一种基于温湿度二维关系的空气源热泵有效抑霜方法技术

本发明专利技术公开了一种基于温湿度二维关系的空气源热泵有效抑霜方法，本发明专利技术分析传质的驱动力：含湿量差，确定含湿量差仅与室外空气温度、相对湿度和蒸发温度有关。在此基础上，以抑霜为目标，提出构建机组蒸发温度与室外空气温度和相对湿度的耦合函数。依据所构建的目标函数、约束条件及边界条件，求解得到蒸发温度与空气干球温度和相对湿度的二维关系式。在已知空气温度和相对湿度时，根据求得的蒸发温度与空气温湿度的耦合关系式计算得到此时机组运行需设置的蒸发温度值，调整机组蒸发温度，从而实现有效抑霜。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温湿度二维关系的空气源热泵有效抑霜方法
本专利技术属于空气源热泵有效抑霜
，具体涉及一种基于温湿度二维关系的有效抑霜方法。
技术介绍
空气源热泵具有安装灵活、运行成本低并且节能环保等优点，应用越来越广泛，前景广阔。但是空气源热泵有一个众所周知的缺点，在冬季供暖时室外盘管翅片表面容易结霜，导致制热量下降。蒸发器翅片表面的结霜最直接相关的几个因素有空气的温度、相对湿度、翅片的表面温度，现在关于抑霜的研究主要围绕着这几个因素进行。抑霜方式主要有：降低主流空气的含湿量系统研究；外加均匀电场磁场干扰霜形成的研究；表面改性降低水滴附着率的研究。这些方式在实际应用的过程中都存在着不同的弊端：1)随着时间的增长，干燥剂的吸湿能力不断减弱，抑霜作用也逐渐失效；2)系统的设计和运行的过程比较繁琐，从而使整个机组的系统过于复杂，在机组的实际运行过程中得不到广泛应用；3)在一般的室外环境下，表面改性涂料能够保持长时间不结霜，但当条件恶劣时效果却不明显，另外，改性之后的表面很柔软，在恶劣的环境下不抗冲击。因此需寻求一种在机组实际运行过程更加通用、可实施性更强的抑霜方式，从机组本身蒸发温度的设定机制出发进行抑霜的研究是一种可行的方法。既有空气源热泵机组蒸发温度的设定仅仅是依靠蒸发温度与空气干球温度的单值性关系，在这种关系下，机组的蒸发温度不随室外大气相对湿度的变化而变化。相同温度下，当室外大气相对湿度升高时，大气的含湿量也会随之升高，但是机组的蒸发温度不变，其对应的饱和蒸汽压和含湿量也不会发生变化，这就导致两者之间的差值——含湿量差将随空气相对湿度的升高而增大，从而结霜现象也将会严重。因此，从抑霜的角度来讲这种单值性关系设定是有缺陷的。针对这种设定机制的缺陷，从传质的驱动力——含湿量差入手，构建机组蒸发温度与室外大气温度和相对湿度的耦合函数，在此基础上进行抑霜具有重要意义。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于温湿度二维关系的空气源热泵抑霜方法，改善空气源热泵机组现有抑霜技术的缺陷问题。该方法弥补了既有机组蒸发温度单值性关系设定机制的缺陷，在蒸发温度的设定时，考虑空气干球温度和相对湿度两种因素，随空气温度和相对湿度变化改变机组蒸发温度，从而改变含湿量差。随着温度和相对湿度的增大减小传质驱动力——含湿量差，实现抑霜的目的。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种基于温湿度二维关系的空气源热泵有效抑霜方法，包括下述步骤：步骤1：根据结霜机理，分析结霜含湿量差，得到含湿量差与空气干球温度ta、相对湿度和蒸发温度te的关系；步骤2：以抑霜为目标，建立蒸发温度te和空气干球温度ta、相对湿度耦合关系的目标函数，并设定约束条件；步骤3：给出结霜起始点和相对湿度为100％时目标函数求解的边界条件；步骤4：依据目标函数、约束条件及边界条件，求解得到蒸发温度与空气干球温度和相对湿度二维关系式；步骤5：依据求得的蒸发温度与空气温湿度的耦合关系式，在已知空气温度和相对湿度时，依据关系式计算得到此时机组运行需设置的蒸发温度值，调整机组蒸发温度，实现抑霜。进一步，所述步骤1中，得到含湿量差与空气干球温度ta、空气相对湿度和蒸发温度te的关系，步骤如下：1a)含湿量差为湿空气含湿量和霜层表面含湿量的差值，湿空气中含湿量的大小为：式中，Psa为空气中的饱和蒸汽压，Pa；B为大气压力，Pa；对于霜层表面，假设霜层表面的空气是饱和空气，因此霜层表面含湿量为：因此，含湿量差的大小为：1b)饱和蒸汽压与温度之间的关系有：Ps＝exp(6.42+7.2×10-2Ta-2.71×10-4Ta2+7.23×10-7Ta3)，即水蒸气的饱和蒸汽压仅与水蒸气温度相关，含湿量差的影响因素主要有空气干球温度ta、空气相对湿度和蒸发温度te。进一步，所述步骤2中，具体步骤如下：2a)以抑霜为目标，建立蒸发温度te和空气干球温度ta、空气相对湿度耦合关系的目标函数：2b)设定约束条件一：以νex代表新的结霜速率，Δdex代表新的含湿量差，则结霜速率变化曲线的数学表达式为：和含湿量差变化趋势数学表达式为：2c)设定约束条件二：在同一相对湿度下，为了遏制含湿量差的增长，还应令翅片表面的含湿量有如下增长趋势：式中，dex为翅片表面饱和空气的含湿量，g/kg.干；2d)设定约束条件三：采用结霜越严重地区抑霜比例越大的原则，使机组在结霜越严重的气候条件下含湿量差的衰减越严重，其数学表达式为：式中：Δd为单值性关系下的含湿量差，g/kg.干。进一步，所述步骤3中，具体步骤如下：3a)以相对湿度为55％作为计算的起始点，令：式中：Δdex为耦合关系下新的含湿量差，g/kg.干；Δd为单值性关系下的含湿量差，g/kg.干；3b)计算边界条件，当时，令：式中，K为最小允许换热温差，℃。进一步，所述步骤4中，含湿量差与空气干球温度和相对湿度关系式如下：式中，Δdex为耦合关系下新的含湿量差，g/kg.干；A、B、C为常数。进一步，所述步骤4中，对所求关系式进行积分就可得到含湿量差与空气温度和湿度之间的耦合关系式：式中，Δd为含湿量差，g/kg.干；A、B、C、D、E为常数。进一步，所述步骤4中，计算变量之间的对应关系时，从-16℃到6℃以0.5℃作为温度计算步长，从55％到100％以5％作为湿度计算步长。进一步，所述步骤4中，对计算结果的数据进行拟合，可得到耦合空气温湿度的蒸发温度表达式，函数的具体形式为：式中：a、b、c、d为常数。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：1)与即有蒸发温度的设定相比，本方法在空气源热泵机组蒸发温度的设定中加入空气相对湿度这一参数，通过空气温度、相对湿度与蒸发温度的二维耦合关系来设定蒸发温度。同一空气温度下，相对湿度越大，蒸发温度设定值越高，减小了换热温差，实现抑霜目的。2)本专利技术给出了蒸发温度与空气温度和相对湿度耦合的二维关系式，在机组运行时，可根据机组所处环境简单、方便、快捷的计算出合理的蒸发温度值，对机组进行调节，实现动态抑霜的操作。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1为本专利技术基于温湿度二维关系的抑霜方法的技术路线图；图2为期望达到的结霜速率变化图；图3为期望的含湿量差变化图；图4为起始点时边界条件设定示意图；图5为时边界条件设定示意图；图6(a)-(d)为换热温差改变前后含湿量差的对比分析；其中：图6(a)为空气温度为-16℃下的含湿量差对比；图6(b)为空气温度为-13℃下的含湿量差对比；图6(c)为空气温度为-10℃下的含湿量差对比；图6(d)为空气温度为-7℃下的含湿量差对比；图7(a)-(d)换热温差改变前后结霜速率的对比分析。其中：图7(a)为空气温度为-16℃下的结霜速率对比；图7(b)为空气温度为-13℃下的结霜速率对比；图7(c)为空气温度为-10℃下的结霜速率对比；图7(d)为空气温度为-7℃下的结霜速率对比。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。如图1所示，本专利技术基于温湿度二维关系的空气源热泵有效抑霜方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温湿度二维关系的空气源热泵有效抑霜方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1：根据结霜机理，分析结霜含湿量差，得到含湿量差与空气干球温度ta、相对湿度

【技术特征摘要】
1.一种基于温湿度二维关系的空气源热泵有效抑霜方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1：根据结霜机理，分析结霜含湿量差，得到含湿量差与空气干球温度ta、相对湿度和蒸发温度te的关系；步骤2：以抑霜为目标，建立蒸发温度te和空气干球温度ta、相对湿度耦合关系的目标函数，并设定约束条件；步骤3：给出结霜起始点和相对湿度为100％时目标函数求解的边界条件；步骤4：依据目标函数、约束条件及边界条件，求解得到蒸发温度与空气干球温度和相对湿度二维关系式；步骤5：依据求得的蒸发温度与空气温湿度的二维关系式，在已知空气温度和相对湿度时，依据关系式计算得到此时机组运行需设置的蒸发温度值，调整机组蒸发温度，实现抑霜。2.根据权利要求1所述的一种基于温湿度二维关系的空气源热泵有效抑霜方法，其特征在于，所述步骤1中，得到含湿量差与空气干球温度ta、空气相对湿度和蒸发温度te的关系，步骤如下：1a)含湿量差为湿空气含湿量和霜层表面含湿量的差值，湿空气中含湿量的大小为：式中，Psa为空气中的饱和蒸汽压，Pa；B为大气压力，Pa；对于霜层表面，假设霜层表面的空气是饱和空气，因此霜层表面含湿量为：因此，含湿量差的大小为：1b)饱和蒸汽压与温度之间的关系有：Ps＝exp(6.42+7.2×10-2Ta-2.71×10-4Ta2+7.23×10-7Ta3)，即水蒸气的饱和蒸汽压仅与水蒸气温度相关，含湿量差的影响因素主要有空气干球温度ta、空气相对湿度和蒸发温度te。3.根据权利要求1所述的一种基于温湿度二维关系的空气源热泵有效抑霜方法，其特征在于，所述步骤2中，具体步骤如下：2a)以抑霜为目标，建立蒸发温度te和空气干球温度ta、空气相对湿度耦合关系的目标函数：2b)设定约束条件一：以νex代表新的结霜速率，Δdex代表新的含湿量差，则结霜速率变化曲线的数学表达...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智伟，魏鹏，赵健，孙婷婷，刘艳峰，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61