空氣源熱泵冬季結霜條件與除霜方法

熱泵應用及結霜條件

當空氣源熱泵機組在正常工況下運行時，蒸發器從周圍空氣中吸收熱量，導致蒸發器翅片表面溫度降低。隨著循環的進行，蒸發器翅片表面溫度繼續降低，直至低于周圍空氣的露點溫度時，空氣中的水蒸汽便在翅片表面結露，若翅片溫度低于0℃，其表面會出現結霜現象。隨著循環的繼續進行，霜層會進一步加厚，逐漸覆蓋整個蒸發器。霜層的出現增大了空氣和工質之間的換熱熱阻，嚴重阻礙了蒸發器的換熱性能。不僅如此，霜層的增厚還加大了空氣流過翅片的阻力，降低了空氣流量，導致蒸發器性能衰減。這些問題都將導致熱泵產品不能正常工作甚至損壞。因此，采用合理有效的除霜方法顯得尤為重要。

除霜方式分析

熱電除霜

通過在換熱器上安裝適當功率的電阻，當蒸發器上霜層積累到一定程度時，開關開啟，電阻絲通電發熱融霜。這一方法簡單易行，但從節能角度來看不可取。

逆循環除霜

一種是在蒸發器盤管上安裝溫度傳感器，通過檢測室外盤管溫度來判斷是否結霜。另一種是通過檢測冷凝器盤管溫度與室溫（或水溫）的差值來判斷室外蒸發器是否結霜，即當蒸發器結霜后，其換熱效率降低，導致冷凝器的換熱量下降，盤管溫度下降，當檢測到冷凝器盤管溫度與室溫（或水溫）的差值低于一定值時，可以判斷室外換熱器結霜較嚴重。

除霜時啟動換向除霜程序，四通換向閥動作，改變制冷劑的流向，讓機組由制熱運行狀態轉為制冷運行狀態，壓縮機排出的高溫氣體通過四通閥切換至室外換熱器中進行融霜，當室外盤管溫度上升到某一溫度值時，結束除霜。

制冷劑過冷放熱除霜

該方法是將冷凝器出來的制冷劑過冷后節流，再進入蒸發器以融化蒸發器上的霜層。

在制熱工況的除霜狀態下，4個電磁閥只打開一個，由冷凝器出來的液態制冷劑，從打開的電磁閥進入翅片換熱器進行過冷放熱除霜，再進入與打開電磁閥所對應的氣液分離器。從氣液分離器出液口出來的制冷劑進入集液管，再經節流閥進入分配器，經過單向閥進入余下的3個管路進入蒸發器蒸發，氣態制冷劑進入對應的氣液分離器，然后從出氣口匯集到集氣管再經斯通換向閥進入壓縮機，完成循環。通過設置在微霜時就將霜除掉，從而使機組在無霜狀態下運行。

風機反轉法除霜

該方法是在換向除霜的基礎上改進而來，即在除霜過程中啟用風扇反轉，使其按反方向送風，強制空氣由非結霜側進入風側換熱器并向結霜側流動，將被加熱的空氣吹向霜層而除霜。這種除霜方式充分利用了風側換熱器的熱量，依靠對流、導熱、輻射3種傳熱方式同時融霜，效率明顯優于傳統除霜方式。同時，一定的風壓還能促使霜殼瓦解脫離換熱器表面，對流換熱的加入使得除霜過程進行得迅速而徹底。但由于增加了中間繼電器和壓力開關等器件，加大了生產成本。

水力除霜

對于大型熱泵系統，常采用水力除霜的措施。通過用熱水沖淋室外蒸發器達到除霜的目的。這種除霜方式設備簡單，但是造成了除霜后蒸發器周圍空氣含濕量太高，容易再次結霜，不適合在北方等氣溫較低的地區使用。且對水資源的浪費較大，需要獨立的水系統。

氣動除霜

該方式利用壓縮空氣產生高速射流直接吹除霜層，隨時清除蒸發器表面上的微小凝霜，使蒸發器表面始終保持無霜狀態。它最大的優勢在于不間斷的對室內供熱，室內熱環境波動微弱，保證了舒適度。但是壓縮空氣需要增加額外功耗，整機的造價成本也較高。

目前，國內大多數空氣源熱泵熱水器生產企業主要采用熱氣除霜方法，具體為逆循環除霜和熱氣旁通除霜。逆循環除霜會影響到空氣源熱泵熱水器的供水，即在除霜期間，無法為用戶提供有效水溫的熱水，同時，經過除霜后，原有的熱水溫度會降低，從能量角度講，這種除霜過程的損失相當于兩倍除霜時間的停機，經測算，會使機組的供熱量下降l0％左右。

并且，四通閥頻繁換向會影響其可靠性及壽命。而熱氣旁通除霜由于高壓側冷媒的熱量還是來自于蒸發器中吸收的熱量，當氣溫較低，除霜不夠快時，將沒有足夠熱量吸收，會使主機進入保護性停機狀態。如采用簡單的旁通之路，則易產生壓縮機液擊現象。同時，在除霜過程中，因壓縮機的排氣量減少，會影響加熱熱水的效果，無法滿足正常熱水量的需求。