空气源热泵除霜研究
空气源热泵除霜方法的研究现状及展望
空气源热泵除霜方法的研究现状及展望空气源热泵是一种利用室外空气中的热能加热室内环境的系统，可以用于取暖和热水供应。
然而，在使用过程中，空气源热泵面临着除霜问题。
因此，研究除霜方法成为了热泵技术的研究热点。
以下是空气源热泵除霜方法的研究现状及展望。
目前，空气源热泵的除霜方法主要有以下几种：1.周期性的逆转热泵周期：这种方法通过逆转制冷循环的工作过程，将表面冰层融化，并把融化水排出系统。
这种方法简单直接，但能耗较高。
2.电热除霜：在热泵蒸发器表面安装电加热器，通过加热使冰层融化。
这种方法较为常见，但能耗较高。
3.感应电热除霜：将热泵蒸发器表面加热片替换为线圈，通过感应加热的方式进行除霜。
这种方法能耗较低，但材料成本较高。
未来，对空气源热泵除霜方法的研究将继续深入。
以下是几个可能的展望：1.新型材料的应用：目前，电热除霜方法和感应电热除霜方法在能耗和成本方面存在一定的问题。
因此，研究者可以将目光投向新型材料的研发。
比如，通过设计特殊导热材料，提高蒸发器表面的热传导能力，从而加快除霜过程。
2.微创技术的应用：目前，空气源热泵的除霜方法大都需要停机进行操作，影响系统的正常运行。
因此，研究者可以探索微创技术的应用，例如利用微小的振动或者声波，直接作用于蒸发器表面，从而减少除霜时间。
3.智能控制系统的应用：目前，空气源热泵的除霜方法大多是基于定时或者温度的设定。
由于室外环境的变化，这种方法往往无法满足实际需求。
因此，研究者可以借助智能控制系统，结合室内外温度和湿度的实时监测数据，实现智能化的除霜控制。
总之，空气源热泵除霜方法的研究现状较为成熟，但在能耗和成本方面仍存在一定问题。
未来的研究可以探索新型材料、微创技术和智能控制系统的应用，从而实现更加高效和可靠的除霜方法。
空气源热泵机组除霜性能试验研究X
空气源热泵机组除霜性能试验研究Ξ董云达 付 兰(宁波奥克斯电气有限公司) (埃美圣龙(宁波)机械有限公司)摘 要 为了研究不同节流机构、不同除霜方式对空气源热泵机组除霜性能的影响,在空气源热泵机组上对热力膨胀阀、电子膨胀阀作为除霜节流机构,以及采用“四通换向阀直接换向除霜”和“压缩机停机四通换向阀换向除霜”2种除霜方式,进行了试验比较研究。
结果表明:采用电子膨胀阀的除霜时间比热力膨胀阀的短12s,即减少11%。
笔者提出采用电子膨胀阀+压缩机停机四通换向阀换向除霜模式的结合,具备四通换向阀换向除霜的除霜强度,解决了“奔油”等部分缺陷,而且采用电子膨胀阀进行除霜可缩短部分除霜时间。
关键词 热力膨胀阀 电子膨胀阀 四通换向阀 空气源热泵机组Experiment on defrosting performance of air2source heat pump unitDong Yunda Fu Lan(Ningbo AU X Electric Appliance Co.,Ltd.) (IM I Shenglong(Ningbo)Machinery Co.,Ltd.)ABSTRACT To study the effect of defrosting performance of air2source heat pump units, which is caused by using different expansion device and different defrosting methods,compares two methods based on using thermal expansion valve and the electronic expansion valve as the expansion device of the air2source heat pump unit including“defrosting by directly reversing four way valve”and“defrosting by reversing four way valve with compressor off”.The result shows that the defrosting period of machine with electronic expansion valve is12seconds or 11%shorter than that with thermal expansion electronic valve,so suggests integrating both two methods by using the electronic expansion valve and defrosting by reversing four2way valve with compressor off.It keeps the defrosting capability of four way valve and,in a certain ex2 tent,it can solve the problem of“pouring oil in”from compressor,in the mean time,it can shorten defrosting period by using the expansion valve.KE Y WOR DS thermostatic expansion valve;electronic expansion valve;four2way valve;air2 source heat pump unit 空气源热泵冷热水机组以其节水、冷热兼用、安装灵活、使用方便等特点受到了市场的广泛青睐,在我国大部分地区得到了广泛的应用。
空气源热泵除霜原理及除霜方式研究
空气源热泵除霜原理及除霜方式研究随着环保和节能意识日益提高，空气源热泵作为一种环保、高效、节能的供暖设备被越来越多的人所关注和使用。
在使用过程中，除霜是一个非常重要的问题，因为在低温环境下，空气源热泵容易结霜影响效率，甚至无法工作。
因此，本文将重点介绍空气源热泵除霜原理及除霜方式的研究。
一、空气源热泵除霜原理空气源热泵除霜的基本原理是将室外机表面结成的冰雪除去，使空气源热泵能够正常工作。
空气源热泵除霜的方法有三种：时间除霜、逆周期除霜、间歇除霜。
1. 时间除霜时间除霜是指空气源热泵在制热运行中定时启动除霜功能，一般设置在20~60分钟间隔，可以通过程序设定工作时间。
时间除霜的优点是简单易行，不需要多余的设备，只需通过程序设置即可。
但是时间除霜的不足之处在于不能根据室外温度的变化改变除霜间隔，如果室外温度过低，除霜间隔过短，容易影响热泵的正常运行。
此外，时间除霜在除霜期间不能进行制热，无法满足用户需要。
2. 逆周期除霜逆周期除霜是指在空气源热泵制热运行时，反向工作，将室外机的热量释放到室外，使室外机表面的冰雪融化。
逆周期除霜的优点在于它是根据室外温度的变化及时调整除霜间隔，避免了除霜时间过短或过长的问题，并且可以在除霜期间继续进行制热。
但是逆周期除霜需要使用阀门、电动阀等多余的设备，增加了设备的成本和维护难度。
3. 间歇除霜间歇除霜是指在空气源热泵制热运行时，当感应器探测到室外机表面出现冰霜时，立即启动除霜功能。
间歇除霜的优点在于它既可以根据室外温度的变化调整除霜频率，也可以避免除霜时间过长导致制热中断。
间歇除霜还可以根据不同的需求，选择合适的除霜频率和除霜时间，达到最佳的除霜效果。
但是间歇除霜同样需要使用阀门、电动阀等多余的设备，增加了设备的成本和维护难度。
二、空气源热泵除霜方式的研究除了上述三种常见的除霜方式外，随着技术的发展，还出现了一些新型的除霜方式：1. 离子风除霜离子风除霜是指通过发生器产生高能量的静电离子，将冷凝器和蒸发器表面的冰雪吹散。
浅谈空气源热泵除霜技术
浅谈空气源热泵除霜技术摘要：空气源热泵是以空气作为低温热源来进行供热的装置，因其以空气作为低品位热源，可以无偿获取，且具有一机两用、高效节能、不污染环境及安装方便的特点，在我国得到了迅速地推广。
但是，空气源热泵在运行中也存在着低温环境下易结霜的问题，从而导致制热量效率降低，提高除霜技术或者抑制结霜，是目前推进空气源热泵发展的必要条件。
本文将围绕结霜、除霜及抑制霜层的形成展开讨论。
关键词：结霜、除霜、抑制结霜1.结霜原因空气源热泵在冬季运行时，由于室外机一直在吸收空气中的热量，导致室外机换热器表面温度变低，当室外机换热器翅片表面温度低于0℃时，室外周围空气中的水蒸气就会在换热器表面结霜甚至结冰。
随着霜层的增厚将会导致蒸发温度下降、制热量下降、风量衰减等现象，最终使热泵机组不能正常工作，所以热泵在冬季运行时，除霜成为一项必不可少的工作。
根据换热器结霜过程研究表明，影响换热器上霜层形成速度的因素主要有换热器结构、结霜位置、空气流速、壁面温度和空气参数。
空气源热泵机组在结霜工况运行时，热泵的供热量和性能系数下降的幅度与室外气象参数有关。
研究表明：①发生结霜现象的室外温度范围是:-12.8℃≤t≤5.8℃且φ≥67%；②当温度高于5.8℃时，换热器表面只会结露；③当气温低于-12.8℃时，空气绝对含湿量太小，无严重结霜现象；④当气温在-12.8℃≤t≤5.8℃范围，相对湿度φ ≤67%时，由于室外换热器表面温度一般会高于空气露点温度，不会发生结霜现象；⑤当φ≥67%，实验发现在0~3 ℃的温度范围结霜最为严重；⑥空气相对湿度变化对结霜的影响远远大于温度变化对其影响。
2.除霜方法①换向除霜法换向除霜法，其基本原理是通过四通阀切换方向，从室内吸收热量，把热量输送到室外换热器，从而达到除霜的目的。
这是目前普遍采用的一种除霜方式，因为这种除霜方式不增加成本，实现起来比较简单方便。
这种除霜方式的主要实现方式为：热泵制热运行→判断需要除霜→压缩机停→四通阀换向→压缩机开→除霜完成→压缩机停→四通阀换向→压缩机开→正常制热。
空气源热泵除霜原理
空气源热泵除霜原理一、霜的形成与影响霜是由于空气中水蒸气在低温下凝结而形成的白色冰晶。
在空气源热泵工作过程中，室外蒸发器表面温度远低于空气露点温度，从而导致空气中的水蒸气在蒸发器表面冷凝并结霜。
随着时间的推移，霜层会逐渐增厚，对热泵的正常运行产生严重影响。
霜层的导热性能较差，会阻碍热量从蒸发器表面传递到空气中，导致热泵系统的能效比下降，同时蒸发器的散热效果也会变差，导致热泵系统的整体性能降低。
二、除霜必要性为了避免因霜层积累而对热泵系统性能产生负面影响，需要采取有效的除霜措施。
除霜的目的是确保热泵系统能够正常运行，并保持较高的能效比和稳定的散热效果。
除霜的方法有很多种，包括逆循环除霜、智能除霜、加热除霜等。
选择合适的除霜方法可以有效延长热泵系统的使用寿命，提高其稳定性和可靠性。
三、除霜时机确定确定除霜时机是确保除霜效果的关键。
常见的除霜时机判断方法有定时除霜、温度除霜、压差除霜等。
定时除霜是根据设定的时间间隔进行除霜，这种方法简单易行，但可能存在除霜过早或过晚的情况。
温度除霜是通过检测蒸发器表面温度来判断是否需要除霜，这种方法比较准确，但需要温度传感器的支持。
压差除霜是通过检测蒸发器进出口空气压力来判断是否需要除霜，这种方法简单可靠，但精度相对较低。
根据实际情况选择合适的除霜时机判断方法，可以更好地平衡热泵系统的能效比和稳定性。
四、逆循环除霜方式逆循环除霜是通过改变热泵系统的运行方式来进行除霜的。
在逆循环除霜过程中，压缩机的高温高压气体不直接进入蒸发器进行换热，而是通过四通阀改变方向后进入冷凝器，通过放热来化掉蒸发器表面的霜层。
在逆循环除霜过程中，蒸发器内的压力和温度会发生变化，同时会有一部分制冷剂被反向循环带回到压缩机中。
由于制冷剂在循环过程中会对管路进行加热，因此这种方法可以有效化掉蒸发器表面的霜层。
逆循环除霜方式的优点是技术成熟、操作简单、可靠性高，但需要注意的是，在除霜过程中热泵系统的能效比会降低。
空气源热泵除霜原理及除霜方式
06
结论与展望
对空气源热泵除霜原理及方式的总结
霜冻形成机制：在低温环境下，空气源热泵的蒸发器表 面容易结霜，影响热泵性能。结霜主要原因是空气中的 水蒸气在蒸发器表面冷凝成冰晶。
除霜方式
优点
能够根据实时数据动态调整除霜策略，提高能效和除霜效果。
缺点
需要复杂的控制系统和传感器，成本较高；对算法和数据处理能力 有一定要求。
每种除霜方式的优缺点比较
定时除霜方式优点在于简单可靠，成 本较低；缺点在于不能适应环境变化 ，可能导致能效降低。
VS
智能除霜方式优点在于能够根据实时 数据动态调整除霜策略，提高能效和 除霜效果；缺点在于需要复杂的控制 系统和较高的成本。综合来看，智能 除霜方式在整体性能上优于定时除霜 方式，但成本较高。在实际应用中， 可以根据空气源热泵系统的具体需求 和预算选择合适的除霜方式。
对比研究不同除霜方式的综合性能， 建立综合评价指标体系，为用户提供 实用参考。
开发自适应除霜控制系统，根据环境 条件、热泵型号及实时运行数据，自 动调整除霜策略以降低能耗。
探究新型除霜技术，如超声波除霜、 纳米材料辅助除霜等，进一步提升空 气源热泵在低温环境下的性能。
THANKS。
能耗增加
除霜过程中，热泵需要消耗更多的 电能以产生足够的热量用于除霜。
04
空气源热泵的除霜方式
定时除霜方式
原理
通过设定固定的时间间隔进行除 霜操作。
优点
简单易行，不需要额外的传感器 或控制系统。
缺点
无法适应不同环境和天气条件下 的除霜需求，可能导致能效降低
空气源热泵除霜原理及除霜方式
实验结果展示与对比分析
电热除霜
逆循环除霜
除霜效率较高，但能耗较大，温度恢 复时间较短。
除霜效率适中，能耗相对较低，温度 恢复时间较长。
其他除霜方式
根据实验数据，分析其他除霜方式的 效果，如热气旁通除霜、超声波除霜 等。在各种除霜方式中，电热除霜具 有较高的除霜效率，但能耗较大；逆 循环除霜在除霜效率和能耗之间取得 较好的平衡；其他除霜方式如热气旁 通除霜和超声波除霜等也具有各自的 特点。综合考虑，逆循环除霜方式在 实际应用中可能更具优势。
除霜过程中，室内机吹出冷风，影响室内 舒适度。
研究目的和意义阐述
提高热泵性能
通过研究除霜原理和改进 除霜方式，降低霜层对热 泵性能的影响，提高热泵
制热性能。
降低能耗
优化除霜控制策略，减少 不必要的除霜操作，降低
除霜能耗。
提高室内舒适度
改进除霜方式，减少除霜 过程中对室内舒适度的影
响。
02
结霜现象及其形成对系统性能影响小，除霜过程
平稳。
缺点
03
除霜速度慢，效果受环境因素影响大；可能导致热泵性能下降
，甚至无法正常工作。
逆向循环除霜法原理及改进策略
01 02
原理
通过改变制冷剂流向，使蒸发器变为冷凝器，利用压缩机排出的高温高 压气体对蒸发器进行除霜。除霜完成后，制冷剂流向恢复原状，系统继 续制热。
制冷剂循环
制冷剂在压缩机作用下压缩升温，将热量传递给室内空气或水，然后在冷凝器中冷凝放热，最后通过 膨胀阀降压回到蒸发器，完成一个循环。
除霜问题对热泵性能影响
热泵性能下降
霜层覆盖蒸发器表面，增加热阻，降低传 热效率，导致热泵制热性能下降。
能耗增加
空气源热泵蓄热除霜研究进展
第37卷,总第217期2019年9月,第5期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.37,Sum.No.217Sep.2019,No.5空气源热泵蓄热除霜研究进展赵洪运1,2,邱国栋1,宇世鹏1(1.东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林132012;2.青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司,山东青岛266101)摘要:蓄热除霜因舒适性好,可靠性高,近年来成为研究热点。
本文综述了近十年来蓄热除霜的发展历程,包括蓄热器的形式、蓄热材料的种类、蓄热和除霜过程制冷剂的流程及对应的供热、除霜效果等。
综述结果表明,无论哪种蓄热除霜形式,都具有良好的除霜效果、室内舒适度和节能性。
但是现有的蓄热除霜系统中,蓄热器功能较单一(只用于除霜),除霜时室内舒适性还有进一步提升的空间。
为此,本文在现有蓄热除霜技术的基础上,提出了一种带有快速制热功能的蓄热除霜系统,可进一步提高除霜过程的室内温度和舒适性,同时在开机时能更快的使室内温度达到设定值,并从理论和实验角度分析了该系统的优势。
关键词:空气源热泵;蓄热;除霜;相变;快速制热中图分类号:TU83文献标识码:A文章编号:1002-6339(2019)05-0429-06Review of Heat Storage Defrosting of Air Source Heat PumpsZHAO Hong-yun1,2,QIU Guo-dong1,YU Shi-peng1(1.School of Energy and Power Engineering,Northeast Electric Power University,Jilin132012,China;2.Qingdao Economic&Technology Development Zone Haier Water-Heater Co.,Ltd.,Qingdao266101,China)Abstract:Heat storage defrosting is a research hotspot in recent years because of better indoor comfort and stability.This paper reviews the development of thermal storage defrosting in the past decade,inclu⁃ding the form of regenerators,the types of regenerative materials,the flow of the refrigerant during the heat storage and defrosting process,the corresponding heating and defrosting effects.The results demon⁃strate that all forms of heat storage and defrosting have a good defrosting effect,indoor comfort,and ener⁃gy saving.Nevertheless,the function of regenerator is simple relatively(heat is used only for defrosting), the indoor comfort can be further improved in the course of defrosting for the existing heat storage defros⁃ting system.In this respect,this paper presents a thermal defrosting system with fast heating based on the existing thermal defrosting technology,which can further improve the indoor temperature and comfort of the defrosting process.Meanwhile it is fast that the indoor temperature reaches set value after startup. The advantages of the system are analyzed from a theoretical and experimental perspective.Key words:air source heat pump;heat storage;defrosting;phase change;fast heating收稿日期2018-10-30修订稿日期2019-03-10基金项目:吉林省科技厅重大科技招标专项(20160203007SF);吉林市科技创新发展计划项目(201750221);吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目(JJKH20180433KJ)作者简介:赵洪运(1995~),男,本科,助理工程师,主要从事家用热泵热水器的研发工作。
空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究共3篇
空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究共3篇空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究1近年来，空气源热泵作为一种新型能源被广泛运用于房屋供暖、制冷以及热水供应领域。
然而，在使用过程中，热泵室外机会因为低温和湿度而出现结霜的问题，导致热泵的运行性能和效率受到严重影响。
因此，研究空气源热泵的延缓结霜及除霜方法显得相当重要。
一、空气源热泵的结霜原因空气源热泵的冷凝器室外风扇会吸入外界的空气，将冷媒的热量通过换热器散发到外界，同时将空气中的水蒸气也带入冷凝器中。
当冷凝器表面温度小于空气中的露点温度时，水蒸气就会在冷凝器表面凝结成霜或冰。
长时间的结霜会导致热泵的效率降低，甚至会损坏设备。
二、空气源热泵结霜的解决方法1.升高室外空气温度：增加热泵的室外机的温度可以大大减少结霜的产生。
可以通过将室外机安装在遮挡物下、加装遮阳板等方式升高温度。
2.排水系统的修复：检查排水系统中是否存在堵塞或者破损的情况，及时修复。
3.采用多联机空气源热泵：采用多联机方式，增加冷凝器的数量，使每个冷凝器的负荷降低，结霜减少。
4.加装电辅助热棒：在空气源热泵负荷较轻的情况下，可以通过加热热泵表面进行除霜。
缺点是需要增加电费，且会导致系统效率下降。
三、空气源热泵的除霜方式1.制热模式下周期性除霜：当热泵处于制热模式下，当冷凝器表面出现结霜时，通过周期性反向运行热泵来使热泵室外机除霜，此时热泵室内风机停止运行。
2.制热模式下强制除霜：当热泵处于制热模式下，当冷凝器表面结霜厚度达到一定程度，系统将自动启动强制除霜功能，此时热泵室内风机停止运行，室外机的电加热器开启使冷凝器表面融化。
3.制冷模式下周期性除霜：当热泵处于制冷模式下，当冷凝器表面结霜良率超过一定程度时，在室内温度不低于设定温度的情况下，系统周期性反向运行热泵来使热泵室外机除霜。
4.制冷模式下强制除霜：当热泵处于制冷模式下，当冷凝器表面结霜良率达到一定程度时，系统将自动实行强制除霜功能。
综上所述，为了提高空气源热泵的效率和使用寿命，延缓结霜和除霜是非常重要的。
空气源热泵除霜方法的研究现状及展望
空气源热泵除霜方法的研究现状及展望随着能源危机和环境问题的日益突出，空气源热泵作为一种高效、清洁的取暖方式，得到了越来越多的关注和应用。
然而，空气源热泵在运行过程中存在着一个普遍的问题，就是冬季工作时的结霜现象。
结霜不仅会降低热泵的换热效率，还会增加能耗和损害设备。
因此，研究空气源热泵除霜方法成为热泵领域的热点课题。
本文主要对空气源热泵除霜方法的研究现状进行综述，并展望未来的发展方向。
目前，空气源热泵除霜方法主要包括四种：时间除霜、逆周期除霜、加热除霜和在线传感器除霜。
时间除霜是指根据气温和运行时间来设定除霜周期，定时进行除霜操作。
逆周期除霜是通过改变热泵的工作模式，使其在制冷模式下进行除霜。
加热除霜是通过加热器加热空气源热泵的蒸发器，使结霜的冷凝器上的冰融化。
在线传感器除霜是通过感知冷凝器上的结霜状态，并根据结霜程度来进行除霜。
这些方法各有优缺点，适用于不同的环境和需求。
时间除霜是最简单、成本最低的一种除霜方法，适用于气温低且相对稳定的环境。
逆周期除霜是目前应用最广泛的除霜方法，可以在较低的能耗下实现较好的除霜效果。
加热除霜虽然效果明显，但能耗较大，需要额外的加热设备。
在线传感器除霜技术则可以根据结霜情况灵活调整除霜周期和时间，能够更好地适应变化的环境条件。
未来，空气源热泵除霜方法的发展主要从以下几个方面进行展望。
首先，提高除霜效率和能耗控制是重要的研究方向。
目前存在的问题是除霜时能耗较高，且需要较长的时间，影响热泵的正常运行。
因此，需要进一步研究并优化除霜过程中的各个参数，提高除霜效率，减少能耗。
其次，研发新型的除霜设备和材料也是未来的重点。
目前市场上的除霜设备主要是采用电加热方式，需要较大的能量投入，且存在一定的安全隐患。
因此，需要开发和应用新型的除霜设备和材料，如微波除霜、无能源除霜、自清洁材料等，以提高除霜效果和降低能耗。
最后，智能化和自适应控制也是未来的发展方向。
目前的除霜方法大多是基于固定的时间或传感器，无法灵活应对变化的环境条件。
空气源热泵除霜原理及除霜方式研究分析
《空气源热泵除霜原理及 除霜方式研究分析》
目 录
• 引言 • 空气源热泵除霜原理 • 空气源热泵除霜方式研究 • 空气源热泵除霜性能实验研究 • 空气源热泵除霜性能仿真研究 • 结论与展望
01
引言
研究背景和意义
空气源热泵在寒冷环境下的性能受到霜冻的影响，导致能效 降低和运行风险增加。
除霜技术的优化对于提高空气源热泵在寒冷环境下的性能具 有重要意义，因此开展此项研究具有一定的实际应用价值。
本文通过对不同除霜方式的模拟和实 验研究，得出以下结论：逆循环除霜 和热气旁通除霜在除霜效率方面表现 较好，而喷液冷却除霜在节能方面更 具优势。逆循环除霜是将压缩机排出 的高温高压制冷剂气体引入蒸发器， 利用高温气体与低温霜层的温差实现 除霜。热气旁通除霜是通过将压缩机 排出的高温气体引入旁通管道，再将 其喷向蒸发器表面实现除霜
对比分析不同的除霜方式，如逆循环除霜、热气旁通除霜、电加热除霜等，以及不同除霜方式的组合应用。
仿真结果比较
根据仿真结果，对比不同除霜方式的性能表现，包括除霜效果、热泵效率、能耗等。
仿真结果分析和优化建议
仿真结果分析
通过对仿真结果的数据分析，揭示不同除 霜方式的优缺点和适用场景，为优化建议 提供理论支持。
研究目的和方法
研究目的
探讨空气源热泵的除霜原理，分析不同除霜方式的特点和效果，为优化除霜 技术提供理论依据和实践指导。
研究方法
通过文献综述和实验研究相结合的方式，首先对空气源热泵的除霜原理进行 深入探讨，然后设计并实施实验，对不同除霜方式的性能进行比较和分析， 最后提出优化除霜技术的方案和建议。
02
优缺点
旁通除霜方式的优点是不会改变热泵 系统的正常工况，同时除霜效果也较 好。但是，由于需要设置旁通回路和 相应的控制阀，增加了系统的复杂性 。
空气源热泵(VRV)空调系统除霜特性研究
同济大学硕士学位论文空气源热泵（VRV）空调系统除霜特性研究姓名：曹静申请学位级别：硕士专业：供热、供燃气、通风及空调工程指导教师：刘传聚20030601摘要空气源热泵（ｖＲｖ）空调系统冬季运行会因结霜而影响其供热量，甚至引起运行故障，结霜情况的判定、合理的除霜控制以及除霜控制技术是亟待解决的问题。
本文主要分为四个部分：第一部分，从理论上分析了霜的形成和生长机理，讨论了影响霜层形成的因素以及结霜对机组性能的影响因素，其中室外空气的温度和湿度是影响结霜的主要因素；第二部分，分析研究现有的除霜方法和除霜控制技术，指出正确设定除霜循环起始点是热泵机组除霜控制的关键：第三部分，通过对空气源热泵（ＶＲＶ）空调系统冬季运行工况的实测，分析ＶＲＶ空调系统结霜的影响因素，对结霜运行中机组制热量、输入功率、ＣＯＰ的变化进行研究。
随着室外机结霜的进行，制热量、输入功率都呈现下降趋势，制热量甚至下降５０％左右：第四部分，通过对机组除霜工况下制热量、输入功率等参数的动态响应进行研究，分析机组除霜特性，ＶＲＶ机组采用热气逆向循环除霜方法，按时间一温度控制法控制除霜，并可根据地区设定不同的修正系数。
空气源热泵ⅣＲＶ）空调系统采用电子膨胀阀和压缩机变频调速配合控制，使除霜快速、节能。
最后，论文对ＶＲＶ机组结霜运行、有效除霜提出一些改进建议。
关键词：空气源热泵除霜电子膨胀阀除霜控制ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｗｉｎｔｅｒ，ｆｒｏｓｔｉｎｇｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆａｉｒ－ｓｉｄｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｏｆａｉｒ－ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐ（ＶＲＶ）ｓｙｓｔｅｍｉｓａｍａｊｏｒｐｒｏｂｌｅｍ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｒｅｓｕｌｔｉｎｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｉｔｓｈｅａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ｏｒｅｖｅｎｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｕｓｉｔｉｓｖｅｒｙｕｒｇｅｎｔｔｏｊｕｄｇｅｔｈｅｆｒｏｓｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｄｅｆｒｏｓｔｐｒｏｃｅｓｓｐｒｏｐｅｒｌｙ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｆｏｕｒｐａｒｔｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｎａｌｙｚｅｓｆｒｏｓｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｎｆｒｏｓｔｉｎｇｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｍｏｎｇｗｈｉｃｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｏｆｏｕｔｄｏｏｒａｉｒｐｌａｙａｌｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｉｔ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｒｏｓｔｉｎｇｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｉｒ－ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｄｅｆｒｏｓｔｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｄｅｆｒｏｓｔｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｏｆｄｅｆｒｏｓｔｃｏｎｔｒｏｌｏｆｈｅａｔｐｕｍｐｕｎｉｔｅｘｉｓｔｓｉｎｓｅｔｔｉｎｇｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｐｏｉｎｔｏｆｄｅｆｒｏｓｔｃｉｒｃｕｉｔｐｒｏｐｅｒｌｙ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｗｉｎｔｅｒ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｎｆｒｏｓｔｉｎｇｏｆＶＲＶｓｙｓｔｅｍ．ａｎｄｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｒｕｌｅｓｏｆｈｅａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ｉｎｐｕｔｐｏｗｅｒａｎｄＣＯＰｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｕｒｓｅｏｆｆｒｏｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｉｎｐｕｔｐｏｗｅｒｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆｆｒｏｓｔｉｎｇ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｗｉｌｌｅｖｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｔｏ５０％．Ｆｏｕｒｔｈｌｙ，ｂｙｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｎｄｉｎｐｕｔｐｏｗｅｒ，ｕｎｄｅｒｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｕｃｈａｓｈｅａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｆｒｏｓｔｉｎｇ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｄｅｆｒｏｓｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＶＲＶｓｙｓｔｅｍ．ＩｎＶＲＶｓｙｓｔｅｍ，ｈｅａｔｃｏｎｖｅｒｓｅｃｒｏｓｓ－ｏｖｅｒｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｄｅｆｒｏｓｔｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｄｅｆｒｏｓｔｂｙｔｉｍｅ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｓｅｔｔｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｎＶＲＶｓｙｓｔｅｍｄｅｆｒｏｓｔｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｖａｌｖｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｔｏｇｅｔｈｅｒ，ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｒａｐｉｄｄｅｆｒｏｓｔｗｉｔｈｈｉｌｇｈｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ａｔｌａｓｔ，ｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｄｅｆｒｏｓｔｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅ∥足矿ｓｙｓｔｅｍ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＡｉｒ－ｓｏｕｒｃｅＨｅａｔＰｕｍｐ，Ｄｅｆｒｏｓｔ，ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｘｐａｎｓｉｏｎＶａｌｖｅ，ＤｅｆｒｏｓｔＣｏｎｔｒｏｌ声明本人郑重声明：本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成硕士学位论文：空气源热泵（ＶＲＶ）空调系统除霜特性研究。
空气源热泵除霜原理及除霜方式研究分析
空气源热泵除霜原理及除霜方式研究分析空气源热泵是一种新型的节能环保的供暖设备，具有使用成本低、效益高等优点，深受消费者欢迎。
然而，在使用过程中，空气源热泵会出现冬季结霜的问题，这会造成设备效率低下、耗能增加等诸多问题。
因此，了解空气源热泵的除霜原理及除霜方式对于提升设备效率、降低运行成本具有重要意义。
一、除霜原理空气源热泵的除霜原理主要有以下两种：基于周期性反转的“倒换式”除霜和基于周期性切换的“双回路”除霜。
1. 倒换式除霜倒换式除霜在空气源热泵中应用较为广泛，其工作原理是通过调节制冷循环中的制热/制冷阀，将室内供暖循环转为制冷循环，室外汽化器则转变为冷凝器，从而使霜冻逐渐融化。
具体过程如下：（1）在制热模式下，热泵通过室外换热器吸收和压缩热量，将室内制热循环水加热，并通过室内暖风机将热量传递至室内。
（2）当室外换热器的温度下降到一定值时，空气中的水分就会开始凝结在换热器表面形成霜冻，同时由于室外换热器的热传递效率下降，热泵的工作效率也随之下降。
（3）为了解决结霜问题，空气源热泵会根据预设的结霜温度和时间点，通过倒换制冷/制热阀，将制热循环转为制冷循环。
通过此时的制冷循环，将制热水道中的热量释放到室外，产生高温冷凝器，从而达到除霜的效果。
（4）当除霜完成后，系统会自动切换回制热模式，继续为室内供暖。
2. 双回路除霜双回路除霜的工作原理是通过两个独立的制冷/制热回路，分别对室内和室外进行冷却和加热，实现结霜的除去。
具体过程如下：（1）在制热模式下，热泵通过室外换热器吸收和压缩热量，将室内制热循环水加热，并通过室内暖风机将热量传递至室内。
（2）当室外换热器的温度下降到一定值时，空气中的水分就会开始凝结在换热器表面形成霜冻，同时由于室外换热器的热传递效率下降，热泵的工作效率也随之下降。
（3）为了解决结霜问题，双回路除霜通过独立的制冷回路，将高压制冷剂注入到室外换热器，从而实现结霜的除去。
同时，室内的加热回路也会停止工作，避免浪费能量。
空气源热泵系统结霜及除霜实验研究
2020.12科学技术创新空气源热泵系统结霜及除霜实验研究李刚田小亮（青岛大学机电工程学院，山东青岛266071）近年来，空气源热泵因其节能环保、能源利用率高，具备制冷制热双重功能等优势在暖通空调领域得以广泛应用。
然而空气源热泵极易出现蒸发器结霜现象，空气源热泵的结霜过程极其复杂，涉及到进风温湿度、空气流量、换热器翅片类型及间距、翅片表面特性以及霜层结构等众多影响因素[1]。
更重要的是，结霜会导致换热器传热热阻增大、空气流量减少、换热能力降低等问题，因此换热器表面结霜到一定程度时需要转换为除霜模式[2]。
目前空气源热泵常用的除霜方式有电热法、逆循环法等，然而在实际工程运用中，采用这类除霜方式时往往存在化霜水清除不彻底的情况，当机组重启制热模式时，换热器表面的滞留水会使得结霜状况更加严重，甚至会对换热器造成破坏。
这不仅大大降低了空气源热泵系统工作效率及用户的热舒适度，也造成了巨大的能量损失[3]。
本文从空气源热泵系统在暖通空调领域的实际工程运用出发，搭建了空气源热泵系统结霜化霜可视化实验平台。
实验研究了空气源热泵系统在低温环境运行时霜层的形成、发展过程及其随换热器性能的影响。
并采用对低温空气除霜方法，对化霜过程及化霜效果进行了验证和探究。
同时分析了不同化霜时间下，换热器恢复制热模式时翅片表面残留的滞留水对系统性能以及换热器再结霜过程的影响。
最大限度缩短了系统化霜时间、减少了翅片表面滞留水量，降低了结霜、化霜过程对系统性能的影响，保证机组能够连续、高效、稳定地运行，降低了能耗。
1实验简介空气源热泵空调结霜化霜实验平台如图1所示，系统由过滤网、电加热器、并联复合式变频压缩制冷机组、挡水板、引风机、集水装置、保温材料等构成。
空气在引风机作用下依次经过滤网、电加热器、并联复合式1#-4#变频压缩制冷机组和挡水板。
图1实验平台系统图表1为1#-4#换热器的主要参数。
通过控制1#-4#制冷机组和电加热器的工作台数或频率实验平台能够调节空气露点温度，可以将其降至-20℃甚至更低来实现模拟不同温度湿度环境下的结霜化霜工况。
397空气源热泵-除霜-结霜量
397空气源热泵-除霜-结霜量397 空气源热泵-除霜-结霜量背景空气源热泵从空气中吸热时，当空气温度低于7℃后，空气中的水蒸气可能会在蒸发器表面结霜，具体的结霜条件如蒸发器表面温度低于0℃，空气流出蒸发器的温度低于0℃等。
蒸发器表面结霜后，会使空气流道变窄，进而影响热泵工质从环境空气中吸热，如下图（陈雪龙. 闭式热源塔热泵系统的性能试验研究[D]. 天津大学，2017）：理论结霜量蒸发器表面结霜量与空气流量、进出蒸发器温差、进蒸发器湿度等有关，几种典型工况时的理论结霜量分别约为（设流过蒸发器空气质量为1000g）：环境空气5℃（结霜量g）相对湿度（%）30 60 90出蒸发 0 0 0 1.0器空气 -2 0 0 1.6温度℃ -4 0 0.5 2.1环境空气0℃（结霜量g）相对湿度（%）30 60 90出蒸发 -2 0 0 0.2器空气 -4 0 0 0.7温度℃ -6 0 0 1.1环境空气-10℃（结霜量g）相对湿度（%）30 60 90出蒸发 -12 0 0 0.1器空气 -14 0 0 0.3温度℃ -16 0 0 0.5环境空气-20℃（结霜量g）相对湿度（%）30 60 90出蒸发 -22 0 0 0.03器空气 -24 0 0 0.13温度℃ -26 0 0 0.23设某蒸发器空气侧换热面积30m2，空气流量约 1.2kg/s （3600m3/h），当环境空气温度（即空气进蒸发器温度）0℃，相对湿度90%，出蒸发器空气温度-6℃时，理论结霜速率约1.32g/s，运行30分钟后理论结霜量约2376g，取霜的密度为150kg/m3（姚杨，姜益强，马最良. 翅片管换热器结霜时霜密度和厚度的变化[J]. 工程热物理学报，2003，24（6）：1040-1042），则蒸发器表面霜层厚度约0.53mm；当环境空气温度-20℃，相对湿度90%，出蒸发器空气温度-26℃时，理论结霜速率约0.276g/s，运行2小时后理论结霜量约1987g，蒸发器表面霜层厚度约0.44mm。
空气源热泵延缓结霜及除霜研究现状与展望
空气源热泵延缓结霜和除霜问题研究摘要：针对空气源热泵延缓结霜及除霜问题，对霜层的形成、延缓结霜技术、除霜技术三个方面的研究现状进行了评述。
总结了现存延缓结霜及除霜方法，指出了其中的不足之处。
可为空气源热泵延缓结霜以及除霜问题提供参考。
关键词：空气源热泵结霜除霜1 引言热泵是一种节能环保的供暖供冷设备，热泵可以分为空气源、水源、土壤源以及太阳能热泵等。
空气源热泵是以空气作为低温热源，从大气中获取热量，比较方便，换热设备和安装较简单。
因此在我国城市发展中得到了广泛的应用。
但是在使用过程中运行状况始终不理想，特别是在低温高湿地区制热运行时。
造成这一现象的主要原因是空气源热泵室外换热器表面的结霜导致机组运行效果差。
一方面，表面形成的霜层增加了空气流动的阻力，导致空气流量的减小，另一方面霜层的存在增大了室外换热器的导热热阻，降低了机组的性能系数。
空气源热泵的结霜问题成为了制约其发展的瓶颈。
因此，如何有效的延缓空气源热泵结霜以及高效除霜成为了空气源热泵发展的重要问题。
2 结霜问题研究霜层可以看成是由冰晶和空气组成的多孔介质，其生长过程分为三个时期，即结晶体生长期、霜层生长期和霜层充分生长期[1]。
大量的实验数据表明在结霜初期，由于霜表面极为粗糙，霜层起到了翅片作用，增加了传热效率，一定时间后尽管霜仍然继续沉积，传热效率变得与时间无关。
从现有的研究结果来看，关于结霜问题主要分为两大类：一是结霜机理的理论和实验研究；二是对结霜过程的数值模拟。
Lee[2]研究了进气温度、进气空气湿度、气流速度和冷却表面温度，研究表明：空气相对湿度和冷却表面温度是霜层形成的主要因素，高湿度低冷却表面温度会形成更厚的霜层。
郭宪民等[3]把室外换热器的结霜过程与系统的工作过程作为一个整体考虑，通过实验研究了进风空气温、湿度对室外换热器结霜的影响。
如图1所示为进口温湿度对结霜量的影响，图2为运行35分钟后不同工况结霜量比较。
从图中可以看出存在一个结霜率最大的进风温度范围。
空气源热泵除霜原理及除霜方式研究分析
空气源热泵除霜原理及除霜方式研究分析空气源热泵是众多热泵技术中的一种，它以电能为驱动。
夏季，以室外空气作为冷源，将冷量由系统输送至室内；冬季，以室外空气为热源，将热量由系统输送至室内。
空气源热泵作为一种低位热源其储量丰富，而且与传统的供热方式相比，空气源热泵既可以降低能耗，也可以减少对环境的污染。
并且空气源热泵有着既能供热又可以供冷、占用建筑空间小等优点，受到越来越多的地方的青睐。
但是，空气源热泵运行受周围环境的温湿度影响较大，在低温环境下也存在着制热量衰减和结霜的问题。
在冬季，空气源热泵对室内进行供热时，如果室外盘管的表面温度低于0℃并且低于室外空气的露点温度，空气源热泵的室外盘管就会结霜。
而空气源热泵室外换热器表面的结霜会导致机组运行的可靠性差，结霜对热泵运行主要有两个影响：其一，大量结霜聚集会使蒸发器传热性能减弱，其二，结霜阻碍了室外盘管间的气体流动，风机能量损耗增加。
因此，随着室外换热器壁面霜层的增多，室外换热器蒸发温度下降、机组制热量减少、风机性能衰减、输入电流增大、供热性能系数降低，严重时压缩机会停止运行，以致机组不能正常工作。
空气源热泵在低温高湿状态下运行时的结霜和除霜问题已成为制约其高效运行的瓶颈，如何能够有效的延缓空气源热泵结霜和高效快速的实现室外换热器除霜，减小因结霜和除霜过程对热泵机组和室内环境造成的不利影响，是关系到空气源热泵能否更广泛和高效运行的关键问题。
因此，研究和有效解决空气源热泵结霜问题，对于推广空气源热泵技术起着至关重要的作用。
一、除霜原理及过程研究在供热、制冷系统中，结霜是一种非常普遍的现象。
当空气中的水蒸气接触到温度低于空气露点温度的表面时，就会发生相变结霜现象。
在成霜初期，独立分散的霜类似于肋片，可以起到强化传热的作用，但随着时间的推移，整个冷表面逐渐被霜所覆盖，形成连续的霜层。
作为多孔介质的霜层由于导热系数小，不仅会降低系统的传热性能，增加能耗，严重时甚至会造成系统堵塞，引发非常严重的后果。
401空气源热泵-除霜-新技术
401空气源热泵-除霜-新技术401 空气源热泵-除霜-新技术背景除霜技术发展的一个重要方向是使室外换热器少霜或无霜运行。
少霜或无霜运行的相应技术路线如换热器表面处理、进换热器空气处理、引入防冻液、结霜过冷度控制等。
换热器表面处理室外换热器表面处理的具体措施很多，如使表面疏水化，减缓空气流过表面时的结霜；表面用适宜的感应材料处理，借助电磁等外场调控，使换热器表面霜难以形成或形成后自行脱除等。
进换热器空气处理在室外换热器前设置适宜的空气处理单元（如基于吸湿剂的空气中水蒸气减量单元等），使进入换热器的空气中水蒸气含量低于结霜安全含量等。
引入防冻液引入防冻液，用防冻液与空气接触吸收空气中热能，再由防冻液把热能传递给热泵蒸发器内的热泵工质（请参见“冷热平台”第395篇）。
结霜过冷度控制结霜过冷度控制的基本原理是基于空气中水蒸气并不是到0℃就结霜，也不是降温到露点就结霜，而是比冰点或露点低一定温度（如1～5℃）才结霜，实际结霜温度与理论结霜温度之差称结霜过冷度。
结霜过冷度主要与空气在换热器表面的流速、换热器表面材料特性及状态等因素有关。
当环境空气温度和湿度一定时，空气流过室外换热器速度越大，其结霜过冷度也越大，空气的实际结霜温度也越低；只要控制空气流过室外换热器过程中的空气温度和室外换热器表面温度不低于空气的实际结霜温度，就可实现热泵工质通过室外换热器从空气中吸热，又不使空气在室外换热器表面结霜。
因此，冬季室外空气参数进入易结霜区间时，室外换热器可采用大风速（如5m/s以上）、大风量（使空气进出换热器温差不超过结霜过冷度）、空气流过换热器的流场均匀（避免局部空气低流速和温度低于实际结霜温度）、换热器表面温度均匀且不低于表面空气的实际结霜温度等措施，可实现室外换热器的无霜运行。
空气源热泵除霜研究
第25卷第4期 刘 康，等：空气源热泵除霜研究 ·421· 文章编号：1671-6612（2011）04-421-04空气源热泵除霜研究刘 康 吕 静（上海理工大学环境与建筑学院 上海 200093）【摘 要】 空气源热泵的结霜问题已经成为影响空气源热泵机组可靠性的关键，提出了解决问题的三个方法：延缓结霜、除霜方法改进和除霜控制技术。
增加风量、改进换热器形式等可以有效延缓结霜，并降低结霜的程度；采用蓄能除霜法可以减少除霜时间，室内恢复供热更快；模糊控制等控制方式可以使除霜更加智能化，从而达到良好的除霜效果。
【关键词】 空气源热泵；延缓结霜；除霜 中图分类号 TB61 文献标识码 AStudy of Air-source Heat Pump DefrostingLiu Kang Lv Jing( School of Environment and Architecture,University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200093 )【Abstract 】 Air source heat pump frost has become the key of air-source heat pump. There are three ways to solve the problems. First, we can delay frost. Second, we can improve the methods of defrosting. Finally, we can use a better defrosting control. Increasing ventilation and changing the form of heat exchangers can effectively slow down the process of frosting. Energy storage defrosting can reduce the defrost time and make the heating recovery faster. Fuzzy control method makes the control of defrosting more intelligent, so as to achieve a good result.【Keywords 】 air-source heat pump; Delaying Frost; Defrosting作者简介：刘康（1987-），男，在读硕士。
空气源热泵过冷蓄能除霜系统实验研究_cropped
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第25卷第4期 刘 康，等：空气源热泵除霜研究 ·421· 文章编号：1671-6612（2011）04-421-04空气源热泵除霜研究刘 康 吕 静（上海理工大学环境与建筑学院 上海 200093）【摘 要】 空气源热泵的结霜问题已经成为影响空气源热泵机组可靠性的关键，提出了解决问题的三个方法：延缓结霜、除霜方法改进和除霜控制技术。
增加风量、改进换热器形式等可以有效延缓结霜，并降低结霜的程度；采用蓄能除霜法可以减少除霜时间，室内恢复供热更快；模糊控制等控制方式可以使除霜更加智能化，从而达到良好的除霜效果。
【关键词】 空气源热泵；延缓结霜；除霜 中图分类号 TB61 文献标识码 AStudy of Air-source Heat Pump DefrostingLiu Kang Lv Jing( School of Environment and Architecture,University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200093 )【Abstract 】 Air source heat pump frost has become the key of air-source heat pump. There are three ways to solve the problems. First, we can delay frost. Second, we can improve the methods of defrosting. Finally, we can use a better defrosting control. Increasing ventilation and changing the form of heat exchangers can effectively slow down the process of frosting. Energy storage defrosting can reduce the defrost time and make the heating recovery faster. Fuzzy control method makes the control of defrosting more intelligent, so as to achieve a good result.【Keywords 】 air-source heat pump; Delaying Frost; Defrosting作者简介：刘康（1987-），男，在读硕士。
收稿日期：2010-10-260 引言空气源热泵利用空气做低温热源，不需要水系统，安装灵活，空气源热泵机组规格齐全，能够满足不同用户的需求，在中小型建筑中得到广泛的应用。
但是，空气源热泵也存在着低温环境下制热量衰减和结霜问题。
当室外换热器表面温度低于0℃且低于空气的露点温度时，空气中的水蒸气就在换热器表面凝结成霜。
结霜不仅增大了空气的流动阻力，还降低了热泵的制热能力，结霜严重时还会使机组停机。
除霜时，需要消耗大量的热量，且影响供热，及机组的稳定运行。
结霜问题成为影响空气源热泵机组使用稳定性的主要影响因素。
20世纪50年代以来，国内外学者在结霜的机理及霜层的增长、翅片管换热器的结霜问题、热泵机组的除霜及其控制方法等方面做了大量的研究工作。
通过研究人员对霜层的理论研究得到了霜层内部密度、温度、热导率分布情况，为除霜的其他方面研究奠定了理论基础。
近年来的除霜研究主要集中在三个方面：延缓结霜技术、除霜方法改进和除霜控制技术。
这三个方面既可以独立做研究又对机组的性能共同起作用，在实际应用中可以采用新型的换热器形式及涂层延缓结霜，应用改进的除霜方法和新的优化的控制技术，使得空气源热泵的整体性能有一个较大的提高。
1 延缓结霜技术对换热器的结霜研究表明，影响换热器上霜层形成速度的主要因素空气参数、换热器结构、空气第25卷第4期 2011年8月 制冷与空调 Refrigeration and Air Conditioning V ol.25 No.4 Aug. 2011.421～424·422·制冷与空调2011年流速等。
图1是根据研究人员对不同空气源热泵机组的试验结果拟合的曲线[1]。
图1 空气源热泵热水机组结霜的室外空气参数范围Fig.1 The range of outside air frost of air source heatpump water heaters从图中可以看出，相对湿度Φ和室外干球温度t是影响空气源热泵热水机组结霜的重要因素。
发生结霜现象的可能范围为：-12.8℃≤t≤5.8℃。
实验表明：当Φ≥67%时，温度在0～3℃时结霜最为严重，在相同干球温度下，相对湿度越大，结霜越严重。
空气参数影响结霜的情况，还影响了空气源热泵的使用区域。
通过改变其他影响因素如增大风量和改变换热器形式等，则可以达到延缓结霜的目的。
（1）增大风量通过理论分析可知：在其他条件不变的情况下，增大风量可以减少空气的换热温差，从而降低结霜的程度。
增大风量通常的做法是提高风机的转速和增大风扇的直径，研究表明[2]：风机噪声的声功率与风扇圆周速度的6次幂成正比，或与风扇直径的2次幂成正比，故两种方法都会较大程度的增加风机的噪声，而不改变风机的直径和转速，增加风机的数量，总噪声的增加不会产生数学叠加，只增加1～3dB。
由上述分析可知，将一个较大的风扇变为两个较小的风扇，即可以增加风量，又可以减小噪声，只是机组的造价会有所提高。
（2）改进换热器设计影响室外换热器结霜特性的换热器结构包括翅片间距、分路数、沿气流方向的管排数及肋片边缘效应等[3]。
应尽可能加大迎风面积和肋片间距，因为实验研究表明，在翅片管的不同部位结霜程度是不同的，饶伟，陆亚俊做了变片距换热器与等片距室外换热器空气源热泵冷热水机组的性能的实验[4]，结果表明：变片距换热器热泵机组各项参数受室外换热器结霜影响较等片距换热器热泵机组小，变片距换热器热泵机组的蒸发温度、冷凝温度、制冷剂流量、水侧换热量、出水温度、压缩机轴功率、机组供热性能系数均大于等片距换热器热泵,且变片距机组有效延长了结霜周期。
除了改变换热器形式外，还有几种方法也可以达到延缓结霜的目的。
例如：在换热器表面涂上憎水材料，使水蒸气难以在换热器表面凝结；或者采用电动流体力学的方法，在换热器周围形成电场、磁场或电磁场，从而增加扰动，强化换热并减轻结霜。
2 除霜方法研究除霜问题的关键是寻找融霜热源，常用的方法有电热法，逆循环法，热气旁通法和蓄能除霜法。
电热融霜即通过电加热的方式融霜，这种方法简单易行，但却是以消耗高品位的电能为代价的，不符合热泵环保节能的理念，已渐渐淡出应用，这里不做详细介绍。
热气旁通法和逆循环法的原理如图2。
图2 热气旁通法原理示意图Fig.2 Schematic diagram of hot gas bypass method（1）逆循环法除霜时，四通换向阀动作，改变制冷剂流向，让机组由制热状态转化为制冷状态，压缩机排出的高温气体直接通到室外换热器中进行融霜。
这种除霜方法，在除霜启动时，制冷剂以液态存在于气液分离器中，压缩机只有将吸气压力拉的很低，才能将制冷剂闪发，造成融霜阶段制冷剂流量很小，延长了除霜时间[5]。
商萍君通过实验方法得到了改变室外风机运行方式对除霜的影响。
结果表明[6]：风机的提前反第25卷第4期刘康，等：空气源热泵除霜研究·423·转启动以更迅速的方式排出翅片间残留的融霜水，并维持排气压力的升高速率不致过快，压差不致过大以减小四通阀切换过程对机组的压力冲击和液体冲击，提高盘管过冷度，增大膨胀阀供液量，缩短稳定制热运行时间，增大平均制热量，提高机组的可靠性和空调舒适性。
（2）热气旁通法除霜时，不改变制冷剂流向，机组保持制热工作状态不变，压缩机排出的高温气体通过旁通管直接旁通一部分至室外换热器，进行融霜。
除霜的热量来源为压缩机所消耗的电力和压缩机壳体的蓄热量两部分。
实验表明[7]：旁通除霜电磁阀的质量优劣直接关系到除霜时间及除霜效果。
采用阻力小的电磁阀可缩短除霜时间；反之，除霜时间增长，耗功增大，且除霜效果不佳。
（3）蓄能除霜法传统的除霜方法，如逆循环和热气旁通法，除霜所用的能量大都来自压缩机的功耗。
由于没有足够的热量，常常导致除霜时间长，除霜能耗增加，室内温差过大，致使人体不舒适等，故改进热源采用蓄能除霜法。
蓄能除霜包括蓄热水和相变材料蓄能等，其基本原理如图3所示[8]。
图3 蓄能除霜原理图Fig.3 Schematic of storage energy defrost method文献[8]的实验表明：蓄水除霜的除霜时间可缩短10min，蓄能除霜可避免向室内吹冷风，提高舒适度，且恢复正常供热时间短。
相变蓄热除霜[9-11]是近年来提出的新的除霜方法。
文献[10]选用CaCl2·6H2O作为相变蓄热材料，做了与普通热气除霜的对比实验，研究表明：除霜时间可减少45%左右；压缩机吸排气压力得到明显提高，可避免传统除霜因吸气压力过低而出现的保护性停机。
排气压力的提高，使冷凝温度提高，增大了除霜时的温差；提高室内送风温度，室内恢复供热的时间缩短20%左右。
由上面的分析对比可知：蓄能除霜能够提供相对较好的除霜热源，缩短除霜时间，且恢复时间短，较之其他方法更有优越性。
3 除霜控制技术除霜控制技术的重点是除霜切入点和结束点的选择。
当重度结霜时，60%～70%的化霜水仍滞留在翅片管表面，且多集中在换热器的下部，如何选择恰当的除霜结束点，既可以除去化霜水又避免出现干热状态时控制技术的关键。
目前常用的控制方法是时间-温度法，通过控制翅片管表面温度、除霜时间和除霜周期来控制除霜的开始和结束。
但是这种方式对传感器的安装位置依赖性较强，常见的中部安装容易造成除霜结束不准确，除霜不净。
其他的控制方法如空气压差除霜控制法，室内、外双传感器除霜法等，都存在控制参数少，难以达到理想的控制效果。
近年来将模糊控制技术引入空气源热泵机组的除霜控制中。
通过对除霜过程的相应分析，对除霜监测及控制规则进行修正，以使除霜控制自动适应机组工作环境的变化，达到智能除霜的要求。
但这种控制的关键在于怎样得到合适的模糊控制规则和采用什么样的标准对控制规则进行修改，根据经验得到的控制规则有局限性和片面性，而根据实验制定控制规则又有工作量大的问题。
理想的除霜控制应该是既能在霜层集聚时及时除霜，又不在无霜时作无效除霜运行。
这就要求较多的控制参数，模糊控制是较接近这一要求的，而又需要不断完善的，必须有大量实验数据统计以得到符合结霜规律的模糊控制规则，才可以达到良好的除霜效果。