本發(fā)明涉及一種適于預(yù)測空氣源熱泵結(jié)霜程度的多區(qū)域結(jié)霜圖譜的開發(fā)方法，屬于預(yù)測空氣源熱泵結(jié)霜程度技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

空氣源熱泵的除霜問題在實際運行中是不可避免的。理想的除霜是“按需除霜”，由于結(jié)霜是一個復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)過程，實際運行中機組很難判斷出準(zhǔn)確的除霜開始時刻，從而導(dǎo)致“無霜除霜”和“有霜不除”的“誤除霜”事故頻繁發(fā)生?！罢`除霜”問題至今難以得到有效的解決，主要原因包括：1)直接測霜技術(shù)難以實現(xiàn)；2)間接測霜方法尚不準(zhǔn)確且不能適用于不同地域、不同的氣象條件；3)結(jié)霜區(qū)域的研究尚不完善。詳細(xì)的結(jié)霜區(qū)域圖譜能夠反映不同氣象條件下，空氣源熱泵的結(jié)霜情況。該圖是指導(dǎo)開發(fā)適用于不同地域、不同氣象條件下的除霜控制方法的基礎(chǔ)。

然而目前關(guān)于結(jié)霜區(qū)域圖的研究存在以下問題：1)明確空氣源熱泵可能的結(jié)霜范圍，但是仍然不夠詳細(xì)，尚不足以指導(dǎo)空氣源熱泵除霜控制的設(shè)計及開發(fā)；2)結(jié)霜區(qū)域圖較為粗略，只標(biāo)出了可能的結(jié)霜范圍，而具體的結(jié)霜速率不能夠從圖中得出；3)得出的結(jié)霜圖譜源自模擬，缺乏實測和實驗驗證。由于直接測霜和間接測霜技術(shù)的限制，對結(jié)霜區(qū)域的開發(fā)就尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，開發(fā)出一種適于預(yù)測空氣源熱泵結(jié)霜程度的多區(qū)域結(jié)霜圖譜，該圖譜通過理論分析與實驗驗證等方法開發(fā)得出，用于綜合反映和預(yù)測空氣源熱泵機組的結(jié)霜程度，結(jié)霜速率等對除霜控制尤為重要的參數(shù)。

為解決上述技術(shù)存在的問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種適于預(yù)測空氣源熱泵結(jié)霜程度的多區(qū)域結(jié)霜圖譜的開發(fā)方法，其特征在于：多區(qū)域結(jié)霜圖譜包括橫坐標(biāo)空氣溫度、縱坐標(biāo)空氣相對濕度、臨界結(jié)霜線、臨界結(jié)露線、四條等結(jié)霜速率曲線。臨界結(jié)露線將整個圖譜分為上下兩部分，臨界結(jié)露線的下側(cè)為非結(jié)霜區(qū)，臨界結(jié)露線的上方有一條與縱坐標(biāo)平行且下端終于臨界結(jié)露線的臨界結(jié)霜線；在臨界結(jié)露線上面，臨界結(jié)霜線的左邊為結(jié)霜區(qū)，右邊為結(jié)露區(qū)；在結(jié)霜區(qū)有四條等結(jié)霜速率曲線，將結(jié)霜區(qū)分為五個區(qū)域，每個區(qū)域結(jié)霜速率相似；

首先確定結(jié)霜圖譜橫、縱坐標(biāo)的范圍；根據(jù)結(jié)露、結(jié)霜的條件，以及空氣的溫、濕度繪制出等露點溫度線；再通過對空氣源熱泵的現(xiàn)場實測與數(shù)據(jù)分析得出盤管溫度與空氣溫度的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合結(jié)霜、結(jié)露的條件確定出臨界結(jié)露線和臨界結(jié)霜線；再根據(jù)結(jié)霜輕重程度，以等結(jié)霜速率曲線，將結(jié)霜區(qū)進一步劃分為輕霜區(qū)、一般結(jié)霜區(qū)、重霜區(qū)等多個區(qū)域，生成多區(qū)域結(jié)霜圖譜；

圖譜中的臨界線，其描述方程分別為：

臨界結(jié)霜線：T_a＝x，5℃≤x≤12℃

等結(jié)霜速率曲線A:RH_A＝k_1A+k_2AT_a+k_3AT_a²；

等結(jié)霜速率曲線B：RH_B＝k_1B+k_2BT_a+k_3BT_a²；

等結(jié)霜速率曲線C：RH_C＝k_1C+k_2CT_a+k_3CT_a²；

等結(jié)霜速率曲線D：RH_D＝k_1D+k_2DT_a+k_3DT_a²；

臨界結(jié)露線(相同結(jié)霜速率臨界線E)：RH_E＝RH_x–k_3ET_a+k_3ET_a²，35.52≤RH_x≤45.25；上式中的RH與T_a均為無量綱參數(shù)。

其中：

1)圖譜的臨界結(jié)霜線會隨著空氣源熱泵主機的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化。由于主機的不同，當(dāng)機組的換熱溫差偏大時，臨界結(jié)露線下移，反之則上移，但是總體趨勢基本相同；如下的區(qū)域為：

上限方程：RH＝45.25-0.66T_a+0.0157T_a²；

下限方程：RH＝35.52-0.66T_a+0.0157T_a²；

2)臨界結(jié)霜線會隨著主機的不同以及地域的氣候特征而變動，但是變動范圍的左限值為5℃，右限值為12℃。

本發(fā)明提供的一種適于預(yù)測空氣源熱泵結(jié)霜程度的多區(qū)域結(jié)霜圖譜的開發(fā)方法，包括如下步驟：

1)以目前空氣源熱泵主要適用的溫度范圍將結(jié)霜圖譜橫坐標(biāo)(空氣溫度)下限定為-15℃，上限可根據(jù)條件設(shè)定，一般在6～12℃；縱坐標(biāo)取空氣相對濕度的范圍為0～100％；

2)根據(jù)結(jié)露和結(jié)霜的條件，利用空氣的溫度和相對濕度計算出結(jié)霜圖上任意一點的露點溫度，再把露點溫度相等的線連接起來形成等露點溫度線，如圖1；

3)根據(jù)換熱溫差與盤管溫度和空氣溫度的關(guān)系，對空氣源熱泵進行現(xiàn)場測試以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)分析，得出盤管溫度T_w與空氣溫度的T_a的計算線性關(guān)系式為：T_w＝(1-k₂)T_a-k₁；

4)根據(jù)3)中的關(guān)系式，任取一個T_a均可得出一個T_w，找到同T_w相等的等露點溫度線與此空氣溫度T_a的交點即為臨界結(jié)露點，在圖譜中將所有的臨界結(jié)露點連接起來得出臨界結(jié)露線；根據(jù)換熱器表面是否明顯發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象，以現(xiàn)場測試的方法確定出圖譜的臨界結(jié)霜線。此時圖譜包括三個區(qū)域：非結(jié)霜區(qū)、結(jié)露區(qū)與結(jié)霜區(qū)；

5)利用冷平板結(jié)霜特性預(yù)測模型以及線性擬合，在結(jié)霜區(qū)內(nèi)，將結(jié)霜速率相同的點擬合、連接后形成四條等結(jié)霜速率曲線，結(jié)霜區(qū)從上往下被細(xì)化為(A)、(B)、(C)、(D)、(E)五個區(qū)域：當(dāng)空氣源熱泵機組分別在每一個結(jié)霜區(qū)域內(nèi)運行時，其室外換熱器的結(jié)霜速率是相似的，并且從上往下的(A)、(B)、(C)、(D)、(E)五個結(jié)霜區(qū)域的結(jié)霜速率逐漸降低。即機組在結(jié)霜區(qū)域(A)中運行時，其室外換熱器表面的結(jié)霜速率是最快的，相反，在結(jié)霜區(qū)域(E)中運行時，結(jié)霜速率最慢。

6)實驗測試驗證圖譜各個區(qū)域的結(jié)霜情況，得出最終圖譜。

本發(fā)明的有益效果是：(1)具有良好的適用性，不受地域和氣象條件限制；(2)可有迅速、簡便的判斷空氣源熱泵的結(jié)霜情況；(3)為除霜控制方法的改進和開發(fā)提供了指導(dǎo)，促進減少“誤除霜”事故的發(fā)生；(4)為空氣源熱泵的設(shè)計提供參考。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中的包含等露點溫度線的結(jié)霜圖譜；

圖2是本發(fā)明開發(fā)的多區(qū)域結(jié)霜圖譜；

圖中，結(jié)霜區(qū)有(A)——重霜區(qū)；(B)、(C)——一般結(jié)霜區(qū)；(D)、(E)——輕霜區(qū)；結(jié)霜速率：S_(A)＞S_(B)＞S_(C)＞S_(D)＞S_(E)；

非結(jié)霜區(qū)——位于臨界結(jié)露線之下(T_w>T_d)。當(dāng)空氣源熱泵機組在此區(qū)域內(nèi)運行時，其室外換熱器表面將保持干燥，不會發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象；

結(jié)露區(qū)——位于臨界結(jié)露線之上，且在臨界結(jié)霜線的右方(T_w<T_d且T_w>T_f)。當(dāng)空氣源熱泵機組在此區(qū)域內(nèi)運行時，其室外換熱器表面將發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象；

圖3是本發(fā)明實施例現(xiàn)場實測圖譜：T_x＝11.5℃，臨界溫度線T_a＝6℃。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實施例1

確定圖譜的范圍：圖1中，根據(jù)空氣源熱泵主要適用的溫度范圍以及無采暖季地區(qū)的空氣源熱泵供暖的溫度條件(以半月平均溫度作為分界線)，將結(jié)霜圖譜的橫坐標(biāo)(空氣溫度)范圍定為-15℃～11.5℃，縱坐標(biāo)取空氣相對濕度的范圍為0～100％；

確定臨界結(jié)露線：利用空氣的溫度和相對濕度計算出結(jié)霜圖上任意一點的露點溫度，再把露點溫度相等的線連接起來形成等露點溫度線；再根據(jù)盤管溫度T_w與空氣溫度的T_a的計算關(guān)系式T_w＝(1－k₂)T_a－k₁，選定一臺空氣源熱泵，現(xiàn)場測試得出主機對應(yīng)的k₁＝10.26，k₂＝0.17；任取一個空氣溫度就可以得出一個盤管溫度T_w，按上述方法找出臨界結(jié)露線；

確定臨界結(jié)霜線：針對選定的空氣源熱泵，以換熱器表面明顯發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象為依據(jù)，經(jīng)過現(xiàn)場實測得對應(yīng)的空氣溫度T_a＝6℃，將其作為臨界結(jié)霜線；

結(jié)霜區(qū)五線(曲線A～曲線E)的確定：通過建立準(zhǔn)確且通用性較強的冷平板結(jié)霜特性預(yù)測模型，模擬分析結(jié)霜區(qū)內(nèi)不同工況下冷表面的結(jié)霜速率；利用線性擬合，將結(jié)霜速率相同的點擬合成曲線，形成等結(jié)霜速率曲線A、B、C、D。最后現(xiàn)場實測驗證圖譜的正確性。圖中的各線方程如下：

臨界結(jié)霜線：T_a＝6℃；

分割曲線A:RH_A＝82.64-1.84T_a+0.1189T_a²；

分割曲線B：RH_B＝69.28-1.09T_a+0.0698T_a²；

分割曲線C：RH_C＝58.29-0.85T_a+0.065T_a²；

分割曲線D：RH_D＝50.16-0.54T_a+0.063T_a²；

臨界結(jié)露線(曲線E)：RH_E＝44.27-0.66T_a+0.0157T_a²；

以上內(nèi)容中，各符號代表的意義如下：