塔等优点,近十几年来得到了广泛的应用,特别是日益增多的高档公寓、复式楼、高级别墅以及单元写字楼、小型餐厅、商店、娱乐场所等;其应用地域也由长江流域及其以南地区向黄河流域及广阔的大西北地区推进。从产品实际运行情况来看,虽然在不同地域以及不同气候条件下出现的问题不尽相同,由于之前一段时间内水侧换热器采用板式换热器比较常见。虽然板式换热器有体积小、结垢少、换热效率高等优点,但在制冷剂蒸发温度较低或者水流量较小等情况下使用侧循环水容易出现冻结甚至将板换冻裂。为提高机组的防冻性能,保证机组的可靠性,很多公司将板式换热器替换为套管换热器。虽然采用套管后机组的防冻能力有所提高,但是这并不能代表套管换热器不会冻裂,所以对套管换热器的防冻性能研究仍然是机组设计中至关重要的一环。

 

1、换热器发生冻裂的原因及解决措施

制冷剂和水在换热器内进行热量交换,他们之间存在换热平衡关系。若不考虑到蒸发器和外界环境热量损失, 换热平衡方程式为[122 ] :

mw Cp ( tin - tout) = mr ( hin - hout) (1)式中: mw 为循环水流量( kg/ s) ; Cp 为水定压比热容(kJ / (kg·K) ; tintout别为单元段的循环水进口和出口温度( ) ; mr 为制冷剂流量( kg/ s) ; hinhou别为制冷剂进、出换热器的焓值。板式换热器或套管换热器内的流体流动和换热机制都比较复杂,其冻坏或冻裂的机制也相当复杂。不管是板式换热器还是套管换热器,尽管其本身的防冻能力有一定的差别,但影响其冻结的因素却大致相同,由热平衡公式(1) 、前期的板式换热器

防冻研究以及后来采用套管换热器实验中发现,导致换热器冻坏的主要原因有以下几点[34 ] :

1) 由于制冷系统设计本身的原因导致的制冷工况时制冷剂蒸发温度过低。在套管换热器内与使用侧循环水进行热交换时,由于制冷剂的蒸发温度较低,因而可能导致换热器内水侧局部水温降至凝固点以下而迅速冻结;

2) 使用侧回水温度较低。机组在低负荷或部负荷下运行时,回水温度较低,这样换热器中循环水的温度因热交换将进一步降低,这时换热器出口温度小于该状态下水的凝固点的可能性就大大增加,换热器冻结的可能性也就大大增加;同时由于热交换的结果,过低的回水温度也将造成制冷剂蒸发温度的降低。

3) 在换热器进水侧没有正确安装水过滤器等水处理设备,或者循环水的水质较差,导致换热器内局部堵塞,使用侧水流量过小;流经换热器水流量的减小致使制冷剂侧的蒸发不完全,蒸发温度降低,造成换热器冻结或冻裂。造成上述问题的原因有系统设计和工程安装以及日常使用维护等方面的因素,其中工程安装和日常维护过程中应特别注意以下几点[5 ] : ① 错误采用变水量系统; ②换热器水侧或制冷剂侧局部堵塞; ③未安装流量开关或安装了流量开关,但安装或设置不准确; ④补水阀无法正常补水或水系统内有大量空气,造成系统水量不足; ⑤系统制冷剂泄漏的检查; ⑥对机组运行地区的地质条件以及水质进行调查,以便正确地选用水过滤器或其他水处理设备,对循环水的水质进行必要的控制。系统设计方面,以上诸多原因,终归于机组的蒸发压力较低,导致换热器局部结冰堵塞,进而冻裂,而且造成机组冻裂很多情况下并不是单个因素造成的,而是多个因素结合在一起共同作用的结果。前期采用或研究的防冻方法有以下几种:

1) 热气旁通法。热气旁通防冻是指利用压缩机排气管和蒸发器与毛细管之间的旁通回路,将压缩机的高温排气() 直接引入蒸发器中,通过蒸汽液化放出的大量热来提高蒸发器内的蒸发压力。这种方法在空气源热泵冷热水机组的除霜技术中较为多见[6 ] ,效果也比较理想,但试验中发现,将此种方法用于提高防冻能力效果却不甚理想,采用热气旁通方法只能将蒸发压力提高0. 010. 02 MPa

2) 水系统中添加防冻液。单纯从水系统方面来讲,如果能设法降低水的凝固点也是提高防冻的有效途径。在循环水中加入一定量的防冻液(如乙二醇等) 就是其中一种。这种方法虽然也能有效提高机组的防冻能力,但具体实施中又存在一定困难。首先加入防冻液后对其在蒸发器内的换热有一定影响。再者,增加了工程安装的难度,而且在机组的运行过程中,当机组换水或是补水阀自动补水时都会造成循环水中防冻液浓度的变化,而循环水中防冻液浓度的变化对防冻性能的影响是至关重要的,这给机组的维护带来很大的困难。

3) 水流开关的设置。在水系统中设置水流开关,当循环水量小于某一设定值时(通常为额定流量的70 %) ,水流开关则动作并报警。这种方法的最大缺点就是只能保证系统循环水量,对制冷剂侧蒸发压力的变化却无能为力,而且实际工程中很多时候又将水流开关短接。

4) 防冻温度点的设置。在机组蒸发器入口侧制冷剂管上设置一防冻温度点,当防冻温度点的检测温度低于设定值时,则停止一台风机,即进入单风机运行模式。随后当防冻温度点检测温度达到另一设定点时,停止风机重新启动。这种方法通过辅助防冻控制板来实现。上述4 种方法中,4 种方法可同时检测到水侧和制冷剂侧的变化,并且具有容易控制、效果明显,而且不会增加工程安装及维护的难度等优点,因而是目前比较理想的一种方法。下面将通过具体实验来研究析设置防冻温度点的方法控制风机启停对提高防冻效果的影响。

2  实验研究及

2. 1  实验装置

实验装置如图1 所示,3 大部组成。

1) 测试室及空气处理系统

测试室可以模拟机组运行时室外侧的实际环境。该实验室应用焓差法为基础设计,尺寸(长×宽×高) 5. 5 m ×4 m ×4. 5 m ,内表面贴1. 5 mm厚铝板,表面刷漆,是通过国家和美国UL 认证的实验室。实验室内空气处理系统由空气冷却系统、加湿系统和加热系统组成。气冷却系统由6 台制冷机组成,最大冷却能力为75 HP

首  页   |   网站地图   |   钛管换热器   |   管壳式换热器   |   其他产品   |   典型应用   |   技术支持   |   联系我们
佛山市顺德区鑫雷节能设备有限公司  地址:中国广东省佛山市顺德区容桂镇马冈工业区跃马路3号  邮编.528303
邮箱:sale@gimleo.com  电话:400-6933-969 (+86)757 28378560  传真:(+86) 757-28378561
版权所有:佛山市顺德鑫雷节能设备有限公司 粤ICP备09182564号