Una bomba de calor de fuente de aire es un dispositivo que utiliza aire como fuente de calor de alta temperatura (baja temperatura) para calentar (enfriar). En comparación con otros tipos de bombas de calor, la investigación de mi país sobre bombas de calor de fuente de aire comenzó antes y tiene más contenido de investigación. El aire ambiente es una fuente de calor de baja calidad, inagotable, disponible en todas partes y de forma gratuita. Las bombas de calor de fuente de aire son flexibles de instalar, fáciles de usar, tienen una inversión inicial relativamente baja y son más adecuadas para la instalación en el hogar. En la actualidad, los acondicionadores de aire domésticos para interiores adoptan principalmente esta forma. Esto también ha hecho que el mercado de unidades de agua fría y caliente con bomba de calor con fuente de aire de mi país sea sin precedentes. La producción y la investigación se han establecido relativamente, con especificaciones de productos completas y diversas marcas. Según encuestas pertinentes, el número de fabricantes de unidades de agua fría y caliente con bomba de calor aerotérmica en mi país ha aumentado de una docena en 1995 a más de 40 en la actualidad. Según estadísticas incompletas, hay más de 45 marcas de unidades vendidas en China, de las cuales las unidades nacionales representan alrededor del 25%, y el resto son productos de empresas conjuntas, productos financiados por Taiwán y productos importados.
Para comprender mejor la tendencia de desarrollo de las bombas de calor de fuente de aire en mi país, este artículo analizará la investigación sobre bombas de calor de fuente de aire en mi país en los últimos años y, sobre esta base, señalará los problemas existentes. y direcciones de mejora. Espero que pueda promover aún más la investigación y aplicación de bombas de calor de fuente de aire en mi país.
1 El estado de la investigación de las bombas de calor de fuente de aire en mi país
Con la aplicación cada vez más generalizada y la investigación en profundidad de las bombas de calor de fuente de aire en mi país, comprender el estado de la investigación de Las bombas de calor de fuente de aire en mi país son de gran importancia para investigaciones posteriores. Lo siguiente se centra en el progreso tecnológico de las bombas de calor aerotérmicas en mi país en los últimos años.
1 Investigación sobre heladas y deshielos. 1 Bomba de calor de fuente de aire
Dado que las bombas de calor de fuente de aire utilizan el aire como fuente de calor en invierno, a medida que la temperatura exterior disminuye, su temperatura de evaporación también disminuye y la temperatura de la superficie del evaporador incluso cae por debajo de 0°C. En este momento, cuando el aire exterior fluye a través del evaporador y se enfría, la humedad contenida en él precipitará y se adherirá a la superficie del evaporador, formando una capa de escarcha. Las heladas son extremadamente perjudiciales para las bombas de calor. Con la formación de una capa de escarcha, la resistencia a la transferencia de calor del evaporador aumenta, la temperatura de evaporación disminuye, el rendimiento de la unidad disminuye, las condiciones de trabajo se deterioran y la capacidad de calefacción también disminuirá, lo que afecta seriamente el rendimiento general del compresor y bomba de calor. Al mismo tiempo, el costo adicional causado por la descongelación también reducirá la economía de las bombas de calor de fuente de aire, razón por la cual la aplicación de bombas de calor de fuente de aire está limitada en áreas frías y húmedas. Por lo tanto, el mecanismo de escarcha y el método de descongelación siempre han sido el foco y las dificultades que deben resolverse en la investigación y aplicación de bombas de calor aerotérmicas.
En la actualidad, existen muchos estudios sobre el funcionamiento invernal de unidades de bomba de calor con fuente de aire. Analizan principalmente las características de escarcha, condensación de rocío y enfriamiento seco del aire húmedo en la superficie del serpentín de aire en diferentes condiciones. condiciones de trabajo durante el calentamiento y combinar la formación de escarcha. Se realizaron experimentos y simulaciones durante el proceso para analizar el impacto de parámetros como la velocidad del viento en contra, la temperatura y humedad ambiente, el espaciado de las aletas y el número de filas de tubos en el rendimiento del escarchado y una serie de posibles consecuencias. . El objetivo principal de comprender el mecanismo de descongelación es resolver el problema de la descongelación. Los métodos tradicionales de control de descongelamiento incluyen principalmente: método de descongelamiento temporizado, método de tiempo-temperatura (presión), método de descongelamiento por control de diferencia de presión de aire, método de descongelamiento controlado por sensor de capa de escarcha, método de descongelamiento controlado por vibrador sonoro, método de suministro de calor promedio máximo Método de descongelamiento controlado, óptimo método de control del tiempo de descongelación, etc. Cada uno de estos métodos tiene ventajas y desventajas y necesita mejoras.
En los últimos años, debido al desarrollo de la tecnología informática, se ha introducido la tecnología de control difuso en la descongelación con bomba de calor con fuente de aire, que gradualmente ha atraído la atención de la gente como una nueva tecnología avanzada y factible. Esto se debe principalmente a que el problema de escarcha de las bombas de calor de fuente de aire es multifactorial y no lineal, y la ventaja de la tecnología de control difuso es abordar problemas multidimensionales, no lineales y que varían en el tiempo. De esta manera, se introduce la tecnología de control difuso en el control de descongelamiento de las bombas de calor de fuente de aire. Al analizar la respuesta del sistema durante el proceso de descongelamiento, el control de descongelamiento puede adaptarse automáticamente a los cambios en el entorno de trabajo de la unidad y cumplir con los requisitos de control del descongelamiento inteligente. . Se pueden encontrar estudios detallados sobre este aspecto en la literatura. Además, también hay un método de control de descongelación inteligente con sensor de temperatura dual que tiene en cuenta los cambios en las condiciones ambientales.
En cuanto a las características arranque-parada de las bombas de calor, algunos estudios han analizado el mecanismo de migración de refrigerante y separación vapor-líquido causado por el equilibrio de presión del sistema cuando se detiene la bomba de calor, y señalaron que la migración de refrigerante y La separación vapor-líquido provocará una falla en el sistema cuando se inicie la bomba de calor.
Aplicación de 1. 4 Simulación por computadora de un sistema de bomba de calor con fuente de aire
Con la continua popularización de la tecnología informática, la aplicación de las computadoras en HVAC se está generalizando cada vez más.
Muchos de los estudios mencionados anteriormente también aplicaron tecnología informática, pero las aplicaciones representativas de la simulación por computadora en HVAC incluyen principalmente los siguientes aspectos:
① El cálculo y la simulación de compresores se simulan utilizando métodos de redes neuronales. Características de funcionamiento invernal de Compresores de tornillo en bombas de calor de fuente de aire, ajustados mediante un algoritmo de retropropagación de errores. Los resultados muestran que este método puede cumplir requisitos de alta precisión para el modelado y simulación de compresores. Los resultados de la simulación concuerdan bien con los resultados experimentales. Además, también se discutió el método de cálculo de la transferencia de calor y masa de los tubos de aletas del evaporador de la bomba de calor con fuente de aire en condiciones secas, condiciones húmedas y condiciones de escarcha utilizando el método ε2NTU (método de eficiencia-número de unidades de transferencia de calor) [33].
(3) Investigación de simulación de sistemas Al establecer un modelo matemático de simulación transitoria cuando la bomba de calor del aire acondicionado está funcionando, las curvas de los parámetros del sistema de refrigeración y los cambios de temperatura ambiente cuando la bomba de calor del aire acondicionado está funcionando Se puede obtener el funcionamiento [34], lo cual es importante para la implementación. El control automático de los sistemas de bomba de calor con fuente de aire es de gran importancia.
④ Software de análisis del consumo de energía del sistema El desarrollo y la aplicación de un software de análisis del consumo de energía anual para bombas de calor de fuente de aire se presentan en la literatura relevante [35]. Al calcular el consumo de energía anual de la refrigeración por bomba de calor, el software considera de forma exhaustiva los tres factores: la carga de refrigeración del aire acondicionado, la temperatura exterior de bulbo seco y la temperatura de salida de la bomba de calor. Al calcular el consumo de energía de la calefacción por bomba de calor, también considera la humedad relativa. del aire exterior, de modo que la calefacción por bomba de calor El cálculo del consumo de energía es más preciso, lo que proporciona un buen método de análisis para la aplicación de bombas de calor con fuente de aire.
1.5 Otros Recientemente, en respuesta a las necesidades de medición de bombas de calor domésticas, alguien propuso una nueva idea de utilizar el método de relación para medir el calor generado por la bomba de calor basándose en el análisis comparativo de las bombas de calor tradicionales. métodos de medición, y combinados con mediciones reales dieron evaluación de la aplicación [36]. La aplicación de la tecnología de frecuencia variable en bombas de calor VRV con fuente de aire es una tecnología nueva. A través de una serie de estudios experimentales sobre las características de ahorro de energía de la operación de refrigeración en verano del sistema de aire acondicionado VRV con bomba de calor controlada por frecuencia variable de Daikin, se obtuvieron las características de operación de carga parcial en verano. Al comparar el ahorro de energía con las bombas de calor de fuente de aire ordinarias, se demuestra que las unidades de bomba de calor de fuente de aire que utilizan tecnología de frecuencia variable ahorran más energía que las unidades ordinarias [37]. El aire acondicionado de autobuses también es un aspecto importante de las aplicaciones de bombas de calor con fuente de aire. Se ha discutido y estudiado experimentalmente la viabilidad y economía de aplicar bombas de calor aerotérmicas a autobuses con aire acondicionado, así como cuestiones como el descongelamiento [38, 39, 40, 465, 438+0]. Específicamente, la velocidad del compresor afecta. También hay literatura relevante sobre los efectos de la capacidad de enfriamiento, la potencia de entrada y el rendimiento COP del sistema de aire acondicionado con bomba de calor de locomotoras [42]. Además, de la introducción de algunos ejemplos de aplicaciones de ingeniería de bombas de calor de fuente de aire en algunos lugares públicos, centros comerciales grandes y medianos, fábricas de lana y otros edificios grandes se puede ver que las bombas de calor de fuente de aire no solo están relativamente maduras en Investigación teórica, pero también en proyectos prácticos en mi país. Ser ampliamente utilizado.
2 Problemas por resolver y direcciones de mejora para las bombas de calor aerotérmicas
Para las bombas de calor aerotérmicas, además de varias ventajas, también existen muchas deficiencias y problemas que deben solucionarse. resuelto. El rendimiento de las bombas de calor de fuente de aire se ve muy afectado por los cambios en las condiciones climáticas exteriores y se deteriora a medida que se deteriora el ambiente exterior. En verano, a medida que aumenta la temperatura exterior, aumenta la carga de refrigeración, pero aumenta la temperatura de condensación del sistema de bomba de calor, aumenta la diferencia de temperatura de la bomba de calor y disminuye la eficiencia general de la unidad. En invierno, la temperatura disminuye, la carga de calefacción aumenta, la temperatura de evaporación disminuye y la diferencia de temperatura de la bomba de calor aumenta, lo que resulta en una disminución en la eficiencia general de la unidad. Al mismo tiempo, a medida que las condiciones exteriores se deterioran, el rendimiento de la bomba de calor cae drásticamente, lo que a su vez agrava el duro entorno exterior. Investigaciones futuras deberían considerar tomar las medidas correspondientes para mejorar razonablemente el rendimiento de la unidad. Otro problema importante con las bombas de calor de fuente de aire es el problema de las heladas del evaporador en invierno. Esto no sólo provocará una fuerte disminución en el rendimiento de calefacción del sistema, sino que también tendrá un impacto negativo en componentes importantes como el compresor (por ejemplo, atascos de hielo). En casos severos, el compresor resultará dañado y el sistema no podrá funcionar normalmente. Al mismo tiempo, las heladas también aumentarán el coste operativo de la unidad. Aunque nuestro país ha realizado muchos trabajos de investigación en esta área, la investigación sobre medidas de control de heladas y tecnología de descongelación aún requiere más investigación en profundidad y demostración experimental. Por ejemplo, algunos estudios creen que el nivel de rendimiento promedio de las bombas de calor con fuente de aire es la clave para controlar el proceso de glaseado y utilizar plenamente el rendimiento técnico del sistema de bomba de calor. Al mismo tiempo, se señala que en el diseño de sistemas de bomba de calor, cómo obtener el mejor punto de nivel de rendimiento promedio, el ciclo de descongelamiento más corto y la mejor eficiencia de trabajo mediante el acoplamiento óptimo del rendimiento del equipo y los parámetros del ciclo [31] . Sin embargo, faltan explicaciones detalladas e investigaciones en profundidad sobre cómo lograr un acoplamiento óptimo.
Además, todavía vale la pena explorar cómo optimizar el diseño de la propia unidad para reducir la formación de escarcha, cómo adoptar mejores métodos de descongelación, mejorar la eficiencia operativa de las bombas de calor de fuente de aire y ahorrar costos unitarios. .
Actualmente, la mayoría de las unidades de bomba de calor aerotérmica utilizan refrigerantes con potencial de agotamiento de la capa de ozono (ODP) o potencial de calentamiento global (GWP), que tienen un gran impacto negativo en el medio ambiente. Además, según el Protocolo de Montreal, los países restringirán el uso de hidrocarburos halogenados CFC o HCFC con PAO y PCA y establecerán un calendario para su prohibición total para 2030. Desde esta perspectiva, es necesario estudiar las características de nuevos refrigerantes alternativos respetuosos con el medio ambiente (como R410A, R134a, R744, etc.). ), en consecuencia, también se debe probar y estudiar en detalle cuál es la mejor adaptación del sistema después de usar el nuevo refrigerante. Dado que la temperatura del aire exterior fluctúa mucho a lo largo del año o incluso a lo largo del día, lograr el control automático de todo el sistema de bomba de calor con fuente de aire es un gran desafío. Todavía hay pocos estudios en esta área y es necesario explorarlos y mejorarlos gradualmente. Además, la viabilidad de la aplicación de bombas de calor aerotérmicas en el norte de mi país requiere una demostración y un análisis prácticos más detallados basados en las condiciones meteorológicas específicas de cada región.
3 Conclusión
Este artículo analiza exhaustivamente el progreso de la investigación de las bombas de calor aerotérmicas en mi país en los últimos años desde varios aspectos. En general, la investigación y aplicación de bombas de calor aerotérmicas en mi país ha logrado ciertos resultados, pero aún existen algunas deficiencias, como el ahorro de energía en los métodos de descongelación, la sustitución de nuevos fluidos de trabajo y nuevos ciclos, y el control inteligente del sistema. . En futuras investigaciones, se deben hacer esfuerzos para resolver estos problemas para promover una aplicación más amplia de las bombas de calor aerotérmicas en nuestro país.