空气源热泵机组结霜及除霜控制方法的研究

    空气源热泵冷热水机组在冬季运行时,制热效果不是很理想,尤其是在气候十分寒冷的地区。其主要原因是由于空气源热泵冷热水机组用空气作为冷源和热源,当室外换热器翅片表面温度低于空气露点温度且小于0e时,风冷换热器表面会结霜,从而增加了空气和换热器之间的热阻,同时霜层使空气流动阻力增加,空气流量减小,使风冷换热器的换热量降低。所以研究影响空气源热泵冷热水机组结霜的因素及其除霜控制就显得尤为重要。所以以下笔者从影响风冷翅片换热器结霜的参数、常用除霜方式及典型除霜控制流程三方面进行分析。

    1 影响风冷翅片换热器结霜的参数[1]

    霜层的形成和影响因素比较复杂,综合国内外有关学者的研究成果,并结合实际工作经验,可将影响风冷换热器结霜特性的参数归纳为以下几个方面:

    1)迎面风速:在强制对流情况下,迎面风速对霜的形成有较大的影响。迎面风速很小时,使负荷减小,造成蒸发温度快速下降,进而使盘管结霜速度加快,且霜层厚度增加;反之,当迎面风速较大时,使负荷增大,蒸发温度上升,温差减小,降低了结霜的倾向,使结霜状况明显改善。

    2)室外空气温湿度:结霜与空气温度、相对湿度的关系见图1。

    图1中虚线区域为可能结霜区,阴影部分为必然结霜区。从图中可以看出,空气相对湿度越大,室外盘管越容易结霜。当相对湿度大于75%时,温度低于5℃时就开始结霜了。罗鸣[2]认为,在长江流域的气候条件下,当空气相对湿度小于50%时,盘管就很少会结霜;另一方面,当盘管表面温度低于0℃,且低于入口处空气的露点温度时,空气中的水分就会析出并在盘管表面结霜。盘管表面与入口空气之间的温差越大,结霜速度越快,结霜也会越严重。在我国东北等寒冷地区,最冷月平均温度为-10~0℃,日平均温度在5℃以下的天数为90~145天,大部分时间在结霜区域内,这更进一步说明空气源热泵冷热水机组在寒冷地区冬季制热效果更差。

    3)翅片换热器的结构:影响室外换热器结霜特性的换热器结构包括翅片间距,分路数,沿气流方向的管排数及肋片边缘效应等。

    影响空气源热泵冷热水机组结霜的因素除上面所介绍的3点外,机组运行时间及开停周期中停机时间的长短等都会影响机组的结霜速度和厚度,在此就不一一赘述。

    2 常用除霜方式

    按照除霜热源不同,空气源热泵冷热水机组主要有电加热除霜和热气除霜2种方式。电加热除霜一般用于小型家用空调,工商业用的大型空气源热泵机组通常采用热气除霜。由于关于家用热泵空调除霜方式研究的文献已经很多,所以在此仅就工商业常用的空气源热泵冷热水机组的热气除霜方式加以分析。常见的热气除霜控制方法有:压差控制法、温度-时间控制法和温差-时间控制法。