【HETA】丁国良理事长：空气源热泵主机的优化策略
2017年8月3日，2017中国热泵产业联盟年会暨第六届亚洲空气源热泵论坛在苏州召开，制冷空调换热器技术联盟理事长丁国良教授应主办方邀请做《空气源热泵主机的优化策略》主题演讲。本文根据丁国良教授演讲内容整理，分享了空气能热泵主机的技术优化，换热器的优化设计以及热泵整体性能的仿真与优化设计。
一、热泵主机的构成
二、压缩机变频对热泵空调性能的作用
注意：不仅关心额定工况，更要注意中间工况
三、风扇节能-提升风叶效率
四、部件节能潜力
现有5 mm 换热器翅片Pt、Pl方向的温度分布图
理想翅片：TPt/2=TPl/2
现有翅片：TPt/2 < TPl/2
现有翅片的翅片效率，不是最大值
1、空气温度恒定时翅片的最优高宽比
将翅片的微元取为六边形，以精确计算翅片效率。翅片效率最高时，高宽比为1.154
翅片管的区块划分示意图
2、空气温度非恒定时翅片的最优高宽比
空气温度非恒定时的翅片效率：采用CFD方法计算翅片效率，翅片效率最高时，高宽比为1.2。
1、考虑实际析湿作用的翅片设计 - 研究背景
1、热交换器作为蒸发器时翅片上会产生析湿现象，造成压降增加、换热下降，且冷凝水易堵塞翅片条缝结构使之失效；
2、目前已有的翅片优化方法主要针对干工况，缺乏合适的湿工况条件下翅片性能仿真与优化设计的工具；
3、需要开发湿工况翅片性能仿真模型，提出翅片优化设计方法；
2、考虑实际析湿作用的翅片设计–过程分析
3、考虑实际析湿作用的翅片设计–亲水条缝翅片析湿
4、考虑实际析湿作用的翅片设计–条缝翅片设计
优化后的条缝片结构比优化前换热量提高16.3%，压降增加9.0%。
5、考虑实际析湿作用的翅片设计–百叶窗翅片
优化后的百叶窗片结构比优化前换热量提高17.7%，压降增加10.4%。
1、考虑结霜的翅片设计–研究背景
2、考虑结霜的翅片设计–技术路线
3、考虑结霜的翅片设计–结霜模拟
4、考虑结霜的翅片设计–设计思路
波纹翅片结霜后换热好，非结霜工况下换热差
开缝翅片结霜后换热差，但非结霜工况换热好
兼顾波纹片和开缝片的优势：在波纹片上开条缝
5、考虑结霜的翅片设计–波纹翅片开缝位置分析
气流横掠凹转角时，气流在凹转角处容易产生回流涡，导致凹转角处的风速较低
6、考虑结霜的翅片设计–波纹翅片开缝位置分析
7、考虑结霜的翅片设计–波纹翅片开缝位置分析
最优开缝方式为开缝方式3：开缝位置在波纹板块的转角附近，条缝开设方向朝向迎风侧，换热量提升7.2%。
8、考虑结霜的翅片设计–换热量效果
不结霜工况：新设计的翅片与条缝翅片换热量相当，换热量仅比条缝翅片低9%
结霜工况：新设计的翅片与波纹翅片换热量相当，换热量比波纹翅片高3.5%
9、考虑结霜的翅片设计–压降效果
不结霜工况：新设计的翅片的压降远比条缝翅片的压降低，约降低30%；
结霜工况：新设计的翅片的压降比波纹翅片压降高19%；
1、主界面
2、压缩机输入界面
为保护企业机密，压缩机数据可以通过DLL文件的方式导入软件中，软件界面只展示可以公开的信息，其他数据用于底层仿真。
3、套管式冷凝器输入界面
4、翅片管式蒸发器输入界面
5、系统性能仿真结果输出界面
6、系统性能仿真结果输出界面
一、研究背景–问题描述
问题描述：目前热泵企业、用户与热泵三者间缺乏完善的交互机制
从用户角度：购买的热泵常出现制热性能差、换热器脏堵、漏水漏液、噪声大乃至压缩机不运转等各种问题，此时用户只能采取先投诉再维修的方法；由此产生的高投诉率直接影响了企业品牌形象。
从企业角度：对已售出产品的实际运行状态无法直接把控，造成企业获得售后信息往往只有用户投诉这一途径，一方面造成企业对产品反馈的被动与不及时、降低用户体验，另一方面缺乏大量实际运行数据的支撑，使得企业难以掌握产品的改进方向。
二、研究背景-解决方法
解决方法：建立企业-热泵交互机制，构建完整的“企业-热泵-用户生态圈”
企业-热泵交互的具体实施方案：在线连续监测+数据分析
三、研究目标：开发热泵在线连续监测与分析技术
四、技术路线
研究内容1：明确所需的在线连续监测点
研究内容2：开发性能分析技术
研究内容3-1：开发故障诊断技术—制冷剂泄漏故障
研究内容3-2：开发故障诊断技术——换热器灰堵
换热器灰堵加速因子模型
灰堵后热泵性能仿真
1、热泵主机的优化，包括各个部件与整机的优化。
2、换热器翅片的优化，在空气源热泵的设计中起到非常大的影响。翅片的优化设计，需要考虑实际的析湿与结霜工况。
3、计算机仿真与优化技术，是实现热泵主机优化的重要技术手段。
4、发展热泵性能的实际预测与控制技术，既可提升产品实际运行中的性能，也可改善用户体验，是将来的发展方向。