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热气旁通除霜技术在风冷冷水(热泵)机组的运用

发布时间:2021-12-16 16:57:51

风冷冷水(热泵)机组热气旁通除霜技术在大量、长期的工业运转中表明,机组的可靠性和供热性能得到极大提高,受到用户越来越广泛地认可和欢迎。热气旁通除霜与普遍使用的四通阀换向反循环除霜的工作特性如下:

1.除霜方法对热泵供热性能的影响

随着结霜时间的增长,结霜就会越积越多,有可能使蒸发器的空气通道完全堵塞,导致机组不能正常工作。因此,风冷热泵机组在结霜条件下运行时需适时除霜,除霜时不但不能提供热量,反而从建筑物内部吸取热量,影响了机组供热效果,除霜过程的损失与除霜方法有关。

四通阀换向反循环除霜是目前普遍使用的一种除霜方法,除霜时四通阀动作,使机组由制热循环变为制冷循环,同时风机停止工作,高温排气进入风侧换热器进行化霜。在除霜循环的化霜过程中,机组从水系统中吸收热量提供到风侧换热器去除霜,机组产生的热量是负数,负热量的数量与在同样时间内产生的正热量大致相当。所以从能量角度讲,这种除霜过程的损失相当于两倍除霜时间的停机,使机组的供热量下降10%左右。

热气旁通除霜方法不需改变机组的制热循环,只对需要除霜的换热器旁通热气进行除霜,假定下图中的空气侧换热器需要除霜,其工作流程如下所示:

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每组翅片盘管设有一个热气旁通电磁阀2和主电磁阀3,除霜时相应的热气旁通电磁阀打开,主电磁阀关闭,利用排气放出的热量达到融霜的目的。融霜结束后,热气旁通电磁阀关闭,主电磁阀打开,该组翅片盘管正常运转,即可进行下一组翅片盘管融霜。在整个除霜过程中,供热和除霜同时进行,其除霜损失明显少于四通阀换向反循环除霜方法。

2.四通阀换向反循环除霜存在的可靠性问题

1)压缩机液压缩问题

四通换向阀换向时,使机组由制热循环变为制冷循环,系统的吸气压力和排气压力变化剧烈,对压缩机及其它元件造成很大冲击。同时在除霜开始时,由于水侧换热器的压力突然变小,使除霜之前供冷凝器用的液体制冷剂大量返回压缩机,容易造成压缩机液压缩。

2)压缩机失油问题

在除霜过程的开始阶段,由于风侧换热器的大量结霜存在,导致冷凝压力上升缓慢,使系统的高低压压差较小,制冷剂质量流量变小,从而使压缩机吸气压力进一步降低,以满足除霜使制冷剂流动的需要。一般热力膨胀阀的动作压力差在150kPa以上时才能确保有适量的制冷剂流过阀门进行除霜,结果是压缩机的吸气压力由除霜开始的300kPa降低到150kPa以下。对往复式压缩机来说,曲轴箱内润滑油由于含有大量的制冷剂,在低压下产生大量泡沫,油与制冷剂进入压缩机从排气管排出,使压缩机润滑严重恶化,导致轴承和其它运动部件失油损坏。除霜结束后,系统重新启动,除霜过程中进入空气侧换热器的油和制冷剂气液混合物又被压缩机抽回,造成油损失,并引起油压安全保护装置动作。

对于螺杆式压缩机来说,贮油腔在压缩机的排气室,油的循环是依靠油腔与喷射点(压力略高于吸气压力)之间的压力差产生的。当除霜开始时,系统的高低压压差变小导致机组的润滑条件恶化,同时,螺杆压缩机的排气压力突然降低也可能导致抛油现象加剧润滑恶化,这些因素大大降低了压缩机运行的可靠性和使用寿命,严重时直接导致压缩机烧毁等故障。为此需要在四通阀换向前将压缩机卸载停机,换向后等待压力平衡后再起动压缩机,同时应注意起动后压缩机在最小压差下的运行时间不超过20秒。该除霜过程时间较长,制热时间缩短,引起制热效果变差和水温波动增大,为缩短除霜时间提高供热性能,有的控制程序省去了换向停机和必要的延时时间,使压缩机留下了可靠性隐患。

3)除霜开始阶段的低压衰减过程,有的系统往往衰减到低压保护值以下,影响了压缩机的寿命;四通阀频繁动作,使可靠性变差。

4)除霜结束阶段容易出现高压保护造成故障停机。

3.热气旁通除霜流程可靠性分析

当进入除霜程序时,机组仍保持制热工作循环,在压缩机的排气侧分出一股高温气体进入需要除霜的空气侧换热器,使高温气体在高于5℃发生相变放出潜热达到除霜目的(见以上热气旁通除霜状态图)。除霜后的制冷剂液体进入另外一侧正常制热的换热器继续蒸发,这样,这部分制冷剂仍发挥了制热的功效,蒸发后变为气体避免了压缩机因除霜造成的回液可能。若因某种原因造成除霜不停止时,高温气体不直接回到压缩机,而是进入另外一侧正常制热的换热器,此时制热膨胀阀将会根据过热度的变化自动增加供液量,从而使压缩机的吸气保持在合适的过热度范围内。在整个除霜过程中,由于避免了机组制冷循环和制热循环的相互转换,压缩机的吸、排气状态基本保持稳定,从而解决了四通阀换向反循环除霜存在的可靠性隐患。

4.两种除霜方法特点比较

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5.结束语

风冷热泵机组冬季制热运行时,室外侧换热器的结霜特性直接影响机组制热效果,同时除霜方法合理与否不仅关系到机组制热效果,而且影响到机组的可靠性。大量的实践经验表明,无论螺杆式或往复式风冷热泵机组,不合理的除霜会导致相当高的故障率,甚至造成压缩机烧毁等严重事故。我司采用的热气旁通除霜方法,它不仅可以提高风冷热泵机组的供热性能,更重要的是可以明显提高机组的除霜可靠性。


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