风冷热泵结霜与除霜问题的研究
摘要：本文对风冷热泵机组冬季制热运行时换热器表面结霜的问题进行了研究，分析了风冷热泵霜层形成的机理，介绍了空气相对湿度、温度、风速及换热器的结构对风冷热泵蒸发器结霜的影响，同时还对常见的除霜方法做了简要介绍，最后提出了除霜问题的研究方向。
关键词：风冷热泵；除霜；结霜；蒸发器
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引言
风冷热泵冷热水机组作为中央空调系统的冷热源，自20世纪90年代初进入我国。由于其安装方便、运行操作简单，节能及易于模块化集成等特点，十几年来得到了长足的进展。随着制冷技术的不断进步，其使用范围不断拓宽，已经从原来的华南及长江流域迅速扩展到黄河流域及广阔的大西北地区。但冬季南方地区相对湿度较高，这正是风冷热泵蒸发器最容易结霜的温度和湿度范围，所以冬季风冷热泵室外侧蒸发器易结霜，使得风冷热泵机组在运行中出现一些问题，如制热量不足，系统COP降低等，严重时还会造成设备损坏。因此有必要对风
冷热泵结霜与除霜问题进行仔细的研究。
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风冷热泵结霜的影响因素
1.1 蒸发器表面结霜与空气参数的关系
结霜的机理及结霜对传热的影响涉及因素很多，一般认为空气源热泵机组室外蒸发器结霜时，其表面温度tfe和空气露点温度tdew需满足下式：
且
式中空气露点温度tdew取决于空气的干球温度tw和相对湿度φ，因此室外空气的干球温度和相对湿度是影响热泵结霜的重要参数。结霜的气象参数范围为-12.8℃～5.8℃,在该区域内如何减缓结霜过程和如何提高除霜效率就称为空气源热泵冷热水机组的主要研究方向。
浙江大学低温工程研究所利用自己所开发的热泵机组全年性气候运行模拟软件，模拟的结霜速率随室外气象参数的变化图。等结霜速率线，由于霜层密度较小, 所以一般在外表面上
的结霜量Wm 大于等于0. 625 ×10-5kg/ ( m2·s) 时盘管表面结霜已很严重。共划分了5个结霜速度区。从中可以看出, 当室外干球温度在- 5℃
1.2 蒸发器表面结霜与换热器结构的关系
换热器结构对霜层的影响包括翅片盘管的翅片形式，翅片盘管的间距，翅片盘管的管排数，翅片表面的粗糙度以及翅片盘管的表面处理对蒸发器表面结霜的影响。
汤镇业前妻1.2.1 翅片形式对结霜速率的影响
换热器形状对结霜速率有较大的影响。换热器的形状不同，对霜生长速率的影响也不一样，当换热面积相同时，简单形状换热器(如平板、圆管、平行板、圆形管等)的结霜速率要大大低于复杂形状换热器(如翅片管)的结霜速率。对同一种换热器而言，沿气流方向的不同位置，其结霜速率也不一样，一般在入口气流处霜生长速率明显高于出口气流处结霜速率，另外，不同翅片形状的换热器的结霜速率也不一样，换热强的表面明显高于换热弱的。风侧换热器翅片型式一般有平片、波纹片及开窗翅片三类。开窗翅片有利于提高同侧换热系数，但在结霜工况下，开窗翅片结霜后的气流阻力要大于平片和波纹片。同时，对于在结霜工况下运行的风冷热泵的风侧换热器建议不用开窗翅片。
1.2.2 翅片间距对结霜速率的影响
换热器翅片间距对结霜速率也有较大的影响。宽间距翅片盘管的结霜速率低于窄间距翅片盘管的结霜速率。而变间距翅片的结霜速率明显低于等间距翅片的结霜速率，这是由于当气流通过翅片盘管蒸发器时，由于空气中的水蒸气不断地在翅片管表而沉积，空气由于除湿作用相对湿度降低，因此，沿气流方向翅片盘管表而结霜量是递减的，由于前排片距较大结霜后不易堵塞，压降下降较小。空气经过前几排管后湿度下降，再经过后排的密片距时结霜量也不会很多。即结霜主要发生在翅片管的前几排。
1.2.3 管排数对结霜速率的影响
翅片盘管的管排数对结霜速率也有影响。管排数多可以减小翅片盘管的迎风面尺寸，从而减小机组的占地面积。但是管排数多会增大翅片盘管的风侧阻力，从而减小风机的风量，较容易形成霜层。同时与翅片盘管间距情况相似，单管排数较多时，一方面在没有结霜的上况下背风而的换热效果较差，另一方而当迎风而开始结霜时，也降低了背风面的换热效果较差。
1.2.4 表面租糙度对结霜速率的影响
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翅片盘管的表面租糙度对结霜速率也有影响。冰晶在壁面上是以球冠状与壁面粘着的，能够形成冰核的最低条件是壁面温度低于湿空气水蒸气分压力所对应的饱和温度，并要使壁而温度低于0℃，冰核对壁而粘着力的大小与接触而积和表而粗糙度有关，由于水分子为极性，冷壁金属表面也为极性，因而水分子极易吸附到冷壁表面结霜，换热表面越粗糙，越易形成霜生长初期所要的冰核，从而也就加剧了霜的形成。
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蒸发器表面结霜与迎面风速的关系
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在强制对流情况下，迎面风速对于霜、冰的形成有很大影响。主要因为迎面风速低时，负荷减小，蒸发温度下降快，导致空调器结霜速度加快，从而加快结冰倾向。反之，迎面风速增大，使负荷增大，蒸发温度上升，温差减小，减少了结霜的倾向，从而降低结冰的倾向。
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风冷热泵除霜的手段
空气源热泵机组在冬季运行时, 其肋片盘管换热器起蒸发器的作用, 由于蒸发温度较低, 盘管表面温度也随之下降。当室外空气在风机驱动下流经盘管时, 其所含水分就会析出并附着于盘管表面形成霜层。随着霜层的形成, 机组的性能下降, 工况恶化, 制热量也下降。结霜会造成肋片间通道堵塞, 空气流动阻力大大增加, 空气量大大减少, 换热量下降; 增加了蒸发器的换热热阻, 使换热器的换热性能下降； 使蒸发温度下降, 造成压缩机的制热能力和效率急剧下降, 运行工况变差； 结霜使整个系统性能随之下降, 盘管表面温度和吸气压力下降, 严重时霜会逐渐延伸至压缩机缸头。因此, 必须适时进行除霜, 以保持系统高效率运行。目前用到的一些除霜方法有：四通换向除霜、交叉除霜、热气旁通除霜、电热除霜、变频空调快速除霜和蓄能除霜等。
鹿晗为什么不能坐飞机2.1 四通阀换向除霜
目前常用的除霜方法是采用四通换向阀换向逆循环除霜，通过四通阀换向使机组从制热运行状态转变为制冷运行状态，蒸发器和冷凝器功能互换，从而达到除霜的目的。这种除霜方式存在一些缺点：如除霜时要从房间吸热，室温会降低5℃～6℃，影响室内的舒适性；李明德身高
切换制热和除霜模式时，系统压力波动剧烈，产生的机械冲击比较大；除霜时室内换热器作为蒸发器，表面温度低达-20℃～-25℃，当恢复制热后，较长一段时间吹不出热风。逆向除霜为避免以上情况，常在除霜开始前将压缩机停止5分钟左右，除霜结束再停5分钟，这样虽避免了压力波动，但同时也缩短了制热的有效时间，加剧了水温波动，压缩机需要频繁启动，影响压缩机的寿命。