四通阀热泵模型的打开路径为GTI\v2024\examples\Air_Conditioning_and_Heating\Heat_Pump_HVAC_Systems\4-Way_Valve_Heat_Pump，如下图所示

模型打开后可看到如下图的模型结构，包括了室内换热器和室外换热器等关键部件，通过四通换向阀进行制冷模式和制热模式切换。

其中，四通换向阀在模式切换的过程中起着重要的作用，将其展开后可得到如下图的结构，通过一组控制对4个OrificeConn部件进行流量控制，被控部件的属性是流量系数Discharge Coefficient。

当运行模式为“制冷”时，换向阀中的蓝色孔开启，红色孔关闭，那么制冷剂的流动顺序为：从室外换热器OutdoorHX出来的制冷剂经过换向、膨胀阀、到达室内换热器IndoorHX，如下图黑色箭头所示。

当运行模式为“采暖”时，换向阀中的红色孔开启，蓝色孔关闭，那么制冷剂的流动顺序为：从室内换热器IndoorHX出来的制冷剂经过换向、膨胀阀、到达室外换热器OutdoorHX，如下图黑色箭头所示。另一个四通换向阀也采用了相同的过程。

在采暖工况下，热泵系统的室外换热器有可能出现结霜现象，为了降低霜层对换热性能的影响，此模型还设置了一个简单的除霜控制策略。打开Misc Controller控制器，各控制部件的用途和含义如下图所示。

最终的执行信号由SendSignal部件发出，信号名称为“DefrostTrigger”，“0”表示开启除霜，“1”表示关闭除霜。

引用的霜层厚度的信号如下图所示（室外换热器风侧霜层厚度）。

假设在采暖工况下，霜层厚度达到了一定数值，那么该控制器的判断结果如下图所示。

图中含有3处假设的输入条件，在采暖模式下开启除霜功能，且换热器表面的霜层厚度达到一定值后的执行结果。相反的，不满足除霜时将输出“1”信号。

当开启除霜时，四通换向阀接收该“0”信号，并从制热工况切换到制冷工况，为室外换热器除霜，如下图所示说明。

其他的控制器的执行：

①除霜阶段压缩机将以1000rpm运行

②空调三箱把与室内换热器平行的旁路打开，防止大量冷空气被吹进驾驶室

③在除霜过程中，启用风暖PTC为驾驶室提供暖风

④室外风扇被禁用，以防止霜层的进一步积累

在GT中共有3种冷凝模型可以使用。

（1）On Gas：体相冷凝

这种冷凝过程发生在空气中，也就是所说的“雾状”。

在冷凝过程中，水蒸气分压将保持在饱和压力，水的冷凝速率（流量）取决于压力的变化，出口的相对湿度将始终为100%，流体和壁面仅发生对流换热，无潜热热量。

（2）On Wall：壁面冷凝

该模型与On Gas近似，水蒸气分压达到饱和值时发生冷凝，且水分压持续保持在饱和压力，冷凝速率同样由压力驱动。

最主要的区别是潜热的计算部分，该冷凝过程发生在壁面，潜热热量将会提高壁面温度。

（3）Non-Equilibrium：非平衡模型，2023版之后增加

“非平衡”冷凝模型是一种更精确的模型，用于确定冷凝速率以及何时发生冷凝。

冷凝速率由空气层和饱和层的摩尔分数差驱动，再乘以传质系数，差值越大冷凝速度越高。

在GT-v2023以前只能选择“On Gas”和“On Wall”两种“平衡的”冷凝模型，冷凝过程如下焓湿图中的红色线所示；在GT-v2023及以后的版本可以选择“非平衡”冷凝模型，如图蓝色线所示。

（1）Non-Equilibrium——非平衡模型：此模型适用于大多数场景，而且预测的效果比较好。同时此模型中也包含了“On Gas”平衡模型特性，几乎适用于计算任何情况下发生的壁面冷凝。

（2）On gas——属于平衡模型：当体相冷凝是唯一的冷凝形式时，此选项仍然有效。由于没有基于壁面的冷凝过程，因此可以比非平衡模型节省计算量。此选项不推荐用于替代壁面冷凝，否则空气温度将过度冷却。

（3）On Wall——属于平衡模型：不再推荐，壁面冷凝过程推荐使用非平衡模型。

下图的一组测试数据（空气温度、湿度）可以显示出非平衡模型的优势：

冷凝模型的总结：

GT中对于结霜的计算过程包括了凝华模型、升华模型、融化模型，也是基于非平衡的过程得到的。结霜速率由流体中的水蒸气与靠近壁面或靠近霜面的水蒸气之间的摩尔分数差驱动，示意图如下。

GT中对于霜层的物性参数也有针对的算法，同时也会考虑霜层对于空气侧压降的影响，详细过程请参考GT的《Flow》手册。

（1）冷凝模型

例如，在蒸发器的Secondary模型中，在Option选项中通过下拉菜单选择冷凝模型

在蒸发器的Main模型中，可以勾选有关湿度计算的选项，从而更好的拟合换热属性。

（2）结霜模型

在蒸发器的Secondary模型中，勾选结霜的选项即可激活功能。

以下内容是该热泵案例模型的计算结果：

采暖工况下室外换热器的除霜厚度、结霜速率、融化速率曲线如下：

制冷工况下室内换热器的潜热和显热的热量曲线：

制冷工况下的冷凝水流量的变化曲线：

更多有关信息请来信咨询gt-support@atic-cn.cn或support@atic-cn.cn