[发明专利]一种评价空气源热泵抑霜能力的方法

权利要求书

1.一种评价空气源热泵抑霜能力的方法，其特征在于，基于室外侧蒸发器在空气侧、制冷剂侧及换热器的换热，根据能量守恒，建立以换热温差即环境温度-蒸发温度为目标的数学模型，提出换热温差与关键部件设计参数的关系，定义配比系数R，基于抑霜评价参数并结合R，建立抑霜目标的数学计算模型，在标准结霜工况下提出抑霜评价基准，进行不同配置机组的抑霜能力评价，具体步骤如下：

第一步，提出换热温差与关键部件设计参数的关系，根据蒸发器在空气侧、制冷剂侧及换热器的换热能量守恒，建立以换热温差ΔT即环境温度-蒸发温度为因变量，机组本构参数、制冷剂和空气物性为自变量的数学模型；

第二步，提出配比系数R，根据上述第一步得到的数学模型，综合反映机组本构特性的参数，定义配比系数R，R＝f₁(n,V₀,F_e,G)，其中，n为压缩机转速，单位为r/s；V₀为压缩机排气量，m³/rev；F_e为蒸发器换热面积，单位为m²；G为风机风量，单位为m³/s；该系数R可以反映机组中风机、蒸发器以及压缩机的配比关系；

第三步，引入抑霜评价参数，换热温差ΔT和结霜速率v作为抑霜评价参数，其中换热温差ΔT表示为环境温度和蒸发温度的差值，可以间接揭示机组的抑霜潜力；结霜速率v定义为蒸发器单位面积单位时间化霜水的质量，即可以直接反映机组的结霜能力，式中M为一个结除霜周期内所承接的化霜水的质量，单位为g，F_e为室外蒸发器的换热面积，单位为m²，t为结霜时间，单位为min；

第四步，建立抑霜目标计算模型，标准结霜工况下，通过实验测试研究，建立抑霜目标参数ΔT、v与R的关系模型，即ΔT＝f ₂(R)和v＝f₃(R)，其中，ΔT单位为℃，v单位为g/(m².min)，该模型可以计算机组不同设计配比下的抑霜目标ΔT_n、v_n；

第五步，提出抑霜评价基准，以室外蒸发器表面轻霜为目标，在标准结霜工况下，拟定抑霜评价基准为：ΔT_jz＝3℃，v_jz＝0.3g/(m².min)；

第六步，评价机组抑霜能力，通过第二步配比系数计算特定机组配比即特定的风机、蒸发器以及压缩机的配置下计算出的配比系数，并进一步根据第四步中的模型ΔT＝f ₂(R)和v＝f₃(R)，计算标准结霜工况下的ΔT_n和v_n，对比第五步中的ΔT_jz和v_jz，明确与抑霜目标的差距，按照公式计算抑霜潜力γ_△T、抑霜程度χ_v，进而评价机组；

采用如下步骤：

(1)提出换热温差与关键部件设计参数的关系

室外侧换热器制冷剂侧的沸腾换热：

q_r＝nρ_rη_vV₀(h_eo-h_ei) (1)

式中：n为压缩机转速，r/s；η_v为压缩机的容积效率；V₀为压缩机排气量，m³/rev；ρ_r为压缩机吸入口制冷密度，kg/m³；h_ei、h_eo分别为室外侧换热器入口和出口制冷剂的比焓，kJ/(kg.℃)；

室外侧换热器的对流换热：

式中：K_e为室外侧换热器传热系数，W/(m²/℃)；F_e为室外侧换热器换热面积，m²；T_e为蒸发温度，℃；T_ai，T_ao分别为室外侧换热器进、出风温度，℃；

蒸发温度与冷却空气出口温度存在一定差值，即

△T_o＝T_ao-T_e (3)

又

△T＝T_ai-T_e (4)

则有

室外侧换热器空气侧的对流换热：

q_a＝ρ_ac_pG(T_ai-T_ao)＝ρ_ac_pG(△T-△T_o) (6)

式中：c_p为空气比热，J/(kg.℃)；ρ_a空气密度，kg/m³；G风机的风量，m³/s；T_ai，T_ao分别为蒸发器进、出风温度，℃；

根据能量守恒，可知，

两边对△T进行求导，

令则

△T²-△T_o△T-X＝0 (11)

当△T_o²-4X≥0，求得根为：

将系数X进行分项整理，如下：

可以发现在系数X中，第一项中G，F_e和nV₀可分别反映风机、蒸发器以及压缩机的本构特征，第二项中为制冷剂的物性参数，可反映不同制冷剂的物性差异，第三项中为空气物性参数以及换热器传热系数；

(2)定义配比系数R

基于(1)中提出的换热温差与关键部件设计参数的关系，在此定义配比系数即R＝f₁(n,V₀,F,G)，该参数可以反映机组中风机、蒸发器以及压缩机的配比关系，其中A₀为偏差修正系数，取值范围为0.1～1；

同时结合公式(12)和(13)则有

△T＝f(R) (14)

因此可以通过调整风机、蒸发器以及压缩机配置关系，改变配比系数，寻求抑制结霜的最佳换热温差；

进一步公式(14)抑霜目标数学模型的建立：

关于公式(14)，基于多厂家空气源热泵机组，在标准结霜工况下进行测试研究，建立了抑霜目标参数ΔT、v与R的数学模型：

v＝f₃(R)＝-A₂R+B₂ (16)

式中：A₁，B₁，A₂，B₂为实验系数，分别根据机组制冷剂物性、空气参数修正系数以及测试工况实验确定。

2.根据权利要求1所述的一种评价空气源热泵抑霜能力的方法，其特征在于，若γ_△T和χ_v小于0抑霜能力需要优化；若大于0，则不需优化。