空气源热泵除霜系统创新及其机理研究项目摘要

针对空气源热泵普遍存在的除霜可靠性差，机组运行稳定性差的根本问题，设想一种全新的空气源热泵蓄能热气除霜系统，并对其机理进行理论和实验研究，以解决制约空气源热泵可持续发展的瓶颈问题。这是从空气源热泵在我国十几年的运行实践中提炼出来的关键性研究课题，也是一项具有理论和应用价值的前瞻性课题。本项目将建立空气源热泵蓄能热气除霜系统的动态仿真数学模型，并通过实验验证模型的合理性及系统的可行性、可靠性，研究蓄能热气除霜系统运行机理与规律，寻求和优化相变蓄能换热器的形式与构造，探索智能化按需除霜控制策略，实现系统制热、余热蓄能、释能除霜、快速恢复制热等多功能的转化与控制。创新点在于：基于能量时空转移的思想，提出一种空气源热泵蓄能热气除霜系统；建立相变蓄能换热器的传热模型，优化适应热气除霜特殊要求的相变蓄能换热器的形式与构造。本项目的实施将为创建高可靠性、高效空气源热泵现代化产品提供理论支持和技术储备。 2100433B

现有测量技术无法对霜层厚度进行准确监测，是影响热泵、制冷装置除霜技术发展的关键问题。本项目拟引入光电子领域成熟的光电耦合原理，研究新型光电耦合霜层厚度监测方法，针对空气源热泵在我国长江流域冬季供暖时，频繁出现误除霜的实际问题，研究新型光电耦合除霜控制技术。研究过程拟采用实验室小试、现场中试以及计算机仿真相结合的思路，对霜层生长过程中，结霜条件、霜层微观形貌等问题进行机理研究；对光电耦合除霜控制技术，从最佳除霜时机与结束时机、霜层厚度最佳监控位置等方面进行现场中试研究；建立计算机仿真数学模型，对空气源热泵采用新技术后，除霜过程热力性能，进行全面的计算机仿真研究。项目的研究成果将有力推进霜层厚度监测技术的发展，完善冷表面结霜问题的机理研究，推动现有空气源热泵、制冷装置除霜控制策略的更新，提高空气源热泵在长江流域的适用性，进而在一定程度上缓解未来长江流域供暖能耗压力。

水冷冷水机组空调系统夏季制冷效率高，但冬季不能制热；空气源热泵系统虽然冬季能制热，但由于空气与制冷剂之间传热效果差导致制热效率低，且冬季易结霜，导致制热效率进一步下降。为了解决上述技术难题，习惯上采用强化传热或（和）采用先进除霜方式，但都没有从本质上解决问题。本项目突破上述传统思路束缚，提出一种无霜型空气源热泵系统，它由三个子系统组成：压缩制冷（热泵）子系统、溶液吸热子系统、溶液再生子系统。新系统不仅能实现夏季高效制冷，而且能实现冬季制热且无需除霜。本项目主要研究构成该系统的三个子系统之间的能量耦合关系，揭示系统内部能量流、质量流之间的作用机理，寻找各能量流、质量流之间以及各子系统之间最优匹配的调控措施，进而找到系统内部关键热力学参数的确定方法；同时，开展实验研究，验证理论成果。本项目旨在为无霜型空气源热泵系统建立一套理论研究方法，为实际工程设计提供基础数据。