當(dāng)翅片換熱器表面結(jié)霜時(shí)往往引起換熱能力降低，熱泵系統(tǒng)性能下降，嚴(yán)重時(shí)甚至造成無效耗功。因此掌握空氣―水熱泵空調(diào)系統(tǒng)在不同空氣溫濕度條件下的運(yùn)行特性及結(jié)霜對(duì)熱泵系統(tǒng)工作性能的影響，對(duì)提高空氣―水熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理水平、進(jìn)一步推廣熱泵技術(shù)有重要意義。
　　1空氣―水熱泵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬研究
　　空氣―水熱泵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬作為對(duì)其工作特性研究的一種理論支持，同時(shí)也要接受相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究的檢驗(yàn)。整個(gè)動(dòng)態(tài)模擬數(shù)學(xué)模型以下述假設(shè)為基礎(chǔ)：（1）熱交換器內(nèi)、外側(cè)的介質(zhì)為均勻分布；（2）制冷劑在管內(nèi)為一維流動(dòng)，各部件間接管無壓降；（3）凝露和結(jié)霜不同時(shí)在翅片表面出現(xiàn)；霜層的形成為漸進(jìn)式，每一霜層的密度與導(dǎo)熱率因其凝結(jié)時(shí)空氣―霜交界面溫度不同而存在差異；（4）節(jié)流機(jī)構(gòu)能提供與壓縮機(jī)吸氣量相平衡的制冷劑量；（5）系統(tǒng)中過冷與過熱段對(duì)傳熱的影響忽略不計(jì)，冷庫安裝制冷劑側(cè)換熱系數(shù)按兩相區(qū)換熱關(guān)系式考慮；在此前提下結(jié)合熱泵循環(huán)的特點(diǎn)，通過對(duì)工質(zhì)熱物性計(jì)算以及建立壓縮機(jī)、水熱交換器、節(jié)流機(jī)構(gòu)、空氣熱交換器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備工作過程的數(shù)學(xué)模型，編制出空氣―水熱泵系統(tǒng)工作特性動(dòng)態(tài)模擬軟件（軟件略）。運(yùn)行該軟件，我們?nèi)〉昧伺c實(shí)驗(yàn)研究吻合的結(jié)果，其誤差值均在6.5以下。誤差產(chǎn)生的原因在于假設(shè)條件下修正系數(shù)取值偏差和因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的原因造成的測量精度誤差所致，對(duì)研究結(jié)果無實(shí)質(zhì)性影響。
　　2動(dòng)態(tài)模擬及實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果
　　實(shí)驗(yàn)研究的目的在于：（1）測試環(huán)境空氣溫度變化對(duì)熱泵系統(tǒng)性能的影響。（2）測試環(huán)境空氣濕度變化對(duì)熱泵系統(tǒng)性能的影響。（3）測試結(jié)霜過程對(duì)熱泵系統(tǒng)性能的影響。
　　空氣翅片式換熱器空氣流量變化率及制熱量隨霜層厚度增加而降低的特性，冷庫工程如所示；熱泵系統(tǒng)在結(jié)霜條件下輸入功率、制熱量隨結(jié)霜時(shí)間增長而減少以及霜層厚度隨結(jié)霜時(shí)間增長而增厚的特性。
　　3對(duì)研究結(jié)果的討論
　　3.1環(huán)境空氣干球溫度變化的影響
　　環(huán)境空氣干球溫度上升實(shí)際上是空氣熱交換器（即熱泵循環(huán)時(shí)的蒸發(fā)器）進(jìn)風(fēng)溫度上升，因此其管內(nèi)側(cè)制冷劑蒸發(fā)溫度升高、汽化量增大隨之引起壓縮機(jī)吸氣壓力和溫度升高，導(dǎo)致排氣壓力和溫度相應(yīng)上升，冷凝負(fù)荷（制熱量）增加，COP值提高，使熱泵技術(shù)性能得以充分發(fā)揮，對(duì)熱泵循環(huán)十分有利。
　　而當(dāng)空氣干球溫度下降時(shí)，結(jié)果與上述情況相反。冷庫價(jià)格 當(dāng)達(dá)到-5℃以下時(shí)，其COP值已非常低，系統(tǒng)難以維持正常工作性能。
　　3.2環(huán)境空氣濕球溫度變化的影響
　　在環(huán)境空氣干球溫度一定的條件下，其相對(duì)濕度與濕球溫度呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，表現(xiàn)為一定干球溫度下的空氣其濕球溫度高則相對(duì)濕度大。因而當(dāng)空氣熱交換器表面溫度在0℃以上、空氣露點(diǎn)溫度以下（凝露期）時(shí)，由空氣中的水蒸汽凝結(jié)放出潛熱使換熱器效率提高，系統(tǒng)制熱量增大，COP值提高，即：處于凝露期時(shí)，相同干球溫度下空氣濕球溫度越高（相對(duì)濕度越大）則熱泵循環(huán)各項(xiàng)性能越好。
　　但是當(dāng)空氣熱交換器表面溫度處于0℃以下的結(jié)霜期時(shí)，其結(jié)論與之相反，熱泵循環(huán)性能惡化甚至喪失。
　　3.3空氣熱交換器結(jié)霜造成的影響
　　霜層的形成是一個(gè)復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程。霜層的厚度、密度、導(dǎo)熱率以及空氣熱交換器的空氣流量、翅片效率等均隨時(shí)間而變的特性對(duì)熱泵系統(tǒng)各設(shè)備性能參數(shù)的動(dòng)態(tài)耦合性和系統(tǒng)工作性能具有決定性的影響。主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：（1）霜形成的過程中有一定的潛熱排放。空氣―霜交界面隨時(shí)間的增長而逐漸外移， 　　維修冷庫　冷庫咨詢 界面溫度ts隨霜層厚度增加（即時(shí)間延長）而改變。結(jié)霜初期由于水蒸汽凝結(jié)為霜，其潛熱排放量較大，ts有一個(gè)短暫的上升，隨后由于霜層的增厚，空氣流量相應(yīng)減少，潛熱排放減少，ts下降。從總的效果看，結(jié)霜潛熱對(duì)系統(tǒng)性能的影響很小，可以忽略。
　?。?）霜的形成增加了翅片式換熱器(換熱器設(shè)計(jì)對(duì)散熱體積的影響)表面的粗糙度，雖可以增大一些空氣側(cè)換熱系數(shù)，但由于霜的導(dǎo)熱率很低，傳熱熱阻增大，最終使空氣熱交換器換熱能力下降，引起熱泵循環(huán)效率降低。
　　（3）霜層的存在和不斷增厚使空氣流經(jīng)空氣熱交換器時(shí)阻力增大、流量減少、迎面風(fēng)速降低、空氣側(cè)換熱系數(shù)減小。其具體表現(xiàn)為：當(dāng)霜層厚度<0.1mm時(shí)空氣流量無明顯變化，此后隨霜層厚度增加，流量急劇下降，冷庫維修對(duì)空氣熱交換器傳熱惡化起主導(dǎo)作用。
　　綜合熱泵空氣熱交換器結(jié)霜的動(dòng)態(tài)模擬和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)霜厚度在0.1mm以下的霜形成期，結(jié)霜不會(huì)對(duì)熱泵性能產(chǎn)生不良影響，有時(shí)甚至?xí)欣谙到y(tǒng)性能的改善。一般在結(jié)霜開始5分鐘左右最為有利，然后這一影響逐漸減弱。同時(shí)這種有利影響受空氣相對(duì)濕度大小的制約，空氣相對(duì)濕度越大，對(duì)其影響力越弱，相對(duì)濕度達(dá)70時(shí)該影響為零。
　　在形成期后的霜成長期，空氣相對(duì)濕度越大霜層厚度隨時(shí)間增加越快，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、輸入功率、制熱量和COP值均下降?？梢妼?duì)結(jié)霜過程的有效控制將成為提高熱泵循環(huán)性能的關(guān)鍵。
　　（4）在干球溫度相同的條件下，不同相對(duì)濕度的空氣在熱泵系統(tǒng)運(yùn)行中存在一個(gè)蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、輸入功率、制熱量等項(xiàng)指標(biāo)基本相同的時(shí)間點(diǎn)。該點(diǎn)表現(xiàn)了一定干球溫度下熱泵系統(tǒng)工作性能的平均水平，安裝冷庫 同時(shí)反映了結(jié)霜過程對(duì)循環(huán)性能影響的平均水平。例如本研究中空氣干球溫度為3℃時(shí)，該點(diǎn)處于結(jié)霜后約40分鐘的時(shí)間點(diǎn)上，而6℃時(shí)，該點(diǎn)則處于結(jié)霜后約45分鐘時(shí)間點(diǎn)處。
　　如果根據(jù)該特性點(diǎn)控制霜層形成和成長周期，就可以促進(jìn)熱泵系統(tǒng)始終保持良好工作狀態(tài)和最佳性能。