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詳解空氣源熱泵冬季結(jié)霜條件與除霜方法有哪些？
發(fā)表日期：2017-10-11 點擊次數(shù): 1224
當(dāng)空氣源熱泵機組在正常工況下運行時，蒸發(fā)器從周圍空氣中吸收熱量，導(dǎo)致蒸發(fā)器翅片表面溫度降低。隨著循環(huán)的進行，蒸發(fā)器翅片表面溫度繼續(xù)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(jié)露，若翅片溫度低于0℃，其表面會出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。
隨著循環(huán)的繼續(xù)進行，霜層會進一步加厚，逐漸覆蓋整個蒸發(fā)器。霜層的出現(xiàn)增大了空氣和工質(zhì)之間的換熱熱阻，嚴重阻礙了蒸發(fā)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(dǎo)致蒸發(fā)器性能衰減。這些問題都將導(dǎo)致熱泵產(chǎn)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。
1、熱電除霜
通過在換熱器上安裝適當(dāng)功率的電阻，當(dāng)蒸發(fā)器上霜層積累到一定程度時，開關(guān)開啟，電阻絲通電發(fā)熱融霜。這一方法簡單易行，但從節(jié)能角度來看不可取。
2、逆循環(huán)除霜
一種是在蒸發(fā)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(jié)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(fā)器是否結(jié)霜，即當(dāng)蒸發(fā)器結(jié)霜后，其換熱效率降低，導(dǎo)致冷凝器的換熱量下降，盤管溫度下降，當(dāng)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(jié)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(tài)轉(zhuǎn)為制冷運行狀態(tài)，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(dāng)室外盤管溫度上升到某一溫度值時，結(jié)束除霜。
3、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(jié)流，再進入蒸發(fā)器以融化蒸發(fā)器上的霜層。
在制熱工況的除霜狀態(tài)下，4個電磁閥只打開一個，由冷凝器出來的液態(tài)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(yīng)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(jīng)節(jié)流閥進入分配器，經(jīng)過單向閥進入余下的3個管路進入蒸發(fā)器蒸發(fā)，氣態(tài)制冷劑進入對應(yīng)的氣液分離器，然后從出氣口匯集到集氣管再經(jīng)斯通換向閥進入壓縮機，完成循環(huán)。通過設(shè)置在微霜時就將霜除掉，從而使機組在無霜狀態(tài)下運行。
4、風(fēng)機反轉(zhuǎn)法除霜
該方法是在換向除霜的基礎(chǔ)上改進而來，即在除霜過程中啟用風(fēng)扇反轉(zhuǎn)，使其按反方向送風(fēng)，強制空氣由非結(jié)霜側(cè)進入風(fēng)側(cè)換熱器并向結(jié)霜側(cè)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(fēng)側(cè)換熱器的熱量，依靠對流、導(dǎo)熱、輻射3種傳熱方式同時融霜，效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)除霜方式。同時，一定的風(fēng)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(guān)等器件，加大了生產(chǎn)成本。
5、水力除霜
對于大型熱泵系統(tǒng)，常采用水力除霜的措施。通過用熱水沖淋室外蒸發(fā)器達到除霜的目的。這種除霜方式設(shè)備簡單，但是造成了除霜后蒸發(fā)器周圍空氣含濕量太高，容易再次結(jié)霜，不適合在北方等氣溫較低的地區(qū)使用。且對水資源的浪費較大，需要獨立的水系統(tǒng)。
6、氣動除霜
該方式利用壓縮空氣產(chǎn)生高速射流直接吹除霜層，隨時清除蒸發(fā)器表面上的微小凝霜，使蒸發(fā)器表面始終保持無霜狀態(tài)。它最大的優(yōu)勢在于不間斷的對室內(nèi)供熱，室內(nèi)熱環(huán)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(nèi)大多數(shù)空氣源熱泵熱水器生產(chǎn)企業(yè)主要采用熱氣除霜方法，具體為逆循環(huán)除霜和熱氣旁通除霜。逆循環(huán)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(jīng)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(dāng)于兩倍除霜時間的停機，經(jīng)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(cè)冷媒的熱量還是來自于蒸發(fā)器中吸收的熱量，當(dāng)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(tài)。如采用簡單的旁通之路，則易產(chǎn)生壓縮機液擊現(xiàn)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。
隨著循環(huán)的繼續(xù)進行，霜層會進一步加厚，逐漸覆蓋整個蒸發(fā)器。霜層的出現(xiàn)增大了空氣和工質(zhì)之間的換熱熱阻，嚴重阻礙了蒸發(fā)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(dǎo)致蒸發(fā)器性能衰減。這些問題都將導(dǎo)致熱泵產(chǎn)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。
1、熱電除霜
通過在換熱器上安裝適當(dāng)功率的電阻，當(dāng)蒸發(fā)器上霜層積累到一定程度時，開關(guān)開啟，電阻絲通電發(fā)熱融霜。這一方法簡單易行，但從節(jié)能角度來看不可取。
2、逆循環(huán)除霜
一種是在蒸發(fā)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(jié)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(fā)器是否結(jié)霜，即當(dāng)蒸發(fā)器結(jié)霜后，其換熱效率降低，導(dǎo)致冷凝器的換熱量下降，盤管溫度下降，當(dāng)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(jié)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(tài)轉(zhuǎn)為制冷運行狀態(tài)，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(dāng)室外盤管溫度上升到某一溫度值時，結(jié)束除霜。
3、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(jié)流，再進入蒸發(fā)器以融化蒸發(fā)器上的霜層。
在制熱工況的除霜狀態(tài)下，4個電磁閥只打開一個，由冷凝器出來的液態(tài)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(yīng)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(jīng)節(jié)流閥進入分配器，經(jīng)過單向閥進入余下的3個管路進入蒸發(fā)器蒸發(fā)，氣態(tài)制冷劑進入對應(yīng)的氣液分離器，然后從出氣口匯集到集氣管再經(jīng)斯通換向閥進入壓縮機，完成循環(huán)。通過設(shè)置在微霜時就將霜除掉，從而使機組在無霜狀態(tài)下運行。
4、風(fēng)機反轉(zhuǎn)法除霜
該方法是在換向除霜的基礎(chǔ)上改進而來，即在除霜過程中啟用風(fēng)扇反轉(zhuǎn)，使其按反方向送風(fēng)，強制空氣由非結(jié)霜側(cè)進入風(fēng)側(cè)換熱器并向結(jié)霜側(cè)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(fēng)側(cè)換熱器的熱量，依靠對流、導(dǎo)熱、輻射3種傳熱方式同時融霜，效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)除霜方式。同時，一定的風(fēng)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(guān)等器件，加大了生產(chǎn)成本。
5、水力除霜
對于大型熱泵系統(tǒng)，常采用水力除霜的措施。通過用熱水沖淋室外蒸發(fā)器達到除霜的目的。這種除霜方式設(shè)備簡單，但是造成了除霜后蒸發(fā)器周圍空氣含濕量太高，容易再次結(jié)霜，不適合在北方等氣溫較低的地區(qū)使用。且對水資源的浪費較大，需要獨立的水系統(tǒng)。
6、氣動除霜
該方式利用壓縮空氣產(chǎn)生高速射流直接吹除霜層，隨時清除蒸發(fā)器表面上的微小凝霜，使蒸發(fā)器表面始終保持無霜狀態(tài)。它最大的優(yōu)勢在于不間斷的對室內(nèi)供熱，室內(nèi)熱環(huán)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(nèi)大多數(shù)空氣源熱泵熱水器生產(chǎn)企業(yè)主要采用熱氣除霜方法，具體為逆循環(huán)除霜和熱氣旁通除霜。逆循環(huán)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(jīng)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(dāng)于兩倍除霜時間的停機，經(jīng)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(cè)冷媒的熱量還是來自于蒸發(fā)器中吸收的熱量，當(dāng)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(tài)。如采用簡單的旁通之路，則易產(chǎn)生壓縮機液擊現(xiàn)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。