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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：2017-09-26 點(diǎn)擊次數(shù): 1242
當(dāng)空氣源熱泵機(jī)組在正常工況下運(yùn)行時(shí)，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(jìn)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(diǎn)溫度時(shí)，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(huì)出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。
隨著循環(huán)的繼續(xù)進(jìn)行，霜層會(huì)進(jìn)一步加厚，逐漸覆蓋整個(gè)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(yán)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(guò)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(wèn)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(guò)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(shí)，開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，電阻絲通電發(fā)熱融霜。這一方法簡(jiǎn)單易行，但從節(jié)能角度來(lái)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(guò)檢測(cè)室外盤管溫度來(lái)判斷是否結(jié)霜。另一種是通過(guò)檢測(cè)冷凝器盤管溫度與室溫(或水溫)的差值來(lái)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(cè)到冷凝器盤管溫度與室溫(或水溫)的差值低于一定值時(shí)，可以判斷室外換熱器結(jié)霜較嚴(yán)重。
除霜時(shí)啟動(dòng)換向除霜程序，四通換向閥動(dòng)作，改變制冷劑的流向，讓機(jī)組由制熱運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為制冷運(yùn)行狀態(tài)，壓縮機(jī)排出的高溫氣體通過(guò)四通閥切換至室外換熱器中進(jìn)行融霜，當(dāng)室外盤管溫度上升到某一溫度值時(shí)，結(jié)束除霜。
3、制冷劑過(guò)冷放熱除霜
該方法是將冷凝器出來(lái)的制冷劑過(guò)冷后節(jié)流，再進(jìn)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(gè)電磁閥只打開(kāi)一個(gè)，由冷凝器出來(lái)的液態(tài)制冷劑，從打開(kāi)的電磁閥進(jìn)入翅片換熱器進(jìn)行過(guò)冷放熱除霜，再進(jìn)入與打開(kāi)電磁閥所對(duì)應(yīng)的氣液分離器。從氣液分離器出液口出來(lái)的制冷劑進(jìn)入集液管，再經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入分配器，經(jīng)過(guò)單向閥進(jìn)入余下的3個(gè)管路進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)，氣態(tài)制冷劑進(jìn)入對(duì)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(jìn)入壓縮機(jī)，完成循環(huán)。通過(guò)設(shè)置在微霜時(shí)就將霜除掉，從而使機(jī)組在無(wú)霜狀態(tài)下運(yùn)行。
4、風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)法除霜
該方法是在換向除霜的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，即在除霜過(guò)程中啟用風(fēng)扇反轉(zhuǎn)，使其按反方向送風(fēng)，強(qiáng)制空氣由非結(jié)霜側(cè)進(jìn)入風(fēng)側(cè)換熱器并向結(jié)霜側(cè)流動(dòng)，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(duì)流、導(dǎo)熱、輻射3種傳熱方式同時(shí)融霜，效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)除霜方式。同時(shí)，一定的風(fēng)壓還能促使霜?dú)ね呓饷撾x換熱器表面，對(duì)流換熱的加入使得除霜過(guò)程進(jìn)行得迅速而徹底。但由于增加了中間繼電器和壓力開(kāi)關(guān)等器件，加大了生產(chǎn)成本。
5、水力除霜
對(duì)于大型熱泵系統(tǒng)，常采用水力除霜的措施。通過(guò)用熱水沖淋室外蒸發(fā)器達(dá)到除霜的目的。這種除霜方式設(shè)備簡(jiǎn)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(duì)水資源的浪費(fèi)較大，需要獨(dú)立的水系統(tǒng)。
6、氣動(dòng)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(shí)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(wú)霜狀態(tài)。它最大的優(yōu)勢(shì)在于不間斷的對(duì)室內(nèi)供熱，室內(nèi)熱環(huán)境波動(dòng)微弱，保證了舒適度。但是壓縮空氣需要增加額外功耗，整機(jī)的造價(jià)成本也較高。
目前，國(guó)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(huì)影響到空氣源熱泵熱水器的供水，即在除霜期間，無(wú)法為用戶提供有效水溫的熱水，同時(shí)，經(jīng)過(guò)除霜后，原有的熱水溫度會(huì)降低，從能量角度講，這種除霜過(guò)程的損失相當(dāng)于兩倍除霜時(shí)間的停機(jī)，經(jīng)測(cè)算，會(huì)使機(jī)組的供熱量下降l0%左右。
并且，四通閥頻繁換向會(huì)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(lái)自于蒸發(fā)器中吸收的熱量，當(dāng)氣溫較低，除霜不夠快時(shí)，將沒(méi)有足夠熱量吸收，會(huì)使主機(jī)進(jìn)入保護(hù)性停機(jī)狀態(tài)。如采用簡(jiǎn)單的旁通之路，則易產(chǎn)生壓縮機(jī)液擊現(xiàn)象。同時(shí)，在除霜過(guò)程中，因壓縮機(jī)的排氣量減少，會(huì)影響加熱熱水的效果，無(wú)法滿足正常熱水量的需求。
隨著循環(huán)的繼續(xù)進(jìn)行，霜層會(huì)進(jìn)一步加厚，逐漸覆蓋整個(gè)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(yán)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(guò)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(wèn)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(guò)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(shí)，開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，電阻絲通電發(fā)熱融霜。這一方法簡(jiǎn)單易行，但從節(jié)能角度來(lái)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(guò)檢測(cè)室外盤管溫度來(lái)判斷是否結(jié)霜。另一種是通過(guò)檢測(cè)冷凝器盤管溫度與室溫(或水溫)的差值來(lái)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(cè)到冷凝器盤管溫度與室溫(或水溫)的差值低于一定值時(shí)，可以判斷室外換熱器結(jié)霜較嚴(yán)重。
除霜時(shí)啟動(dòng)換向除霜程序，四通換向閥動(dòng)作，改變制冷劑的流向，讓機(jī)組由制熱運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為制冷運(yùn)行狀態(tài)，壓縮機(jī)排出的高溫氣體通過(guò)四通閥切換至室外換熱器中進(jìn)行融霜，當(dāng)室外盤管溫度上升到某一溫度值時(shí)，結(jié)束除霜。
3、制冷劑過(guò)冷放熱除霜
該方法是將冷凝器出來(lái)的制冷劑過(guò)冷后節(jié)流，再進(jìn)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(gè)電磁閥只打開(kāi)一個(gè)，由冷凝器出來(lái)的液態(tài)制冷劑，從打開(kāi)的電磁閥進(jìn)入翅片換熱器進(jìn)行過(guò)冷放熱除霜，再進(jìn)入與打開(kāi)電磁閥所對(duì)應(yīng)的氣液分離器。從氣液分離器出液口出來(lái)的制冷劑進(jìn)入集液管，再經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入分配器，經(jīng)過(guò)單向閥進(jìn)入余下的3個(gè)管路進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)，氣態(tài)制冷劑進(jìn)入對(duì)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(jìn)入壓縮機(jī)，完成循環(huán)。通過(guò)設(shè)置在微霜時(shí)就將霜除掉，從而使機(jī)組在無(wú)霜狀態(tài)下運(yùn)行。
4、風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)法除霜
該方法是在換向除霜的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，即在除霜過(guò)程中啟用風(fēng)扇反轉(zhuǎn)，使其按反方向送風(fēng)，強(qiáng)制空氣由非結(jié)霜側(cè)進(jìn)入風(fēng)側(cè)換熱器并向結(jié)霜側(cè)流動(dòng)，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(duì)流、導(dǎo)熱、輻射3種傳熱方式同時(shí)融霜，效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)除霜方式。同時(shí)，一定的風(fēng)壓還能促使霜?dú)ね呓饷撾x換熱器表面，對(duì)流換熱的加入使得除霜過(guò)程進(jìn)行得迅速而徹底。但由于增加了中間繼電器和壓力開(kāi)關(guān)等器件，加大了生產(chǎn)成本。
5、水力除霜
對(duì)于大型熱泵系統(tǒng)，常采用水力除霜的措施。通過(guò)用熱水沖淋室外蒸發(fā)器達(dá)到除霜的目的。這種除霜方式設(shè)備簡(jiǎn)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(duì)水資源的浪費(fèi)較大，需要獨(dú)立的水系統(tǒng)。
6、氣動(dòng)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(shí)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(wú)霜狀態(tài)。它最大的優(yōu)勢(shì)在于不間斷的對(duì)室內(nèi)供熱，室內(nèi)熱環(huán)境波動(dòng)微弱，保證了舒適度。但是壓縮空氣需要增加額外功耗，整機(jī)的造價(jià)成本也較高。
目前，國(guó)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(huì)影響到空氣源熱泵熱水器的供水，即在除霜期間，無(wú)法為用戶提供有效水溫的熱水，同時(shí)，經(jīng)過(guò)除霜后，原有的熱水溫度會(huì)降低，從能量角度講，這種除霜過(guò)程的損失相當(dāng)于兩倍除霜時(shí)間的停機(jī)，經(jīng)測(cè)算，會(huì)使機(jī)組的供熱量下降l0%左右。
并且，四通閥頻繁換向會(huì)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(lái)自于蒸發(fā)器中吸收的熱量，當(dāng)氣溫較低，除霜不夠快時(shí)，將沒(méi)有足夠熱量吸收，會(huì)使主機(jī)進(jìn)入保護(hù)性停機(jī)狀態(tài)。如采用簡(jiǎn)單的旁通之路，則易產(chǎn)生壓縮機(jī)液擊現(xiàn)象。同時(shí)，在除霜過(guò)程中，因壓縮機(jī)的排氣量減少，會(huì)影響加熱熱水的效果，無(wú)法滿足正常熱水量的需求。