空氣源熱泵冬季供暖除霜方法

1）節(jié)能效果顯著（例如：采用雙級(jí)壓縮轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的空氣源熱泵，在-20℃下仍可正常工作，制熱性能系數(shù)COP＞2.5）；

2）空氣作低位熱源，取之不盡，用之不竭；

3）夏季供冷冬季供熱，一機(jī)兩用，設(shè)備利用率高；

4）省去一套復(fù)雜的冷卻水系統(tǒng)和鍋爐加熱系統(tǒng)，節(jié)省了投資和空間；

5）空氣源熱泵機(jī)組可置于室外，不占用建筑物有效面積；

6）安裝使用方便，且便于運(yùn)行管理；

7）設(shè)備的保護(hù)和控制系統(tǒng)完善，使設(shè)備的自動(dòng)化程度和可靠性不斷提高。

基于空氣源熱泵的一系列優(yōu)點(diǎn)，空氣源熱泵受到了人們廣泛重視，得到發(fā)展迅速。然而十幾年的運(yùn)行實(shí)踐發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行效果并不理想。其主要原因是空氣源熱泵室外換熱器結(jié)霜、除霜問題導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定和可靠性差?？諝庠礋岜迷?5℃～5℃之間，相對(duì)濕度在70%以上的氣象條件下運(yùn)行時(shí)其室外換熱器表面是最易結(jié)霜的[1]。室外換熱器結(jié)霜后，霜層不斷增厚，導(dǎo)致熱阻增大，空氣流動(dòng)阻力也隨之增大，使供熱能力和機(jī)組的COP下降，造成能量浪費(fèi)。

為解決室外機(jī)結(jié)霜問題，常用的除霜方法有：1）逆循環(huán)除霜法，2）熱氣旁通除霜法，3）加熱除霜法，4）相變蓄能除霜法。

1）逆循環(huán)除霜法

逆循環(huán)除霜法也叫換向除霜法，是目前國內(nèi)家用空調(diào)在系統(tǒng)上普遍采用的一種除霜方式，其基本原理是通過四通換向閥換向，從室內(nèi)機(jī)吸熱，把熱量輸送到室外機(jī)融霜。

主要實(shí)現(xiàn)方式為：空調(diào)器制熱運(yùn)行→判斷需要除霜→壓縮機(jī)停→四通閥換向→壓縮機(jī)開→除霜完成→壓縮機(jī)?！耐ㄩy換向→壓縮機(jī)開→正常制熱。

圖：逆循環(huán)除霜法原理圖

這種除霜方式不增加空調(diào)器成本，實(shí)現(xiàn)起來最簡單，所以得到廣泛應(yīng)用。換向除霜法主要存在下列缺點(diǎn)：1）除霜時(shí)房間的舒適性差，2）除霜時(shí)間長，3）系統(tǒng)運(yùn)行可靠性差。

2）熱氣旁通除霜法

熱氣旁通除霜法也叫顯熱除霜法，是一種比較普遍的除霜方式，通過從壓縮機(jī)排氣口引出一支旁通回路將壓縮機(jī)排氣引到室外換熱器內(nèi)實(shí)現(xiàn)除霜。

熱氣旁通除霜的實(shí)現(xiàn)方式為：空調(diào)器制熱運(yùn)行→判斷需要除霜→室內(nèi)風(fēng)機(jī)超低速運(yùn)轉(zhuǎn)→二通閥1、2開→電子膨脹閥開大→除霜完成→正常制熱。

圖：熱氣旁通除霜法原理圖

熱氣旁通除霜可以克服逆向循環(huán)除霜的部分缺點(diǎn)：由于在進(jìn)行熱氣旁通除霜時(shí)，仍有一部分排氣通入室內(nèi)機(jī)，室內(nèi)換熱器的溫度保持在較高水平，可以通過自然對(duì)流的方式向室內(nèi)散熱。有時(shí)甚至可以在除霜時(shí)開啟內(nèi)風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)在除霜的同時(shí)向室內(nèi)供熱，對(duì)于室內(nèi)舒適性具有較大的貢獻(xiàn)。另外，由于除霜時(shí)四通閥不換向，壓縮機(jī)不停機(jī)，室內(nèi)換熱器在除霜時(shí)保持較高溫度，除霜完成后室內(nèi)可以立即送熱風(fēng)。

但是這種除霜方式應(yīng)用于家用空調(diào)器仍然具有下列問題：1）除霜時(shí)間長，2）除霜時(shí)壓縮機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行，3）壓縮機(jī)可靠性運(yùn)行問題。

3）加熱除霜法

加熱除霜法是將熱氣旁通除霜與冷媒直接加熱技術(shù)相結(jié)合，基本解決了逆循環(huán)除霜和熱氣旁通除霜無法克服的問題。

加熱除霜的實(shí)現(xiàn)方式為：空調(diào)器制熱運(yùn)行→判斷需要除霜→室內(nèi)風(fēng)機(jī)超低速運(yùn)轉(zhuǎn)、二通閥開、加熱器開→電子膨脹閥開大→除霜完成→正常制熱。

圖：加熱除霜法原理圖

加熱除霜方式最關(guān)鍵的技術(shù)就是在壓縮機(jī)吸氣端增加了一個(gè)加熱器?；獣r(shí)，四通閥不換向，壓縮機(jī)不停機(jī)，室內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)供熱。加熱除霜方式具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）除霜時(shí)房間的舒適性好，2）化霜時(shí)間短，3）壓縮機(jī)運(yùn)行可靠。

加熱除霜方式克服了逆循環(huán)除霜和熱氣旁通除霜方式的一系列缺陷，但是也帶來了一些新的問題：1）耗電量高，2）成本較高。

4）相變蓄能除霜法

相變蓄能除霜法是在熱氣旁通除霜方式的基礎(chǔ)上增加一個(gè)相變蓄熱器作為空氣源熱泵除霜時(shí)的低位熱源，采用供熱時(shí)相變材料蓄熱，除霜時(shí)相變材料釋熱除霜的方式。

相變蓄能除霜（串聯(lián)蓄熱模式）的實(shí)現(xiàn)方式：空調(diào)器制熱運(yùn)行、相變蓄熱器串聯(lián)蓄熱（關(guān)閉閥門F1、F4，開啟閥門F2、F3）→判斷需要除霜→室內(nèi)風(fēng)機(jī)超低速運(yùn)轉(zhuǎn)→相變蓄熱器釋熱除霜（開啟閥門F4）→除霜完成→正常制熱。

圖：相變蓄能除霜法（串聯(lián)蓄熱模式）原理圖

采用相變蓄能除霜方式化霜時(shí)，四通閥不換向，壓縮機(jī)無需停機(jī)，并且室內(nèi)仍然可以持續(xù)供熱。由于增加了相變蓄熱器作為低位熱源，克服了傳統(tǒng)熱氣旁通除霜法的諸多缺點(diǎn)，具有除霜是房間舒適性好、化霜時(shí)間短、壓縮機(jī)運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，且節(jié)能效果明顯優(yōu)于加熱除霜法。

表：空氣源熱泵四種不同除霜方法比較

空氣源熱泵不同除霜方法

5）其他

此外，對(duì)空氣源熱泵室外側(cè)換熱器表面進(jìn)行處理也可以抑制霜層生長的作用，例如，對(duì)室外換熱器表面添加疏水層，可以促進(jìn)水滴從室外機(jī)壁面脫落，減緩霜層的生長速度。近日，又有休斯頓大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)了一種稱為磁性光滑表面（MAGSS）的材料，當(dāng)冰晶接觸到磁流體中時(shí)，磁流體會(huì)形成一層屏障，致使冰晶無法附著在物體表面，或許也可為空調(diào)室外機(jī)除霜開辟新思路。