空气源热泵除霜原理
空气源热泵蓄热除霜研究进展
空气源热泵蓄热除霜研究进展赵洪运; 邱国栋; 宇世鹏【期刊名称】《《节能技术》》【年(卷),期】2019(037)005【总页数】6页(P429-434)【关键词】空气源热泵; 蓄热; 除霜; 相变; 快速制热【作者】赵洪运; 邱国栋; 宇世鹏【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012; 青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司山东青岛266101【正文语种】中文【中图分类】TU830 前言空气源热泵在低温(-5～5℃)高湿(相对湿度大于65%)地区(如我国长江中下游地区)供热运行时，室外换热器会结霜，霜层堵塞空气通道，不仅减小了空气的流量，同时也增加了空气与制冷剂的传热热阻，会影响系统的制热性能，随着换热器表面结霜面积和霜层厚度的增加，制热性能会进一步恶化，所以系统需要周期性除霜以维持正常的制热运行[1-2]。
现在被广泛应用的逆循环除霜技术在除霜时系统不仅不供热，还要从室内吸热用于除霜，由于室内风机关闭(避免吹冷风)，制冷剂吸热不足，导致除霜时间较长、除霜不彻底，再加上室内向室外的散热，最终导致室内温度大幅下降，白韡[3]进行了逆循环除霜的实验研究，研究结果表明，逆循环除霜时室内温度下降了8.1℃，如此大的温降必然会严重影响室内的舒适性，给用户造成“忽冷忽热”的感觉，不仅如此，除霜后期压缩机吸气压力过低，容易导致低压停机保护，所以有必要研发新的除霜技术来保证除霜期间室内的舒适性和系统运行的稳定性，同时减少除霜能耗，以提高系统的COP。
目前的除霜技术中，除了逆循环除霜技术外，还有热气旁通[4-5]、电加热除霜[6-7]、蓄热除霜[8]、显热除霜[9]、超声波除霜[10]、外加电场除霜[11]等方式，其中蓄热除霜因节能、可靠、除霜效果好而成为了近些年本领域研究人员的研究热点，近十年有大量的文献报道相关研究，本文对现有蓄热技术进行了综述，指出了现有蓄热技术的优点和缺点，并在现有蓄热除霜基础上，提出一种新的蓄热型空气源热泵系统。
热泵的工作原理
热泵的工作原理作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温区流向低温区。
但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。
所以热泵实质上是一种热量提升装臵，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象(温度较高的物体) ，其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。
热泵在工作时，它本身消耗一部份能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装臵所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。
在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了储水箱中的水。
冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。
余热利用的强力工具--热泵水从高处流向低处，热由高温物全传递到低温物体，这是自然规律。
然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。
同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或者采暖，使热量得到充分利用。
热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同，通过流动媒体 (以前普通为氟利昂，现天上由替代氟利昂所代替)在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化 (沸腾和凝结 )的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。
具体工作过程如下：①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。
②蒸发器出来的气体媒体液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。
③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。
④高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。
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。
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
空气源热泵冬季结霜条件与除霜方法
空气源热泵冬季结霜条件与除霜方法当空气源热泵机组在正常工况下运行时，蒸发器从周围空气中吸收热量，导致蒸发器翅片表面温度降低。
随着循环的进行，蒸发器翅片表面温度继续降低，直至低于周围空气的露点温度时，空气中的水蒸汽便在翅片表面结露，若翅片温度低于0℃，其表面会出现结霜现象。
随着循环的继续进行，霜层会进一步加厚，逐渐覆盖整个蒸发器。
霜层的出现增大了空气和工质之间的换热热阻，严重阻碍了蒸发器的换热性能。
不仅如此，霜层的增厚还加大了空气流过翅片的阻力，降低了空气流量，导致蒸发器性能衰减。
这些问题都将导致热泵产品不能正常工作甚至损坏。
因此，采用合理有效的除霜方法显得尤为重要。
1、热电除霜通过在换热器上安装适当功率的电阻，当蒸发器上霜层积累到一定程度时，开关开启，电阻丝通电发热融霜。
这一方法简单易行，但从节能角度来看不可取。
2、逆循环除霜一种是在蒸发器盘管上安装温度传感器，通过检测室外盘管温度来判断是否结霜。
另一种是通过检测冷凝器盘管温度与室温(或水温)的差值来判断室外蒸发器是否结霜，即当蒸发器结霜后，其换热效率降低，导致冷凝器的换热量下降，盘管温度下降，当检测到冷凝器盘管温度与室温(或水温)的差值低于一定值时，可以判断室外换热器结霜较严重。
除霜时启动换向除霜程序，四通换向阀动作，改变制冷剂的流向，让机组由制热运行状态转为制冷运行状态，压缩机排出的高温气体通过四通阀切换至室外换热器中进行融霜，当室外盘管温度上升到某一温度值时，结束除霜。
3、制冷剂过冷放热除霜该方法是将冷凝器出来的制冷剂过冷后节流，再进入蒸发器以融化蒸发器上的霜层。
在制热工况的除霜状态下，4个电磁阀只打开一个，由冷凝器出来的液态制冷剂，从打开的电磁阀进入翅片换热器进行过冷放热除霜，再进入与打开电磁阀所对应的气液分离器。
从气液分离器出液口出来的制冷剂进入集液管，再经节流阀进入分配器，经过单向阀进入余下的3个管路进入蒸发器蒸发，气态制冷剂进入对应的气液分离器，然后从出气口汇集到集气管再经斯通换向阀进入压缩机，完成循环。
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
空气源热泵和中央空调的区别
空气源热泵和中央空调的区别热泵是将低温热源的热能转移到高温热源的装置。
实现冷却和暖气。
通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质-空气、河水、海水、城市污水、地表水、地下水、中水、消防池或工业生产设备排出的工质，这些工质与周围的介质有接近的温度。
1.空气源热泵的工作原理。
空气源热泵:动缩机工作，低温制冷剂压缩成高温介质，热交换器通过热水热交换器与水交换。
热交换后，热交换器被膨胀阀加热，膨胀阀减压后吸收空气中的热量。
吸热后的冷介质被压缩机吸入，热量从空气和热量中收。
加热水热交换器的热量，加热冷水。
水吸收的热量是压缩机产生的热量和制冷剂吸收的热量的总和。
空气源热泵工作原理图。
空调:动力驱动压缩机工作，低温制冷剂压缩成高温制冷剂，高温制冷剂通过蒸发器散热，空调本体风扇散热进入室外，热媒冷却膨胀。
n阀减压通过空调室蒸发器吸收空气热量，降低室内温度，吸收热量后的热介质是压缩机吸收的热介质。
这样，热量从室内持续释放到室外空气，热量从室内吸收，达到降低室内温度的目的。
空调的工作原理图。
2.采暖方式。
空气源热泵:空气源热泵本身只是热水供应设备。
加热后，与其他加热端实现加热。
例如，散热器、鼓风机线圈、空气加热器、地温管可以作为加热端，可以根据家庭选择不同的加热方式。
空调:无论是立式空调还是壁挂式空调，只能通过积极加热来实现加热。
3.零件。
空气源热泵:热泵压缩机、防冻水箱冷凝器、带亲水膜的室外翅片热交换器、高压保护和控制系统。
空调:空调压缩机、翅片冷凝器或板式冷凝器、无亲水膜的室外翅片热交换器。
在这些构件中，空压机的区别是空气源热泵与空调的区别，因为不同的空压机决定了产品的使用效果和使用面积。
空调空压机选用空调空压机，以r22为例，运行压力不大于2mpa，空压机比小于7，排气温度不大于90度，但空气源热泵必须使用热泵机组。
ssor与r22相同，运行压力可达3mpa，压缩机比可达12，可达20，排气温度。
110度。
这些参数的差异要求提高热泵压缩机的加工精度、轴承强度、马达的耐温性等。
风冷热泵的优劣势分析及风冷热泵的除霜方法和原理
除霜方法及其原理
NO. 04
热敷除霜的改进—热气除霜法
使用了一个气液分离器，分离出的液体就保 存在分离器中，气体经过压缩机再加热后用来融 霜。这样随着除霜的进行，液态制冷剂连续不断 地返回到气液分离器中，贮存在室外换热器盘管 内的制冷剂质量逐渐减少，使制冷剂的温度逐渐 上升，强化了除霜效果。
除霜方法及其原理Biblioteka 除霜方法及其原理NO. 01
电加热除霜 除霜阶段：当除霜时间到达时，单刀双掷开关
使供液电磁阀线圈失电断开，压缩机吸汽压力下 降，当降至压力控制器的下限时，压力控制器触 点跳开，制热循环停止运行。而由于交流接触器 线圈的得电，使其触点闭合电加热丝通电加热对 蒸发器进行除霜霜。 恢复制热阶段：融霜结束时，供液电磁阀线 圈得电，恢复正常的制热循环。 三个阶段在融霜时间控制器的作用下进行循环。
风冷热泵除霜方式及原理
小组成员：** *** ** **
风冷热泵的优劣
风冷热泵冷热水机组作 为中央空调的冷热源，其 优点是一机二用，在机组 内部至少增加了一个四通 换向阀，能做到制冷和制 热工况的切换，提高了机 组的利用率。 制冷时，冷凝器采用风 冷，省去了水冷冷水机组 所需的冷却水系统； 制热时，采用热泵运行 方式，节能且无使用锅炉 造成的对环境的污染。
除霜方法及其原理
NO. 01
电加热除霜
缺点：增加自控元件，故障率较高 压缩机停开频繁，能耗大
除霜方法及其原理
NO. 02
换向法 当室外换热器有霜产生，影响正常的 换热效果时，利用热泵双向制冷制热，可 以通过四通换向阀将制热过程转换成制冷 过程，这样热泵从室内吸热排到室外换热 器，以融化室外换热器上的积霜。这种方 法不需要附加任何设备，只需在需要除霜 时让四通换向阀动作即可。
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。
热泵除霜原理
热泵除霜原理
热泵除霜的原理是利用热泵循环系统中的制冷剂，在室外机和室内机之间进行来回循环，以达到除霜的目的。
具体来说，热泵除霜分为三个阶段：预除霜、主除霜和后除霜。
在预除霜阶段，当热泵运行过程中，当室外机温度降一定程度时，热泵会自动切换到预除霜模式。
此时，制冷剂会在室外机内部循环，将冷凝器中的热量传递给蒸发器，使蒸发器表面的冰雪开始融化。
在主除霜阶段，当预除霜结束后，热泵会自动进入主除霜模式。
在主除霜过程中，热泵会将制冷剂的流向反转，使室外机内部的蒸发器变成冷凝器，而将冷凝器变成蒸发器。
这样，制冷剂会在蒸发器表面吸收空气中的热量，加热蒸发器表面，从而使蒸发器表面的冰雪完全融化。
在后除霜阶段，主除霜结束后，热泵会自动进入后除霜模式。
在后除霜过程中，热泵会继续循环制冷剂，以保证室外机内部的温度恢复到正常水平。
热泵除霜的方法有两种：时间除霜和温度除霜。
时间除霜是指在热泵运行过程中，设定一定的时间间隔，使热泵自动进入除霜模式。
温度除霜是指在热泵运行过程中，根据室外机内部的温度情况，自动调整除霜时间和温度。
需要注意的是，在使用热泵进行除霜时，需要注意以下几点：
1. 除霜时需要关闭室内机，以免冷气流入室内。
2. 在除霜过程中，不要将室外机的风扇关闭，否则会影响除霜效果。
3. 热泵除霜的时间和温度需要根据实际情况进行调整，以达到最佳的除霜效果。
4. 在使用时间除霜时，需要注意定期清洗热泵内部的过滤器和排水管道，以保证热泵的正常工作。
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。
空气能热泵：抑霜、除霜、控霜
空气能热泵：抑霜、除霜、控霜空气源热泵用于供热时，当室外换热器表面温度同时低于0℃和湿空气对应露点温度时，翅片表面很有可能结霜。
为了防止室外换热器传热恶化，并保证空气能够顺利流过换热器翅片，应当及时清除翅片表面的积霜。
因此，研发高效的抑霜除霜技术对于空气源热泵非常重要。
（仅为示意图，不对应文中任何产品）1、抑霜技术湿度是影响霜形成的关键因素，因此，通过固体或液体除湿的抑霜技术得到了充分的发展。
就固体除湿剂而言，主要包括硅胶、硅酸盐和活性炭；而液体除湿剂主要包括氯化锂、溴化锂、氯化钙和乙二醇，液体除湿剂可以直接喷到空气进口或室外换热器表面上。
除湿不仅降低了空气的湿度，由于吸附或吸收过程会释放热量、空气温度还会升高。
然而，固体/液体除湿抑霜技术主要缺点是需要再生。
固体和液体除湿剂都需要再生才能连续运行，这限制了其在空气源热泵中的应用。
其中，相比于固体除湿剂，液体除湿剂的再生温度明显要低。
另一种重要的抑霜技术是改变室外换热器表面特性的表面处理技术。
如下图所示，根据接触角的不同，材料表面可以被分为亲水性、疏水性和超疏水性。
亲水性表面通过干扰冰晶形成和水分子固定来抑制结霜过程。
相比于光滑表面，疏水性表面冷凝液滴分布更为稀疏，可以延迟液滴的冻结并延缓结霜。
而超疏水表面可以通过在霜形成前“弹出”微小的水滴，这样能更为有效的抑制结霜。
表面处理技术高效、廉价且环保，但唯一需要解决的问题就是表面涂层的长期有效性。
亲水、疏水和超疏水表面的接触角此外，相关研究也提出了超声波振动、空气射流、外加交流或直流电场和外加磁场的方法，用于防止或延缓结霜。
然而，由于这些技术都需要昂贵的设备和较大的能耗，因此很大程度上限制了它们在实际工程上的应用。
2、除霜方法相比于抑霜技术，除霜技术主要是尝试及时有效的清除换热器表面的霜层。
通常来讲，有下图所示的五种基础的除霜方式，包括：（1）压缩机停机除霜；（2）电热除霜；（3）热水喷淋除霜；（4）热气旁通除霜以及（5）逆循环除霜。
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。
空气能热泵4种除霜模式
一个设计良好的热泵系统，关键有四点，一是减少结霜的频率，也就是说，尽量让系统的无霜工作时间加长，二是准确的化霜进入点，三是化霜的速度，四是退出化霜的准确度。
那么热泵化霜的几种模式您了解多少呢？1）热气旁通化霜热气旁通化霜就是压缩机排气通过电磁阀切换至室外管翅式蒸发器的管道里来化霜。
由于没有外部热源，其热量全部来自压缩机停机前的一些能量和压缩机本身的电机运转发出的热量。
该热量是有限的。
碰上环境温度降低且结霜较厚时，有化霜不净的风险，而且除霜时间过长会导致压缩机液击现象。
其最大的优点是系统简单，同时，由于避免了四通阀的泄露，提高了机组的能效比。
2）四通阀换向化霜四通换向阀化霜是系统采用四通阀换向的功能，使蒸发器和冷凝器调换，这样，系统就可以从热水中吸收热量，连同压缩机的输入功率，一起用于蒸发器的化霜。
其优点是化霜速度快，化霜干净。
缺点是由于四通阀的有少量的泄露，会降低机组的的能效，当然影响取决于四通阀的质量，一般影响是很小的；另外就是由于要从热水中吸收热量，会对水箱的温度有一定影响，但其影响是有限的。
比如对于一个5吨的热水，13P的热水机要化霜，一般情况下化霜的时间为5分钟以内，需要吸收的热量约为3kWh，相当于5吨的水降温0.5度左右。
这是可以接收的。
3）电加热化霜电加热化霜主要应用在冷库的应用。
一般在热泵应用较少。
原有用热泵做辅助加热的，以减少对水箱温度的影响。
但由于电加热的功率有限，即使是辅助电加热，其所起的作用也是有限的。
由于输入功率的限制，采用电加热化霜的时间都会很长，化霜的时间越长，能耗就越大。
所以，一般很少热泵采用电加热来化霜。
4）自然停机化霜自然停机化霜主要应用在0度以上的环境温度下的热泵的应用。
其优点是系统简单可靠，缺点是化霜速度慢，尤其是霜层较厚时。
一般应用在高温热泵上（注：素材和资料部分来自网络，供参考。
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空气源热泵热水器工作原理以及特点
空气源热泵热水器工作原理以及特点空气源热泵热水器是继燃气热水器、电热水器和太阳能热水器的新一代热水装置，是可替代锅炉的供暖水设备。
空气源热泵热水器是综合电热水器和太阳能热水器优点的安全节能环保型热水器，可一年三百六十五天全天候运转，制造相同的热水量，使用成本只有电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，太阳热水器的1/2。
高热效率是空气源热泵热水器最大的特点和优势，在能源问题成为世界问题时，这是空气源热泵热水器成为“第四代热水器”的最重要的法宝之一。
一、空气源热泵热水器工作原理空气源热泵热水器内专置一种吸热介质——冷媒，它在液化的状态下低于零下20℃，与外界温度存在着温差，因此，冷媒可吸收外界的热能，在蒸发器内部蒸发汽化，通过空气源热泵热水器中压缩机的工作提高冷媒的温度，再通过冷凝器使冷媒从汽化状态转化为液化状态，在转化过程中，释放出大量的热量，传递给水箱中的储备水，使水温升高，达到制热水的目的。
系统组成空气源热泵中央热水机组一般由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、过滤器、储液罐、单向阀、电磁阀、冷凝压力调节水阀、储水箱等几部分组成系统简图工作原理1. 低温低压制冷剂经膨胀机构节流降压后，进入空气交换机中蒸发吸热，从空气中吸收大量的热量Q12. 蒸发吸热后的制冷剂以气态形式进入压缩机，被压缩后，变成高温高压的制冷剂（此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分：一部分是从空气中吸收的热量Q1，一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q2）；3. 被压缩后的高温高压制冷剂进入热交换器，将其所含热量（Q1+Q2）释放给进入热换热器中的冷水，冷水被加热到55℃（最高达65℃）直接进入保温水箱储存起来供用户使用；4. 放热后的制冷剂以液态形式进入膨胀机构，节流降压......如此不间断进行循环。
二、空气源热泵热水器具有以下特点1、超大水量：水箱容量根据具体要求量身订做，水量充足，可满足不同客户不同时段需求。
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。
热泵除霜原理
热泵除霜原理热泵是一种能够将外界低温空气通过加热提升到室内使用温度的设备，其工作原理基于热力学和热动力学的知识。
而热泵除霜是热泵常见的一个过程，目的是去除在热泵换热器上形成的霜或冰，以确保热泵正常运行。
热泵除霜的原理可以通过以下几个步骤来解释：1. 压缩机工作热泵的工作始于压缩机的启动。
压缩机会将低温、低压的制冷剂吸入，通过压缩将其压缩成高温、高压的流体。
2. 冷凝器散热在压缩过程中，高温高压的制冷剂通过冷凝器，与室外的空气进行换热。
通过这个步骤，制冷剂会释放出热量，使得制冷剂的温度下降。
3. 膨胀阀节流制冷剂从冷凝器流向膨胀阀，在经过膨胀阀后，制冷剂的温度和压力骤降。
由于膨胀阀的节流作用，制冷剂变成雾化状态，即部分液体和部分气体的混合物。
4. 蒸发器吸热制冷剂进入蒸发器后，与室内的空气发生换热。
由于制冷剂的低温低压状态，它吸收了室内空气的热量，并将其传递给制冷剂。
这个过程使得室内空气的温度下降。
5. 除霜循环在正常运行的情况下，蒸发器上会形成冰或霜。
一旦冰或霜的厚度超过一定程度，这将导致热泵的性能下降。
为了去除冰霜，需要进行除霜循环。
除霜循环的实现有多种方式，其中一种常见的方式是反向循环除霜。
反向循环除霜的过程如下：首先，控制系统检测到蒸发器上的冰霜超过设定的厚度或时间，会发出除霜信号。
然后，控制系统会关闭制冷循环，停止压缩机的工作，并使蒸发器的制冷剂排泄。
接下来，控制系统会打开除霜阀，使蒸发器内的冷媒流向冷凝器。
此时，冷凝器上的高温制冷剂能够将冰霜或冰块融化，并通过蒸发器排出。
蒸发器上的冷媒在这个过程中会吸收周围空气的热量，以加快冰块的融化。
完成除霜后，控制系统会关闭除霜阀，使制冷剂重新进入蒸发器。
最后，热泵恢复正常工作状态，重新启动压缩机，并继续进行制冷或加热循环。
热泵除霜的原理基于热力学和热动力学的基本原理，通过改变制冷剂在系统中的压力和温度，以及制冷剂与周围介质的换热，实现冰霜的去除。
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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。
五、智能除霜技术
智能除霜技术是一种基于传感器和智能控制算法的除霜方法。
通过安装温度传感器和压力传感器等感知元件，实时监测蒸发器表面温度和压力等参数，并将数据传输给控制系统进行分析处理。
控制系统根据收集到的数据判断是否需要进行除霜，并根据实际情况选择合适的除霜方式。
智能除霜技术的优点是可以实现自动控制和智能调节，有效提高热泵系统的稳定性和可靠性。
但需要注意的是，智能除霜技术需要较高的技术支持和维护成本。
六、加热除霜方式
加热除霜方式是通过加热设备对蒸发器表面进行加热来化掉霜层的。
常见的加热方式有电热丝加热和微波加热等。
电热丝加热是在
蒸发器表面安装电热丝进行加热，这种方式简单可靠，但需要较大的能耗。
微波加热是通过微波对水分子进行振动产生热量来化掉霜层，这种方式效率较高，但需要特殊的微波发生器和防护措施。
加热除霜方式的优点是化霜速度快、效果好，但需要额外的能源支持和维护成本。
七、其他除霜技术
除了上述几种常见的除霜技术外，还有一些其他的除霜方法，如超声波除霜、化学试剂除霜等。
超声波除霜是通过超声波的振动来打碎霜层并使其脱落的；化学试剂除霜是通过在蒸发器表面涂抹特殊的化学试剂来降低结霜的可能性或加速化霜过程。
这些方法各有优缺点，需要根据实际情况进行选择和应用。