高效采集凝固潛熱的噴霧凍結(jié)實(shí)驗(yàn)研究

王士存 田麗亭 劉陽(yáng) 劉聯(lián)勝

摘要 在常壓凍結(jié)塔內(nèi)進(jìn)行了水經(jīng)過噴嘴霧化后的凍結(jié)實(shí)驗(yàn)，研究冷空氣入口溫度、噴霧水溫和成核添加劑對(duì)凍結(jié)效率和空氣溫升的影響。結(jié)果表明：冷空氣入口溫度越低，液滴的凍結(jié)效率越大，空氣溫升越高，液滴凍結(jié)后的形態(tài)越接近干雪，液滴凍結(jié)越完全;即使冷空氣入口溫度為-8 ℃時(shí)，液滴的凍結(jié)效率和空氣溫升已分別達(dá)到61.7%和4.95 ℃，表明常壓下噴霧凍結(jié)提取凝固潛熱的方法具有凍結(jié)效率高和空氣溫升大的優(yōu)點(diǎn);噴霧水溫升高，液滴的顯熱換熱時(shí)間增加，導(dǎo)致凍結(jié)時(shí)間縮短，液滴凍結(jié)效率下降，但冷空氣入口溫度越低，噴霧水溫對(duì)液滴的凍結(jié)效率影響越小;硼砂作為水溶液的成核劑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%硼砂溶液的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)于水提高了9.5%，硼砂溶液濃度越高，液滴的導(dǎo)熱系數(shù)越大，液滴凍結(jié)成核能力越強(qiáng)，凍結(jié)效率和空氣溫升越大。當(dāng)冷空氣入口溫度為-17 ℃時(shí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%硼砂溶液的凍結(jié)效率和空氣溫升相對(duì)于水分別提高了13.6%和1 ℃。

關(guān) 鍵 詞 噴霧凍結(jié);凍結(jié)效率;空氣溫升;成核添加劑

中圖分類號(hào) TK124? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

文章編號(hào)：1007-2373（2021）06-0077-07

Abstract The freezing experiment of water atomized by nozzle was carried out in atmospheric pressure freezing tower. The effects of inlet air temperature， spray water temperature and nucleating additives on the freezing efficiency and the air temperature rise were studied. The results show that the lower the inlet temperature of cold air is， the higher the freezing efficiency of droplets is， the higher the temperature rise of air is， and the better the freezing effect is. When inlet temperature of cold air is -8 ℃， the freezing efficiency and air temperature rise are 61.7% and 4.95 ℃， respectively， which show that spraying to extract the latent heat of solidification under atmospheric pressure has higher freezing efficiency and air temperature rise. With the increase of spray water temperature， the time of sensible heat transfer for droplets increases， which results in the reduction of freezing time and the drop of freezing efficiency for droplets; however， when the inlet temperature of cold air is too low， the spray water temperature has little effect on the freezing efficiency of droplets. When borax was used as nucleating additive， the thermal conductivity of 1.5% borax solution increased by 9.5% compared with that of water. Meanwhile the concentration of borax solution increases， which leads to the rise in thermal conductivity of the droplet， the enhancement of nucleating ability， and the growth of freezing efficiency and air temperature rise. When the inlet temperature of cold air is -17 ℃， the freezing efficiency and air temperature rise of 1.5% borax solution are 13.6% and 1℃ higher than that of water， respectively.

Key words spray freezing; freezing efficiency; air temperature rise; nucleation additive

0 引言

最新統(tǒng)計(jì)，全球建筑物能耗約占總能耗的40%左右，中國(guó)建筑能源消費(fèi)總量為9.47 億t標(biāo)準(zhǔn)煤[1-2]，全國(guó)建筑總面積達(dá)到 642.47 億m2，其中暖通空調(diào)的能耗在逐年增加，占據(jù)舉足輕重的地位?？諝庠礋岜靡云涓咝?、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用[3-4]，但在低溫工況運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)面臨蒸發(fā)溫度過低、壓縮比大、運(yùn)行不穩(wěn)定、制熱效率明顯下降等問題[5-6]，當(dāng)機(jī)組排氣溫度過高時(shí)，甚至出現(xiàn)非正常停機(jī)現(xiàn)象。

為提高空氣源熱泵在低溫下供熱性能和運(yùn)行穩(wěn)定性，學(xué)者已開展大量的相關(guān)研究[7]。Zhu等[8]提出了一種太陽(yáng)能作為輔助熱源，雙噴嘴引射器的空氣源熱泵循環(huán)系統(tǒng)，拓寬了工作溫度區(qū)間，減少了節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)性能。Li等[9]對(duì)太陽(yáng)能-空氣耦合熱泵的不同制冷劑進(jìn)行模擬，結(jié)果表明R22、R134a和R744工作性能相似，但CO2制冷劑可用于低溫環(huán)境。Wei等[10]提出了一種控制空氣源熱泵排氣溫度過高的方法，采用R410A作為制冷劑，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，排氣溫度合理，經(jīng)濟(jì)系數(shù)高于普通的集中供暖。還有學(xué)者研究采用新型制冷劑[11]、多級(jí)壓縮系統(tǒng)[12]、制冷劑噴射技術(shù)[13-14]等，提高空氣源熱泵的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。

以上學(xué)者都是通過改進(jìn)熱泵循環(huán)系統(tǒng)，來適應(yīng)低溫環(huán)境。此外，鮮有學(xué)者研究提取水的凝固潛熱從源頭上提高蒸發(fā)器的溫度，進(jìn)而提高空氣源熱泵的性能系數(shù)[15-16]。1 t水完全凍結(jié)釋放的凝固潛熱量，可以將10 000 m3的空氣提升27 ℃，相當(dāng)于27 kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所釋放的熱能，并會(huì)減少80 kg二氧化碳的排放[17]。在提取凝固潛熱時(shí)，換熱器表面會(huì)大量結(jié)冰，系統(tǒng)要及時(shí)除冰才能不斷取熱和避免系統(tǒng)的冰堵。Kim等[18]和李麗娜[19]采用機(jī)械除冰取熱裝置來提取水的凝固潛熱，通過機(jī)器帶動(dòng)除冰部件運(yùn)動(dòng)，除去換熱裝置上的冰層;武瀟等[20]采用液固流化床的方法除冰，通過固體顆粒頻繁碰撞換熱器壁面上的冰層，避免冰晶在壁面沉積影響換熱;Wang等[21]利用熱熔法，將冷凝器產(chǎn)生的高溫末端水溶化凝固換熱器上的冰層。

綜上，在低溫工況下即使改進(jìn)空氣源熱泵的循環(huán)系統(tǒng)，也不能解決入口冷空氣溫度過低的問題。同時(shí)相變換熱器在提取潛熱時(shí)，只有靠近蒸發(fā)器管道的水才能實(shí)現(xiàn)凍結(jié)，并且需要復(fù)雜的除冰設(shè)備，降低了凍結(jié)效率、增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性?；谝陨涎芯浚疚奶岢鲇脟婌F凍結(jié)的方式來提取凝固潛熱，搭建噴霧凍結(jié)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行凝固換熱實(shí)驗(yàn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是霧化后的液滴能快速凍結(jié)成雪，瞬間釋放大量凝固潛熱，具有較高的凍結(jié)效率，并且本實(shí)驗(yàn)不需要除冰，凍結(jié)產(chǎn)物也可以利用到滑雪場(chǎng)或者冰蓄冷等領(lǐng)域上。同時(shí)本文分析了冷空氣入口溫度、噴霧水溫和成核添加劑對(duì)凍結(jié)效率和空氣溫升的影響。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和方法

提取凝固潛熱的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖如圖1所示，系統(tǒng)由4部分組成，分別為供冷系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、霧化凍結(jié)系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)。其基本工作原理：水路系統(tǒng)中的恒溫水和氣路系統(tǒng)中的高壓空氣經(jīng)過流量計(jì)調(diào)節(jié)后，同時(shí)進(jìn)入氣泡霧化噴嘴進(jìn)行充分混合，呈霧狀的液滴自上而下噴入噴霧凍結(jié)塔內(nèi)。與此同時(shí)，供冷系統(tǒng)中的冷空氣通過風(fēng)機(jī)吹到噴霧凍結(jié)塔內(nèi)，霧狀液滴與冷空氣充分接觸不斷進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，液滴自身溫度下降并過冷至成核溫度，此時(shí)液滴內(nèi)部產(chǎn)生部分冰晶，并在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生復(fù)輝現(xiàn)象使得液滴溫度再回升至凍結(jié)溫度，開始發(fā)生局部的固化相變直至固化完全，最終液滴變成雪粒被收集到噴霧凍結(jié)塔底部的積冰盤上[22]。此時(shí)液滴釋放的熱量傳遞到冷空氣中，被加熱后的空氣從出風(fēng)管道中排出。本文前期設(shè)計(jì)了氣泡霧化噴嘴，并利用噴霧流量測(cè)試系統(tǒng)和馬爾文進(jìn)行了噴嘴流量特性和霧化特性分析，測(cè)試系統(tǒng)詳見文獻(xiàn)[23-25]。當(dāng)噴嘴在工作壓力0.4 MPa、氣液質(zhì)量流量比為0.12時(shí)，液滴的索泰爾平均直徑在50 μm以內(nèi)，直徑大于100 μm的顆粒數(shù)量?jī)H占噴霧總顆粒數(shù)的5%左右，液滴的初始速度為24 m/s。同時(shí)氣泡霧化噴嘴相較于其他類型噴嘴具有工作壓力低、耗能少、成本低廉等優(yōu)勢(shì)。

圖2是噴霧凍結(jié)塔的實(shí)物圖。凍結(jié)塔由3部分組成，噴霧凍結(jié)塔的整體高度為175 cm，上部是不銹鋼梯形臺(tái)，梯形臺(tái)內(nèi)外表面均附有3 cm厚的保溫棉;凍結(jié)塔的中間部分為矩形通道，矩形通道的截面為60 cm×45 cm，高度為150 cm，通道由6 cm厚的高密度聚苯乙烯保溫板構(gòu)成;凍結(jié)塔的下部為積冰盤，積冰盤的材質(zhì)也是保溫板，積冰盤與矩形箱體的連接處，用發(fā)泡膠封填，使整個(gè)噴霧凍結(jié)塔具有良好的保溫和密封效果。實(shí)驗(yàn)中，恒溫水由保溫水箱提供，同時(shí)在保溫水箱里放置1個(gè)T型熱電偶;在距離凍結(jié)塔入口30 cm處的送風(fēng)管道內(nèi)，沿直徑等距放置3個(gè)T型熱電偶，取這3個(gè)熱電偶溫度的平均值作為冷空氣的入口溫度;凍結(jié)塔下部有2個(gè)出風(fēng)管，在出風(fēng)管的90 cm處，分別布置3個(gè)T型熱電偶，取這6個(gè)熱電偶溫度的平均值作為空氣出口溫度。冷空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入凍結(jié)塔內(nèi)，在左右出風(fēng)管道處，用熱線風(fēng)速儀多次測(cè)量風(fēng)速求平均值，實(shí)驗(yàn)風(fēng)量為284 m3/h。

2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析

2.1 數(shù)據(jù)處理

水的顯熱放熱量為

水的潛熱放熱量為

由表1可知，水的比熱是冰的2倍，水的潛熱是冰比熱的158.8倍。液滴凍結(jié)釋放的總熱量中，冰粒放出的顯熱量在總熱量中占比很小，因此忽略0 ℃冰再次降溫放出的熱量。

空氣的吸熱量為

式中：[qv]為冷空氣的體積流量，m3?h-1;[ρa(bǔ)]為冷空氣的密度，kg?m-3;[cpa]為冷空氣的比熱容， kJ?kg-1?K-1;[ta2]為冷空氣在噴霧凍結(jié)塔的出口溫度，K;[ta1]為冷空氣在噴霧凍結(jié)塔的進(jìn)口溫度，K。

實(shí)驗(yàn)的凍結(jié)效率φ[26]：

2.2 誤差分析

實(shí)驗(yàn)中，所用的測(cè)溫元件為T型熱電偶，經(jīng)恒溫水浴標(biāo)定后，測(cè)量精度為±0.1 K;噴霧凍結(jié)塔的風(fēng)量用德圖testo-405-v1熱線風(fēng)速儀測(cè)量，其風(fēng)速儀的測(cè)量精度為±0.685 m/s;水路系統(tǒng)中液相轉(zhuǎn)子流量計(jì)的額定流量為8 kg?h-1，實(shí)驗(yàn)前用500 mL量筒進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定中所用量筒的精度為±5 mL。實(shí)驗(yàn)的空氣溫升和凍結(jié)效率只能通過直接測(cè)量的進(jìn)出口溫度、出口風(fēng)速、噴霧流量等參數(shù)去計(jì)算，因此根據(jù)誤差分析理論，采用二次冪法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不確定度的分析。

經(jīng)計(jì)算得出，本實(shí)驗(yàn)中進(jìn)出口空氣溫升和凍結(jié)效率的不確定度為2.42%和4.24%。

3 結(jié)果與分析

3.1 冷空氣入口溫度對(duì)凍結(jié)換熱的影響

圖3是不同冷空氣入口溫度下，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，積冰盤上承接的凍結(jié)產(chǎn)物圖。由圖中發(fā)現(xiàn)，冷空氣入口溫度不同，凍結(jié)產(chǎn)物的形態(tài)差別較大。圖3a）的冷空氣入口溫度為-8 ℃，此時(shí)有些液滴被凍結(jié)，凍結(jié)的液滴與未被凍結(jié)的液滴在積冰盤上均勻混合，形成了流動(dòng)性較好的“冰漿”;圖3b）的冷空氣入口溫度是-11 ℃，此時(shí)積冰盤上開始出現(xiàn)雪，但雪浸入到未凍結(jié)的水中，形成雪與水的混合物“雪漿”，說明一部分液滴可以被完全凍結(jié)，釋放凝固潛熱;圖3c）的冷空氣入口溫度是-14 ℃，此時(shí)大部分液滴被凍結(jié)成雪，但用手攥仍能擠壓出水，說明雪中仍含較多的水;圖3d）的冷空氣入口溫度是-20 ℃，此時(shí)液滴被完全凍結(jié)變成白色雪粒，雪粒較細(xì)，雪層蓬松，接近干雪狀態(tài)，說明此時(shí)噴霧凍結(jié)的效果最好。因此，冷空氣入口溫度越低，液滴凍結(jié)后越接近“雪”態(tài)，液滴凍結(jié)越完全，釋放的凝固潛熱越多。

噴霧流量為[qm]= 8 kg/h，冷空氣風(fēng)量為[qv]= 284 m3/h，改變冷空氣入口溫度對(duì)凍結(jié)效率和空氣溫升的影響如圖4所示。由圖可見，隨著冷空氣入口溫度的升高，凍結(jié)效率和空氣溫升逐漸減小。這主要是噴霧凍結(jié)塔內(nèi)液滴與空氣之間的溫差減小，液滴凍結(jié)的驅(qū)動(dòng)力下降，導(dǎo)致液滴與空氣間的傳熱速率減小，液滴的凍結(jié)速度減慢。單位時(shí)間內(nèi)，凍結(jié)的液滴數(shù)量變少，導(dǎo)致液滴的凍結(jié)效率下降，釋放的相變潛熱量減少，進(jìn)而引起空氣溫升的下降。噴霧流量為8 kg/h時(shí)，液滴完全凍結(jié)引起的理論空氣溫升為7.74 ℃，實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)冷空氣入口溫度分別為-8 ℃、-11 ℃、-14 ℃、-17 ℃和-20 ℃時(shí)，實(shí)測(cè)空氣溫升分別為4.95 ℃、5.28 ℃、5.72 ℃、6.29 ℃、7.05 ℃，這說明冷空氣入口溫度越低，完成凍結(jié)的液滴越多，噴霧凍結(jié)塔的實(shí)測(cè)空氣溫升越接近理論空氣溫升，提取的凝固潛熱量越多。在我國(guó)，冬季北方大部分地區(qū)最冷月的氣溫低于-8 ℃[27]，實(shí)驗(yàn)中冷空氣入口溫度最高為-8 ℃時(shí)，凍結(jié)效率和空氣溫升分別為61.7%和4.95 ℃，說明一半以上液滴被凍結(jié)，釋放相變潛熱。因此用噴霧凍結(jié)來提取凝固潛熱的方式，具有凍結(jié)效率高，空氣溫升大，實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 噴霧水溫對(duì)凍結(jié)換熱的影響

在冷空氣入口溫度為-20 ℃、-17 ℃和-11 ℃時(shí)，改變噴霧水溫對(duì)凍結(jié)效率的影響如圖5所示。由圖中發(fā)現(xiàn)，隨著噴霧水溫的升高，3條曲線的凍結(jié)效率均不斷降低。這是由于在液滴凍結(jié)過程中，先進(jìn)行顯熱放熱，接著進(jìn)行凝固潛熱放熱，最后進(jìn)行冰粒顯熱放熱，當(dāng)噴霧水溫大于0 ℃時(shí)，液滴在噴霧凍結(jié)塔內(nèi)先進(jìn)行顯熱換熱，將自身的溫度降到0 ℃，液滴才被凍結(jié)。實(shí)驗(yàn)中凍結(jié)塔內(nèi)冷空氣的平均風(fēng)速為0.3 m/s，液滴在1 s內(nèi)下落到凍結(jié)塔的積冰盤上[28]。液滴的溫度越高，下落行程中，液滴的顯熱換熱時(shí)間越長(zhǎng)，凍結(jié)換熱時(shí)間變短，部分液滴來不及與冷空氣換熱，直接濺落到積冰盤上，這導(dǎo)致液滴凍結(jié)不徹底，凝固潛熱釋放不完全，因此凍結(jié)效率隨著噴霧水溫的升高而不斷下降。從圖中還可以發(fā)現(xiàn)，3條曲線的下降幅度不同，當(dāng)冷空氣入口溫度分別為-20 ℃、-17 ℃和-11 ℃時(shí)，凍結(jié)效率曲線的降幅分別為5.7%、13.8%、18.9%，冷空氣入口溫度越低，噴霧水溫對(duì)液滴的凍結(jié)效率影響越小。這是-20 ℃的冷空氣入口溫度相對(duì)-17 ℃和-11 ℃時(shí)，噴霧凍結(jié)塔內(nèi)液滴與冷空氣之間的溫差更大，液滴與冷空氣之間的對(duì)流換熱更強(qiáng)，液滴完成顯熱換熱的時(shí)間變短，同時(shí)凍結(jié)塔內(nèi)有足夠多的冷量，使完成顯熱換熱的0 ℃液滴被凍結(jié)，釋放相變潛熱，因此噴霧水溫對(duì)凍結(jié)效率影響不大。

噴霧水溫對(duì)空氣溫升的影響如圖6所示，圖中3條曲線隨著噴霧水溫的增加而升高。這是由于在噴霧流量一定時(shí)，噴霧水溫越高，液滴含有的總熱量越多，液滴凍結(jié)釋放的熱量也越多，空氣溫升越明顯。5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃的液滴冷卻到0 ℃放出顯熱量，理論上可讓流量為284 m3/h的冷空氣分別升高0.46 ℃、0.91 ℃、1.36 ℃、1.82 ℃。實(shí)驗(yàn)時(shí)，水路系統(tǒng)的水管內(nèi)徑為4 mm，氣泡霧化噴嘴的噴孔直徑為1 mm，在冷空氣入口溫度低于-17 ℃時(shí)，水管和噴嘴中流動(dòng)的水也極易被凍結(jié)，影響實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定和安全。綜合考慮噴霧水溫對(duì)凍結(jié)效率、空氣溫升和實(shí)驗(yàn)安全性的影響，故在冷空氣入口溫度高于-17 ℃時(shí)，選擇5 ℃及以下的水溫;在冷空氣入口溫度低于-17 ℃時(shí)，應(yīng)選擇10 ℃及以上的高溫水，這樣既可以保證較高的凍結(jié)效率和空氣溫升，又能提高實(shí)驗(yàn)的安全可靠性。

3.3 成核劑對(duì)凍結(jié)換熱的影響

相關(guān)文獻(xiàn)[29]研究表明，硼砂是一種有效的成核劑，在水溶液中加入硼砂，有助于液滴的凍結(jié)。在室溫條件下，用DRE-2B導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀測(cè)量不同濃度硼砂溶液的導(dǎo)熱系數(shù)，如圖7所示。圖中導(dǎo)熱系數(shù)曲線隨著硼砂溶液濃度增加呈線性升高，溶液濃度越高，導(dǎo)熱能力越強(qiáng)，圖中水溶液的導(dǎo)熱系數(shù)為0.57 W×m-1×K-1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%硼砂溶液的導(dǎo)熱系數(shù)為0.62 W×m-1×K-1，其導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)于水提高了9.5%。

圖8是液滴凍結(jié)效率和空氣溫升隨硼砂溶液濃度的變化曲線。由圖中發(fā)現(xiàn)，在不同冷空氣入口溫度下，凍結(jié)效率和空氣溫升均隨著溶液濃度的增大而升高。從宏觀上分析，這是由于硼砂溶液濃度增加，霧化后液滴導(dǎo)熱系數(shù)升高，單位時(shí)間內(nèi)液滴傳熱能力增強(qiáng)，能及時(shí)將自身的熱量傳遞給冷空氣，液滴的凍結(jié)速率加快，曲線逐漸升高;從微觀上分析，液滴中加入硼砂，有助于減小臨界成核半徑，促進(jìn)液滴的非均勻成核，同時(shí)硼砂溶液濃度越高，液滴中含有的硼砂越多，液滴凍結(jié)時(shí)，有助于晶核的形成和枝晶的生長(zhǎng)，減小過冷度，提高了液滴的凍結(jié)速度，因此硼砂溶液濃度越高，液滴的凍結(jié)效率越大，釋放的凝固潛熱越多，空氣溫升越明顯。當(dāng)冷空氣入口溫度為-17 ℃時(shí)，水溶液的凍結(jié)效率和空氣溫升分別為80.2%、6.29 ℃，1.5%硼砂溶液的凍結(jié)效率和空氣溫升分別為93.8%、7.29 ℃，其凍結(jié)效率和空氣溫升相對(duì)于水溶液分別提高了13.6%和1 ℃，說明加入硼砂成核劑明顯提高了液滴的凍結(jié)效率和空氣溫升，同時(shí)硼砂價(jià)格便宜，性質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)熱系數(shù)大，是一種良好的成核添加劑，可在工程中廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)論

本文進(jìn)行了常壓下采集水中凝固潛熱的噴霧凍結(jié)實(shí)驗(yàn)，研究了冷空氣入口溫度、噴霧水溫和成核添加劑對(duì)凍結(jié)效率和空氣溫升的影響。結(jié)果顯示：1）冷空氣入口溫度越低，液滴凍結(jié)越完全，空氣出口溫度越高。冷空氣入口溫度為-8 ℃時(shí)，液滴凍結(jié)效率已有61.7%，空氣溫升已達(dá)4.95 ℃，表明噴霧凍結(jié)提取凝固潛熱的方式具有凍結(jié)效率高、空氣溫升大的優(yōu)點(diǎn)。2）噴霧水溫越高，液滴的凍結(jié)效率下降，但空氣進(jìn)出口溫升增加。噴霧水溫對(duì)液滴凍結(jié)效率的影響隨著冷空氣入口溫度的降低而減弱。3）硼砂溶液濃度越高，凍結(jié)成核能力越強(qiáng)，凍結(jié)效率和空氣溫升越大。冷空氣入口溫度為-17 ℃時(shí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%硼砂溶液的凍結(jié)效率和空氣溫升相對(duì)于水分別提高了13.6%和1 ℃。

參考文獻(xiàn)：

[1]? ? 張宏，MANFRED N F，胡心怡，等. 基于光伏建筑一體化（BIPV）的智慧化產(chǎn)能建筑設(shè)計(jì)研究[J]. 供用電，2020，37（8）：21-27.

[2]? ? IEA. World Energy Outlook 2017[R]. Paris：International Energy Agency，2017：512-538.

[3]? ? 王艷，高文學(xué)，楊林，等. 空氣源熱泵頻繁除霜下供熱采暖運(yùn)行特性研究[J]. 河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，48（2）：62-68.

[4]? ? CARROLL P，CHESSER M，LYONS P. Air Source Heat Pumps field studies：a systematic literature review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2020，134：110275.

[5]? ? GAO P，WANG L W. Investigation on the air-source chemisorption heat pump for the severely cold regions[J]. Applied Thermal Engineering，2020，179：115694.

[6]? ? 王亮，李欣林. 高原地區(qū)空氣源熱泵及輔助熱源復(fù)合系統(tǒng)能耗研究[J]. 可再生能源，2016，34（5）：732-736.

[7]? ? ZHOU C H，NI L，WANG J，et al. Investigation on the performance of ASHP heating system using frequency-conversion technique based on a temperature and hydraulic-balance control strategy[J]. Renewable Energy，2020，147：141-154.

[8]? ? ZHU L，YU J L，ZHOU M L，et al. Performance analysis of a novel dual-nozzle ejector enhanced cycle for solar assisted air-source heat pump systems[J]. Renewable Energy，2014，63：735-740.

[9]? ? LI S S，LI S H，ZHANG X S. Comparison analysis of different refrigerants in solar-air hybrid heat source heat pump water heater[J]. International Journal of Refrigeration，2015，57：138-146.

[10]? WEI W Z，NI L，ZHOU C H，et al. Performance analysis of a quasi-two stage compression air source heat pump in severe cold region with a new control strategy[J]. Applied Thermal Engineering，2020，174：115317.

[11]? HAKKAKI-FARD A，AIDOUN Z，OUZZANE M. Applying refrigerant mixtures with thermal glide in cold climate air-source heat pumps[J]. Applied Thermal Engineering，2014，62（2）：714-722.

[12]? WU J H，YANG Z G，WU Q H，et al. Transient behavior and dynamic performance of cascade heat pump water heater with thermal storage system[J]. Applied Energy，2012，91（1）：187-196.

[13]? WEI W Z，NI L，XU L F，et al. Application characteristics of variable refrigerant flow heat pump system with vapor injection in severe cold region[J]. Energy and Buildings，2020，211：109798.

[14]? WEI W Z，NI L，WANG W，et al. Experimental and theoretical investigation on defrosting characteristics of a multi-split air source heat pump with vapor injection[J]. Energy and Buildings，2020，217：109938.

[15]? 章文杰，李念平，王麗潔. 熱源塔熱泵系統(tǒng)相變潛熱的應(yīng)用研究[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（S1）：58-61.

[16]? GUO X C，MA Z X，MA L D，et al. Experimental study on the performance of a novel in-house heat pump water heater with freezing latent heat evaporator and assisted by domestic drain water[J]. Applied Energy，2019，235：442-450.

[17]? STEWART K M. Physical properties of water[M]. Encyclopedia of Inland Waters. Amsterdam：Elsevier，2009：148-154.

[18]? KIM B S，SHIN H T，LEE Y P，et al. Study on ice slurry production by water spray[J]. International Journal of Refrigeration，2001，24（2）：176-184.

[19]? 李麗娜. 非清潔水源凝固潛熱采集裝置及其熱泵系統(tǒng)運(yùn)行性能研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱商業(yè)大學(xué)，2014.

[20]? 武瀟，吳榮華，吳昊. 冷水相變能熱泵系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)分析[J]. 青島大學(xué)學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版），2019，34（1）：105-110.

[21]? WANG Y，WONG K K L，LIU Q H，et al. Improvement of energy efficiency for an open-loop surface water source heat pump system via optimal design of water-intake[J]. Energy and Buildings，2012，51：93-100.

[22]? 耿縣如，徐慶，李占勇，等. 噴霧冷凍法單個(gè)液滴凍結(jié)過程模擬[J]. 化工進(jìn)展，2012，31（5）：981-986.

[23]? 劉聯(lián)勝，王露露，于祥，等. 混合室結(jié)構(gòu)對(duì)氣泡霧化噴嘴噴霧特性的影響[J]. 熱科學(xué)與技術(shù)，2017，16（2）：114-119.

[24]? 樊建廣. 氣泡霧化噴嘴的實(shí)驗(yàn)與模擬研究[D]. 天津：河北工業(yè)大學(xué)，2015.

[25]? 畢江純. 氣泡霧化噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)噴霧特性的影響規(guī)律研究[D]. 天津：河北工業(yè)大學(xué)，2015.

[26]? 徐愛祥. 新型真空液滴制冰特性研究[D]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2010.

[27]? 李俊. 嚴(yán)寒寒冷地區(qū)空氣源熱泵系統(tǒng)室外計(jì)算溫度選擇的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2018.

[28]? 馬善軍，李鵬輝，孔令健，等. 蒸發(fā)式過冷水制冰液滴蒸發(fā)結(jié)晶的模擬[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（23）：213-217.

[29]? ZHAO Y，ZHANG X L，XU X F，et al. Research progress in nucleation and supercooling induced by phase change materials[J]. Journal of Energy Storage，2020，27：101156.