摘要
在碳达峰和碳中和的大背景下，热泵作为高效且环保的制热设备，在我国得到了大范围的推广和应用。但在实际运行中，空气源热泵普遍存在结霜问题，其对热泵的运行造成诸多不良影响。除霜是解决空气源热泵结霜问题的首要方法，而逆循环除霜作为最常见的除霜方式，快速供给除霜热量是加快除霜过程的关键。为优化逆循环除霜方法，提升闪发器型准二级压缩空气源热泵逆循环除霜的性能，本文针对补气除霜技术的可行性、应用效果和影响因素等展开研究，旨在改善空气源热泵除霜用时长和除霜效率低的问题。 为实现研究目标，搭建了闪发器型准二级压缩空气源热泵除霜实验台。实验结果表明，补气除霜技术能够适用于闪发器型准二级压缩循环结构，能显著缩短除霜用时并降低除霜功耗。在0℃至-10℃的实验环境中，应用补气除霜技术后，除霜总用时缩短了26.09%~35.71%，除霜总耗功减少了21.74%~35.06%。 除实验外，还建立了闪发器型准二级压缩空气源热泵除霜仿真模型。对热泵系统内各部件依次建模并耦合连接，将除霜过程划分为预热、融霜、汽化和干燥阶段。并对模型进行了瞬时工况和逐时工况的验证，瞬时工况的最大误差为4.46%，逐时工况的最大误差为7.67%，模拟结果与实验结果的吻合度较高。 接着，基于室外温度为0℃、相对湿度为90%、结霜量为4kg/m2的典型工况，模拟了补气除霜与常规逆循环除霜的效果和性能差异。结果表明，开启补气后的除霜总用时能够缩短27.87%，其中汽化阶段的用时缩短效果最显著，而除霜总功耗能够减少19.46%，原因之一是除霜期间的逸散热量减少了36.11%。其次，应用补气除霜技术后，系统的能量转换效率也更高，其除霜效率平均为78.87%。 而后，研究了室外环境对补气除霜的影响。结果表明，补气除霜在任意的室外环境下均有效减少了除霜总用时和总功耗。加速除霜的效果随着室外温度的降低而增加，随着结霜量的增加而增加，但结霜量超过5kg/m2后，其效果趋于稳定。 最后，探究了闪发器前节流程度和压缩机目标频率对补气除霜的影响。节流程度增大时，机组的补气率、制冷剂流量、压缩机功率和除霜热量均增大，补气压力修正系数为1.1时机组的除霜能效比最高。而提高机组的目标频率会同时提高除霜热量和除霜功耗，除霜能效比则略微下降。在闪发器型准二级压缩空气源热泵补气除霜的过程，可以适当提高压缩机的目标频率至80Hz。
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