热气旁通在空气源热泵机组中的应用

　　0 引言

　　能源问题是当今世界共同关注的问题， 也是今后长期存在的问题[1]。 提高能源利用效率已成为我国能源发展战略的基本出发点。 空气源热泵冷热水机组作为中央空调系统的冷热源， 具有安装方便、 运行操作以及维护简单、 易于模块化集成， 最重要提节能减排等优势， 自上个世纪90 年代进入我国以来 ， 得到了广泛的应用 。其使用范围几乎覆盖了全国各个地区。 然而， 由于一些地区的冬季气候较为寒冷， 普遍出现了风侧换热器结霜的问题， 很容易引起压缩机的损坏。 另外， 由于机组系统回气压力偏低， 会引起压缩机工作负荷增大和回油困难， 空调系统长时间在这种工况下工作， 也将对压缩机造成损坏[2]。 因此，如何解决低压除霜的问题 ， 是提高空调质量， 延长压缩机寿命的重要问题， 而热气旁通技术提供了一个良好的解决方案。

　　1 低压和结霜的形成机理及危害

　　当机组系统中的蒸发器由于长时间使用而出现脏、堵等情况时， 会导致蒸发器的负载降低， 此外， 冷热风机组风量减小以及冷热水机组制冷时水流量减少等情况也会使其负载降低。 而由于制冷剂不足或者泄漏导致的蒸发器中制冷剂偏少， 无法满足压缩机吸气要求时， 或者膨胀阀堵塞， 使制冷剂无法进入蒸发器中 ， 都会造成机组系统回气压力的降低。

　　当空气原热泵在冬季制热运行时， 空气侧换热器起蒸发器的作用， 由于蒸发的温度较低， 换热器表面的温度也随之下降， 有时会低于零度， 而当室外空气流经换热器盘管时， 其所含的水分就会渗出， 再加上环境相对湿度如果较高， 遇到外界的冷空气将形成霜层， 使机组运行的效率降低甚至会出现低压保护的情况。

　　低压和结霜的情况对于空调机组系统会造成较大的损害， 同时也会造成能源的浪费 。 特别是结霜的情况 ，一方面霜层的形成增加了导热热阻， 降低了蒸发器的传热系数， 另一方面， 霜层的存在加大了空气流过空气侧换热器的阻力， 降低了空气流量， 这也是结霜对蒸发器性能造成的主要影响。 在这样的工况下工作， 空气源热泵将出现蒸发温度下降、 制热量下降、 风机性能衰减、电流加大等问题，从而使空气源热泵机组无法正常工作。

　　2 国内外研究情况

　　由于结霜问题将有可能导致换热器的空气通道完全堵塞，导致机组完全停止供热，因此，要维持机组在适于结霜的低温、高湿度工部下正常工作，保证供热的稳定和可靠， 机组除霜性能的改进是关键， 特别是机组除霜控制和方法的改进。

　　目前，空气源热泵的除霜方式主要有两种，一种是不加热式的除霜， 包括扫霜和中止循环方法， 另一种是加热除霜，包括电加热器或蒸汽加热器融霜、淋水法、热所除霜法以及热气-水融霜法等。 文献[3]根据结霜的特性和除霜的方法对热泵性能的影响，指出在我国南方潮湿地区应使用电热除霜的方法，而在北方干燥地区应该采用热气除霜的方法;文献[4]讨论了解决空气-空气热结霜问题的两个途径： ①设法防止室外换热器结霜; ②选择良好的除霜方法; 文献[5]提出了智能除霜控制方法，利用机组的电脑控制判断盘管上是否结霜以及结霜量，可根据实际的情况进行除霜处理， 压缩机的损耗较小;文献[6] 通过实验指出热力膨胀阀特别适宜于除霜循环， 并提出了减少除霜时间的措施 ， 即除霜后迅速建立大的制冷剂流量。