风冷热泵结霜、除霜问题探讨

结霜的原因：

风冷热泵以环境空气为冷源，因此具有较强的环境依赖性，若环境温度越低，机组供热越小。当室外蒸发器肋片的表面温度低于水蒸气的露点温度时，其表面将会产生凝结水，若环境温度低于0度，就会在蒸发器表面结霜。

影响结霜的主要因素：

室外温度、湿度、气流速度。

肋片间距、沿气流方向管排数、肋片表面粗糙度。

此外，机组运行时间越长越容易结霜，上一次开停机时间越短，越可能加剧结霜的倾向。夜间运行，结霜现象更突出。

霜的总体结构分为冰柱，冰球，冰层，空气泡。

结霜初期：

霜层表面粗糙，增加了换热面积。

空气流通截面减小，空气流速增大，空气侧对流换热系数增大，加强换热。

结霜后期：

霜在蒸发器表面沉积会增加热阻。

积聚的霜同时会增大流经蒸发器的空气阻力，导致风机工作点偏倚，从而使系统的空气流量减少，导致蒸发器换热量减小。

最终结果：

结霜一方面导致空气与制冷剂之间的传热热阻增大，另一方面，霜的厚度增加，使空气流动阻力增加，空气流量减小，风侧换热能力降低。总体上降低了传热效果及运行性能。当霜增加到一定厚度以后，换热量快速下降。

有实验数据：当室外换热器空气流量由非结霜状态时的74m3/min，降到20m3/min，风侧换热量下降20%。

关于除霜的方法：

* 电加热法

* 反循环除霜法

* 热气旁通法

* 相变蓄热装置辅助除霜

电加热管：

反循环除霜：

除霜时，压缩机停机，四通换向阀由制热模式转换到制冷模式，压缩机开启，热泵机组由制热变为制冷。原本为蒸发器的室外机变为冷凝器，压缩机输出的高温高压气体直接进入到室外机，将热量释放到霜层里面，再经过节流阀，到室内机，这时会产生制冷效果。除霜完成后，再转换模式，继续向室内供热。

热气旁通法除霜：

热气旁通法是基于反循环除霜的一种改进方法。可以缩短除霜的时间，提高除霜效率，并取得更好的除霜效果。

除霜原理： 在除霜工况下，压缩机输出的高温高压气体直接经电磁融霜阀到室外机除霜，然后直接回到气液分离器，再至压缩机，构成一个小的循环。控制除霜则采用差动型除霜温控器。两个传感器分别感应盘管温度和环境温度，两者的温度插值控制除霜开始温度。

空调器进入除霜后，必须要求一次性将霜层除干净，一旦未除掉，又进入制热过程，未除掉的霜层和除霜水将会快速的冻结成为密度较大的霜或冰，当系统再次进入除霜时，很难将霜层除掉。为了避免这种情况，监控蒸发器温度，压缩机回气管温度，和室外温度，要求蒸发温度大于3度，回气管温度大于0度。

相变蓄热装置辅助除霜：利用相变蓄热技术，将填充DX40相变材料板的新型蓄热装置与空气源热泵机组相连接，利用相变蓄热装置的蓄放热特性，补偿除霜需要的热。热泵机组供热的同时，相变蓄热装置蓄热，当热泵机组转换为除霜模式时，蓄热装置向空调房间放出热量，同时辅助除霜。

除霜原理： 在达到一定条件（每种空调出场已经设置好：如翅片温度低于环境温度X°且持续X分钟）后，开始除霜，此时系统改变为制冷模式，四通阀将内外机功能互换，外机内冷媒为高温高压氟利昂，融化了冰块，达到设定条件后除霜结束（厂家已设置好，一般为外机翅片温度达到X°），更换为制冷模式。

思路1：使空气中的水不凝结或者除去空气重的水蒸气。

想法1： 循环高浓度盐水喷淋蒸发器

原理： 当空气重的水分子凝结出来，首先肯定是达到露点，从而液化，一旦在蒸发器附近液化，马上就会溶于高浓度的盐水，盐水因为浓度高，所以凝固点低，所以我们只需要设计一个适合的挡水板防止盐水被风扇吹出，再取适合的办法使盐水保持在一定的浓度，即可保证空调的续航蒸发。

缺点： 喷淋水的浓度不好控制，可能要时常加盐。

想法2： 干燥剂除湿。

原理： 冬季的蒸发器的入风口设置干燥剂（如CaO），等可以与水蒸气反应的物品，将换热的空气中的水蒸气彻底除去，这样便不会出现结霜的情况，而且如果将干燥剂做成带状的可拆卸装置，更换应该会很方便。

缺点： 将会在干燥剂上增加一笔投资。

思路2：析出冰主要是因为换热介质含有水所致，换一种不含有水的介质作为换热机制即可。

想法4：使用冷却水循环。

原理： 在制冷循环的外面增加一个冷凝水循环，而这个循环的介质不能用水，应该使用在0度附近性质稳定，且与水与空气互不相容为最佳。冷却液被蒸发器带走热量，然后以喷淋的方式与空气换热，并且不发生质交换，即可达到目的。

缺点： 体积过大，投资较高。

想法5：区域式的地源热泵，或者江水源热泵。

地源和江水源可以有效解决结冰的问题。但是这种形式的空调适合集中式的供暖，单个用户无力做这种安装，所以适合一个小区或者一个区域做一个地源热泵供暖机组。

缺点： 初投资大，需要物业管理。