介紹我國(guó)近年來(lái)關(guān)于空氣源的技術(shù)進(jìn)展。

1.空氣源結(jié)霜、化霜問(wèn)題的研究

由于空氣源冬季采用空氣作為熱源，所以，隨著室外溫度的降低,其蒸發(fā)溫度也隨之降低，蒸發(fā)器表面溫度隨之下降,甚至低于0℃。此時(shí),當(dāng)室外空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器被冷卻時(shí),其所含的水分就會(huì)析出并依附于蒸發(fā)器表面形成霜層。結(jié)霜對(duì)是極其不利的。隨著霜層的形成,蒸發(fā)器傳熱熱阻增加,蒸發(fā)溫度下降,機(jī)組的性能下降,工況惡化,制熱量也將下降,這將嚴(yán)重影響壓縮機(jī)以及整體的性能,同時(shí),除霜帶來(lái)的額外費(fèi)用還將降低空氣源的經(jīng)濟(jì)性,這也就是為什么空氣源在寒冷、潮濕地區(qū)的應(yīng)用受到限制的原因。

所以說(shuō),結(jié)霜機(jī)理、化霜方法一直是空氣源研究與應(yīng)用中要解決的重點(diǎn)與難點(diǎn)。目前,有不少關(guān)于空氣源機(jī)組冬季運(yùn)行狀況的研究,主要分析供熱時(shí)不同工況下空氣盤(pán)管表面濕空氣結(jié)霜、結(jié)露及干冷卻特性,并結(jié)合結(jié)霜過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)和模擬,分析了迎面風(fēng)速、環(huán)境溫濕度、翅片間距、管排數(shù)等參數(shù)對(duì)結(jié)霜性能的影響及其所可能產(chǎn)生的一系列后果。了解結(jié)霜的機(jī)理的主要目的是要解決如何除霜的問(wèn)題。傳統(tǒng)的除霜控制方法主要包括:定時(shí)除霜法,時(shí)間—溫度(壓力)法,空氣壓差控制除霜法,霜層傳感器控制除霜法,聲音震蕩器控制除霜法,最大平均供熱量控制除霜法,最佳除霜時(shí)間控制法等。這些方法各有利弊,有待完善。

近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,將模糊控制技術(shù)引入空氣源除霜問(wèn)題的研究作為一項(xiàng)先進(jìn)可行的新技術(shù),逐漸引起了人們的注意。這主要是因?yàn)榭諝庠唇Y(jié)霜問(wèn)題的影響是多因素,非線性的,而模糊控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是處理多維、非線性、時(shí)變問(wèn)題。這樣一來(lái),將模糊控制技術(shù)引入空氣源的除霜控制,通過(guò)對(duì)除霜過(guò)程的系統(tǒng)響應(yīng)分析，可以使除霜控制能夠自動(dòng)適應(yīng)機(jī)組工作環(huán)境的變化,達(dá)到智能除霜的控制要求。此外,還有考慮環(huán)境工況變化的雙溫度傳感器智能化除霜控制方法等。盡管空氣源具有很多優(yōu)點(diǎn),但受室外環(huán)境的限制也比較大,這也是空氣源目前僅在我國(guó)黃河以南地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用的主要原因。而在黃河以北地區(qū),應(yīng)用空氣源則根據(jù)所處地區(qū)不同有其特殊要求。

目前,關(guān)于西安、膠東以及寒冷地區(qū)空氣源的實(shí)際應(yīng)用情況已有研究,并就所遇到的如壓縮比過(guò)大等具體問(wèn)題提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)措施,可在相應(yīng)地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用中作為參考。此外,為了對(duì)空氣源結(jié)霜除霜所帶來(lái)的損失進(jìn)行量化的分析,有研究提出了不同地區(qū)、不同使用情況下的平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)的概念,平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)越大的地區(qū)應(yīng)用空氣源越不經(jīng)濟(jì)。據(jù)此,將我國(guó)空氣源使用地區(qū)根據(jù)平均結(jié)霜損失系數(shù)分成4類(lèi):低溫結(jié)霜區(qū):如濟(jì)南、北京、鄭州、西安、蘭州等輕霜區(qū):如成都、桂林、重慶等重霜區(qū):如長(zhǎng)沙一般結(jié)霜區(qū):如杭州、武漢、上海、南京、南昌、宜昌等。這些都可以作為設(shè)計(jì)選用中重要的參考依據(jù)。

2.空氣源節(jié)能問(wèn)題的研究

火用是對(duì)系統(tǒng)能的質(zhì)與量的綜合評(píng)價(jià)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行火用分析可以揭示出系統(tǒng)中火用損失的部位、類(lèi)型和數(shù)量,以便設(shè)法減少這些損失。通過(guò)火用計(jì)算分析可知,壓縮功只有20%被利用,而有80%被損失,其中,壓縮機(jī)火用損失占30.7%,冷凝器占20.14%,蒸發(fā)器占17.15%,毛細(xì)管占10%。由此我們可以看出,空氣源系統(tǒng)節(jié)能的主要部件是壓縮機(jī),提高壓縮機(jī)本身的技術(shù)指標(biāo),是提高整個(gè)系統(tǒng)火用效率的關(guān)鍵,而冷凝器和蒸發(fā)器火用優(yōu)化措施主要是設(shè)法降低傳熱溫差。當(dāng)然,系統(tǒng)的節(jié)能改進(jìn)與經(jīng)濟(jì)性是相互制約的,僅從能效進(jìn)行分析有一定的局限性。從這個(gè)角度出發(fā),有關(guān)研究人員提出供熱最佳經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)的概念,以期在此最佳經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)溫度條件下,整個(gè)供熱系統(tǒng)(+輔助熱源)的初投資與運(yùn)行費(fèi)最少,從而合理實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化。此外,通過(guò)空氣源機(jī)組與水冷冷水+鍋爐機(jī)組、溴化鋰吸收式機(jī)組(+鍋爐)這3種方案的經(jīng)濟(jì)性比較可以得出,空氣源相對(duì)于其它兩種形式而言,經(jīng)濟(jì)性上具有顯著的優(yōu)越性。

3.計(jì)算機(jī)模擬在空氣源系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷普及,計(jì)算機(jī)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用也日益廣泛。前面所述及的一些研究中有很多也都應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù),但關(guān)于計(jì)算機(jī)模擬在暖通空調(diào)中具有代表性的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面:

①對(duì)壓縮機(jī)的計(jì)算模擬

采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)空氣源中螺桿式壓縮機(jī)的冬季運(yùn)行特性進(jìn)行模擬,并結(jié)合誤差反向傳播算法(BP算法)進(jìn)行調(diào)整,結(jié)果表明,采用該方法對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行建模模擬可以達(dá)到較高的精度要求。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

②對(duì)蒸發(fā)器的計(jì)算模擬

通過(guò)對(duì)空氣源的蒸發(fā)器結(jié)霜問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算,可以詳細(xì)分析蒸發(fā)器結(jié)霜和制冷劑充灌量對(duì)系統(tǒng)性能所產(chǎn)生的影響。另外,對(duì)于采用ε-NTU法(效率—傳熱單元數(shù)法)對(duì)空氣源蒸發(fā)器肋片管在干工況、濕工況及結(jié)霜工況下的傳熱傳質(zhì)計(jì)算方法也有相關(guān)探討。

③系統(tǒng)仿真研究

通過(guò)建立房間空調(diào)器運(yùn)行時(shí)的瞬態(tài)仿真的數(shù)學(xué)模型,可以得出房間空調(diào)器運(yùn)行時(shí)的制冷系統(tǒng)參數(shù)及房間溫度變化的曲線,這對(duì)實(shí)現(xiàn)空氣源系統(tǒng)的自控有很大的意義。

④系統(tǒng)能耗分析軟件

關(guān)于空氣源全年能耗分析應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用在相關(guān)文獻(xiàn)中有所介紹,該軟件在求解供冷全年能耗時(shí),綜合考慮了空調(diào)冷負(fù)荷、室外干球溫度、出水溫度這3個(gè)因素,在求供熱能耗時(shí),還將室外空氣相對(duì)濕度這個(gè)重要參數(shù)考慮進(jìn)去,這就使得供熱能耗計(jì)算更為準(zhǔn)確,也為空氣源的應(yīng)用提供了一個(gè)很好的分析方法。

空氣源有待解決的問(wèn)題及改進(jìn)方向:

對(duì)于空氣源而言,除了具有種種優(yōu)點(diǎn)之外,仍存在很多不足及有待解決的問(wèn)題?？諝庠吹男阅苁苁彝鈿夂驐l件變化影響較大,隨著室外環(huán)境的惡化而惡化。夏季,隨著室外空氣溫度的升高,制冷負(fù)荷增大,但系統(tǒng)冷凝溫度升高,溫差增加,機(jī)組整體效率降低冬季,隨著空氣溫度的降低,供熱負(fù)荷增大,而蒸發(fā)溫度隨之降低,溫差增大,導(dǎo)致機(jī)組整體效率降低。同時(shí),隨著室外條件的惡劣,的工作性能急劇下降,又反過(guò)來(lái)加劇了室外環(huán)境的惡劣程度。進(jìn)一步研究應(yīng)考慮采取相應(yīng)措施來(lái)合理改善機(jī)組的性能。

空氣源另一個(gè)突出的問(wèn)題就是蒸發(fā)器冬季結(jié)霜問(wèn)題。這不但導(dǎo)致系統(tǒng)供熱性能的急劇下降,還將對(duì)壓縮機(jī)等重要部件產(chǎn)生不良影響(如冰堵),嚴(yán)重時(shí)將損壞壓縮機(jī),使系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí),結(jié)霜還將使機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用增加。盡管我國(guó)在這方面已經(jīng)做了很多研究工作,但關(guān)于結(jié)霜的控制措施及除霜技術(shù)的研究方面,還需要進(jìn)一步進(jìn)行深入研究和實(shí)驗(yàn)論證。另外,如何對(duì)機(jī)組本身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),減少結(jié)霜,如何采用更好的除霜方式來(lái)提高空氣源的運(yùn)行效率,節(jié)約機(jī)組的費(fèi)用,這些都仍值得探討。

由于室外空氣一年四季甚至一天當(dāng)中的溫度波動(dòng)較大,這就對(duì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)空氣源系統(tǒng)的自動(dòng)控制提出了很大的挑戰(zhàn),關(guān)于這一方面的研究尚不多見(jiàn),還有待于逐漸探索和完善。