采集凝固热的环境水源热泵系统

【学员问题】凝固换热计算及凝固换热器的特性？

【解答】凝固换热是一种相变换热，对FHE内的凝固换热，只关心一个除冰周期内的平均换热性能。研究表明，凝固换热量不仅与两侧流体的总温差和对流总热阻有关，而且与该温差和热阻的分配方式有关，降低冷媒侧温度和热阻将极大地提高凝固换热系数。关于凝固换热的计算，可参考文献[4].研究表明，凝固换热器与其它相变换热器的换热性能类似，即改变冷水侧（相变侧）的参数对换热总量的影响很小，例如顺流与逆流对换热量基本没有影响，改变冷水的流量和进口温度也基本不影响换热量。对换热量有重大影响的因素是冻结过冷度和除冰周期。凝固换热器的除冰周期一般在1min左右。如果假设冷水侧的水温恒定为零，忽略冷水侧的显热释放，这将给凝固换热器的计算带来很大的简便。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。

【学员问题】凝固潜热型热泵的综合性能？

【解答】COP是热泵技术的生命力所在，从节能角度考虑，必须保证热泵系统具有较高的全年平均性能系数。一提到提取凝固潜热，人们很容易想到较低的蒸发温度和机组COP，从而怀疑凝固潜热型热泵的可行性。实际上凝固潜热型热泵的全年平均性能系数仍然较高，完全满足节能要求。下面将从几个方面对这一问题进行说明：

（1）在北方严寒地区，即使是在提取凝固潜热的条件下运行，凝固潜热型热泵系统的蒸发温度也要比空气源热泵的蒸发温度高出许多，与土壤源热泵的蒸发温度相当，如果再考虑传热系数要高出数十至数百倍，可以毫不夸张地说，在北方地区，凝固潜热型热泵性能方面要比空气源和土壤源热泵更优越。

（2）文献报道，荷兰Delft大学的J.W.Meewisse在利用流化床法制取冰浆时，换热器的传热系数可达1768W/（㎡℃），平均COP可达3.4，通过对制冷剂循环的理论计算不难验证3.4的性能系数也是可信。如果系统设计正确，系统的最不利COP可达3.4，说明凝固潜热型热泵的性能完全是可以接受的。

（3）上面所说的COP只是全年的最低COP.实际情况是热泵系统大部分时间并非在最不利条件下运行，在水温较高（或负荷较小）的大部分时段（甚至全部时段），无须提取凝固潜热，那么此时的COP与普通的地下水源热泵、地埋管土壤源热泵的COP是相当的。因此就全年平均COP来看，凝固潜热型热泵并不会很低。这么看来提取凝固潜热措施也只是为了保证地表水源热泵全年都可以正常运行的一个安全措施。

（4）为了确定凝固潜热型热泵全年平均COP，课题组根据气象参数库，建立了江河类和湖泊类两类地表水的冬季简化水温模型，分别对天津和哈尔滨地区的凝固潜热型热泵机组的供热性能进行了模拟，得到天津地区采暖季平均COPh为3.77，哈尔滨地区为3.70.详细内容请参考文献。虽然是模拟值，却也说明凝固潜热型热泵还是具有较大的节能优势。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。