(13)风冷热泵结霜案例

文章编号：CAR196结霜工况下R410A热泵空调器动态性能模拟与实验研究王亚静 郭宪民 杨宾（天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津300134）摘 要 对采用R410A工质的热泵空调器在结霜工况下的动态性能进行了数值模拟，对一台采用R410A工质的热泵空调器的动态性能进行了实验研究，测量了在不同结霜工况下R410A热泵空调器室外换热器表面结霜量和霜层厚度以及热泵系统的动态性能参数。

实验结果与理论计算结果的比较表明，霜层厚度、结霜量数值模拟结果的变化趋势与实验结果是一致的，在结霜后期霜层厚度的增长速度急剧增大。

对于低湿度工况，实验结果表明存在一段霜层厚度不增加的时段，这是由于霜层表面融化所致，而数学模型中未考虑这些因素的影响，因此模拟结果在霜层融化段误差较大；热泵系统的动态性能实验与模拟结果趋势基本一致，特别是对于高相对湿度工况，性能曲线实验和模拟结果在稳定段和衰减段吻合得更好。

关键词 R410A热泵结霜工况动态特性NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON DYNAMIC PERFORMANCE OF AIR SOURCE HEAT PUMP WITH REFRIGERANT R410A UNDER FROSTING CONDITIONSWang Yajing Guo Xianmin Yang Bin(Tianjin University of Commerce, Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin 300134) Abstract In this paper the numerical simulation and experimental investigation on the dynamic performance of an air source heat pump (ASHP) unit with refrigerant R410A were conducted under frosting conditions. The frost mass accumulation and the frost thickness on the outdoor heat exchanger and the dynamic performance of the ASHP unit were measured. The experimental results are compared with the simulation ones. The experimental and simulated results indicate that the frost thickness increase rapidly at the end of the frost-growth cycle. And the simulated date of the frost thickness and frost mass accumulation are in agreement with the corresponding experimental ones. The experimental results indicate that there is a period that the frost thickness is almost invariable under low humidity, which because of thawing on the frost surface. But it is not taken into account in the simulation model, as a result, the error between the simulated and experimental frost thickness is big in the frost thaw stage. The trend of the simulated dynamic performance of the ASHP unit is consistent with the experimental results, especially under the condition of high humidity the experimental heating capacity and COP are in good agreement with the corresponding simulation ones in the second and third stages.Keywords R410A Heat pump Frosting condition1前言目前，我国热泵空调器市场的产品绝大部分仍作者简介：王亚静(1984－)，女，硕士研究生。

风冷热泵冷热水机组作为中央空调系统的冷热源，白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。

但是，由于冬季气温普遍较低，使得这类机组在制热运行中出现了一些问题，如压缩机烧坏、制热量不足、换热器结霜等。

其中，以风侧换热器的结霜问题最为普遍。

由于结霜及融霜的传热学机理较复杂，并且受环境温湿度的变化影响较大，实现其优化控制十分困难。

这个看似很小的问题，却往往给机组的运行带来很多麻烦。

这是一个恶性循环，一旦盘管上结霜，换热面积减小，风量降低，而系统的蒸发在继续，所以需要的热交换只能靠降低蒸发温度来维持。

而降低了蒸发温度，会进一步降低盘管表面温度，加大空气进出口之间的温度值，最终增加了霜层的厚度，严重时导致盘管冻结，使机组无法运行。

1除霜过程分析结霜现象的产生，是风冷热泵系统与环境相互作用的结果。

机组冬季制热运行时，室外翅片管换热器作蒸发器，其表面温度低于环境空气温度。

当翅片管表面温度足够低于空气露点温度时，空气中的水蒸气便会凝结；当此温度开始低于0℃时，凝露便以疏松的冰晶体的形式堆积在翅片管表面上而形成霜。

在结霜的早期，由于霜层增加了传热表面的粗糙度及表面积，使总传热系数有所增加。

随着霜层的逐渐增厚，又加大了空气流过翅片管时的阻力，降低了空气流量，从而导致翅片管内制冷剂蒸发不充分，蒸发温度降低、蒸发器出口过热度减少、制热量衰减、制冷剂流量降低等问题，严重时会引起压缩机事故。

此时，必须对热泵机组进行除霜操作。

所谓逆循环除霜是指：除霜时，通过四通阀的动作，使热泵机组从制热运行模式切换到制冷运行模式。

压缩机排出的高温高压气体进入翅片管换热器(冷凝器)，使其表面温度升高，将霜层融化除掉。

除霜后的翅片管换热器传热系数增加、空气流动阻力减小，其换热效率提高。

最近，湖南安化县的空气能经销商曾女士碰到了一桩麻烦事：她经手的一项空气能热泵工程，遭到了客户的投诉。

客户反映说，客厅内的风盘结霜现象严重，甚至出现了滴水现象。

曾女士身为项目的负责人，迅速前往客户处，开始查找原因。

经过长久的盘查，发现是由于客户降低了空气能热泵的温度，并且在使用空调时窗户大开，导致窗外潮湿气流吹入，引起的风盘结霜。

实际上，空气能热泵的结霜，通常是在冬天发生，而不是夏天。

为什么空气能热泵会出现结霜呢？因为它的蒸发器经常会低于露点温度。

而蒸发器吸收空气中的能量时，空气需要通过蒸发器翅片，这时，水蒸气有可能凝结为水珠附着在翅片上形成凝结水，这便是结霜现象偶有出现的原因。

而蒸发器结霜，会影响蒸发器对周围空气能的吸收效率，从而导致空气能热泵机组的整体制热效果下降，耗费更多的电能。

了解结霜的原理后，我们可以知道，在低温环境或者使用不当的情况下，结霜的现象是有可能会出现的。

面对这种情况应该如何解决呢？小编特意请教了知名空气能热泵企业纽恩泰的技术人员，得知业界通常采用两种方案来处理，一种是热气旁通除霜，一种是逆循环除霜。

热气旁通除霜的方案，一般适用于小容量热泵系统，特点是不需要四通阀，依靠一个电磁阀的开、断，间接的控制制冷剂的流动，达到除霜目的。

热气旁通除霜具体过程如下：当需要除霜时，电磁阀自动开启，相应的管路导通，让高温高压的制冷剂从压缩机中流出，流经蒸发器，利用制冷剂的热量化掉蒸发器翅片上的霜。

热气旁通除霜，通常需要配备较大的分离器，存储冷凝器产生的液体，避免出现压缩机的液击现象。

这种方案，多见于直热式的空气能热泵机组使用。

热气旁通的方案简洁可靠，管路连接不复杂，是目前行业中最广泛的除霜方案。

第31卷第1期2001年1月东南大学学报(自然科学版)JO UR NAL OF SOUTHEA ST UNIVER SITY (Natural Science Edition) Vol 131No 11Jan.2001风冷热泵冷热水机组除霜过程仿真黄 虎 李志浩 虞维平(东南大学动力工程系,南京210096)摘要:在对风冷热泵冷热水机组除霜过程内部状态变化进行定性分析的基础上,建立了机组除霜过程动态仿真的数学模型,采用质量引导法对数学模型进行求解,仿真计算结果与实验值的对比表明:风冷热泵冷热水机组除霜过程的动态仿真反映了机组除霜过程的变化趋势,为利用建立数学模型进行理论分析并与实验相结合的方法深入研究机组的除霜过程,掌握机组除霜过程中各主要部件的性能变化,改进机组除霜性能,提高机组在冬季的工作特性与可靠性打下了基础.关键词:风冷热泵冷热水机组;动态仿真;除霜中图分类号:TB65 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2001)01-0052-05收稿日期:2000-06-23. 作者简介:黄 虎,男,1962年生,博士后.风冷热泵冷热水机组作为中央空调系统的冷热源,在长江流域得到了广泛的应用[1],但机组在结霜工况下制热运行时,由于风侧换热器表面结霜,使得机组制热能力下降,必须进行除霜,以维持正常工作.但除霜过程也给机组运行带来了负面影响,如:除霜时中断制热,使供水温度产生较大波动,除霜过程中,系统内部压力波动大,给压缩机造成压力冲击等.1 风冷热泵冷热水机组除霜过程的定性分析由于风冷热泵冷热水机组的除霜过程是比启动过程更为复杂的动态变化过程,为建立描述除霜过程的数学模型,首先要对除霜过程进行定性分析.111 除霜过程系统内部状态变化分析目前,风冷热泵冷热水机组大多采用反循环除霜,除霜时四通阀动作,风机停止工作,风侧换热器与水侧换热器功能对调.高温、高压制冷剂向风侧换热器的翅片管输送能量.图1为机组制热与除霜循环流程图.(a)制热循环 (b)除霜循环图1 风冷热泵冷热水机组制热与除霜循环流程图对于从A y F 的/高压侧0,制热运行时,A y B 的排气管线内,制冷剂为高压状态,风侧换热器作为蒸发器,其中的制冷剂为低压状态,储液器中的制冷剂为高压状态.当四通阀动作后,风侧换热器切入高压系统,由于其压力低,不能打开通向储液器的单向阀D 2,故H 和G 到E 的管路被切断,储液器进口质量流量为0,当风侧换热器压力高于储液器后,单向阀才能打开,制冷剂才能流入储液器.另一方面,内容积较小的排气管路A y B 段与内容积较大的风侧换热器接通,A y B 段内压力迅速下降,当与风侧换热器内的压力平衡后,在压缩机的驱动下,/高压侧0的压力逐步回升,因此,四通阀动作后,从A y E 的/高压侧0经历了3个阶段:¹A y B 段内制冷剂压力与风侧换热器G 内制冷剂压力的平衡过程;ºA y G 内制冷剂的压力回升阶段;»单向阀D 2打开后,/高压侧0制冷剂的正常流动阶段.对于/低压侧0,处于高压侧的水侧换热器在四通阀动作后,突然切入/低压侧0,与H y I 的低压管路连通,H y I 段的压力受水侧换热器的影响,压力有一个冲高过程,水侧换热器的压力有一个下降过程,压力变化的幅度与水侧换热器及吸气管路的容积有关,当两者压力均衡后,/低压侧0才逐步进入正常工作状态,因此,对于/低压侧0而言,在四通阀动作后,经历2个阶段:¹水侧换热器C 与吸气管路H y I 内制冷剂的压力平衡阶段;º当两者压力平衡后的正常工作阶段.112 除霜过程中翅片管外表面融霜过程分析除霜过程中,随着除霜能量逐步输向风侧换热器,翅片管壁温度逐步升高,当管壁温度大于0e 时,管外的霜层开始融化,从整个换热器看,融霜从制冷剂入口向出口发展,直到整个翅片管上的霜融尽.就一个微元控制体而言,影响融霜的因素较复杂,如:环境温度的作用,周围融霜状态的影响等.为了建立融霜过程的数学模型,必须根据融霜的物理特性,将融霜过程理想化.翅片管外的融霜过程可分为4个阶段:¹预热期,这期间,霜层温度从除霜开始时的温度上升到0e ;º融霜期,随着翅片管温度的上升,霜层开始融化;»表面水的汽化期,当霜层融化时,一部分水已离开翅片管,一部分水仍粘附在翅片管上受热汽化;¼干加热期,当粘附在翅片管上的水汽化后,翅片管表面的换热状态为与大气的自然对流传热.2 除霜过程制冷剂侧质量与能量守恒方程风冷热泵冷热水机组除霜过程数学模型包括压缩机模型、热力膨胀阀模型、高压区模型以及低压区模型,压缩机与热力膨胀阀模型的描述见文献[2],高压区及低压区模型由质量与能量方程构成.211 高压区第1阶段质量与能量守恒方程风冷热泵冷热水机组除霜时,处于高压区的部件有:¹排气管路部分,º风侧换热器(冷凝器),»储液器.除霜过程第1阶段各部件的变化是由于四通阀动作后,各部件压力不平衡引起的,是同一区域的压力从不平衡到平衡的变化过程,在这一过程中,相关的各部件与外界的传热对制冷剂状态的影响较小,而制冷剂侧的制冷剂质量迁移对各部件中制冷剂状态的影响起决定作用,因此,建立各部件模型时,主要图2 高压侧各部件参数传递关系图考虑此阶段制冷剂迁移的影响,并采用集中参数的方法建立部件模型.由于高压管路与风侧换热器间的质量流量需通过2个部件模型联立迭代求解,故在建立模型时,将高压管路和风侧换热器2个部分统一考虑.图2为高压侧各部件参数传递关系图.21111 高压管路与风侧换热器质量与能量守恒方程高压管路质量守恒方程d m G P d t =Ûm G.i -Ûm G.o(1)高压管路能量守恒方程d(m G h G )P d t =Ûm G .i h G.i -Ûm G.o h G.o +ÛQ G(2)风侧换热器质量守恒方程d m c.i P d t =Ûm c.i(3)风侧换热器能量守恒方程d(h c m c )P d t =h c.i Ûm c.i +ÛQ c (4)21112 储液器质量与能量守恒方程由于第1阶段(包括第2阶段)风侧换热器与储液器之间的单向阀未打开,故储液器制冷剂进口质量流量为0,出口质量流量Ûm r.o 由热力膨胀阀计算提供,储液器质量与能量守恒方程为储液器质量守恒方程d m r P d t =Ûm r.o(5)储液器能量守恒方程53第1期黄 虎等:风冷热泵冷热水机组除霜过程仿真d(h r m r )P d t =h r.o Ûm r.o +ÛQ r(6)212 高压区第2阶段质量与能量守恒方程该阶段,高压管路与风侧换热器的压力同步变化,由于高压管路相对较短,故在模型中,仅考虑风侧换热器与储液器的模型,储液器模型与第1阶段相同,风侧换热器质量与能量守恒方程为质量守恒方程d m c P d t =Ûm c.o(7)能量守恒方程d(h c m c )P d t =h c.o Ûm c.o +ÛQ c (8)213 高压区第3阶段质量与能量守恒方程这个阶段风侧换热器与储液器之间的单向阀打开,整个系统中制冷剂的流动呈连续流动状态,而制热工况下,水侧换热器与储液器的耦合关系类似,风侧换热器和储液器内制冷剂的质量流量需通过联立迭代计算得出,储液器质量与能量守恒方程基本不变,对于风侧换热器,承接制热工况下制冷剂按流动方向划分的微元控制体,采用分布参数的方法计算.由于除霜时,风机停止工作,因此,空气侧不存在空气强制流过翅片管的问题.对于风侧换热器的每个微元控制体有质量守恒方程d m P d t =Ûm i -Ûm o(9)能量守恒方程d(hm )P d t =h i Ûm i +h o Ûm o +ÛQ (10)计算管内传热ÛQ 时,根据制冷剂的不同状态,采用不同的换热系数对于单相区(过热、过冷):A =01023K l Pd i Re 0.8p r 0.3(11)对于二相区(冷凝),由文献[3]提供的方法计算冷凝换热系数A =K l P d i U (C pl L l P K l )1P s (12)式中U = 5.03Re 1P sRe < 5.5@1040.0265Re 0.8Re > 5.5@104(13) Re =d i g l +g g (p l @p g )1P 2L l (14)其中,g g 为气相质量流速;g l 为液相质量流速.214 管壁热平衡方程除霜过程中,管壁温度的变化由下式表示:C w d T w P d t =ÛQ w(15)式中,ÛQ w 为管内制冷剂侧传热量与空气侧传热量之差.图3 低压侧各部件参数的传递关系215 低压区质量与能量守恒方程低压区第1阶段是水侧换热器与低压管路的压力平衡,图3为低压侧各部件参数的传递关系.由于水侧换热器与低压管路间的制冷剂质量需通过2个部件模型联立迭代得到.对于水侧换热器和低压管路均依据质量守恒、能量守恒,采用集中参数方法建立数学模型,除霜阶段水侧换热器作为蒸发器使用,计算中需采用与制热阶段不同的换热系数.低压管路模型与高压管路类似.低压区进入第2阶段后,由于水侧换热器和低压管路2个部件的压力一致变化,为简化计算,故仅考虑水侧换热器.3 风冷热泵冷热水机组除霜时空气侧融霜过程的仿真模型由于翅片管外融霜过程的复杂性,要对融霜过程进行数学描述,首先应对融霜过程理想化,因此,作以54东南大学学报(自然科学版)第31卷下假设:¹融霜过程由内向外逐层发展;º各微元控制体的融霜过程不受其它部分融霜和凝水的干扰;»融霜过程按理想状态分为预热、融霜、表面水汽化及干加热过程4个发展进程;¼霜层质量的变化仅与融霜量有关,不受其它因素的影响;½融霜过程中,霜层与管壁间的水量达到一定量后不变.在除霜时,霜层从2个方面接受热量,一是通过翅片管壁接受制冷剂侧的热量,这是融霜热量的主要方面;另一面是与大气的热交换,当大气温度高于0e 时,大气向霜层传热,当大气温度低于0e 时,霜层向大气传热.制冷剂通过翅片管放出的热量用于:¹将霜层从除霜开始时的温度加热到0e ;º融霜;»汽化翅片管外的表面水;¼由翅片管表面向大气放热.对于不同的阶段,热平衡关系式有所不同.311 预热阶段热平衡关系ÛQ f =ÛQ s -ÛQ w +ÛQ a(16)式中,ÛQ f 为霜层的吸热量;ÛQ s 为管内制冷剂放热量;ÛQ w 为通过管壁的传热量;算式与式(15)类似;ÛQ a 为霜层与大气的换热量.ÛQ f =C f d T f P d t(17) ÛQ s =A s A i (T r -T w )(18) ÛQ a =A A f (T a -T f )(19)式中,C f 为霜层热容;T f 为霜层温度;A s 为管内制冷剂换热系数;A i 为管内表面积;T s 为制冷剂温度;A 为霜层外表面与大气的自然对流换热系数;A f 为霜层外表面积;T a 为大气干球温度.312 融霜阶段热平衡关系ÛQ d =ÛQ s -ÛQ w(20) ÛQ d =K P D A e (T w -T f )(21)式中,ÛQ d 为通过霜层与管壁间的水层导向霜层的热量;K 为水的导热系数;D 为水层厚度.取文献[4]给出的实验值,A e 为翅片管有效表面积,因该阶段霜层处于融化阶段,故取T f =273115K.313 表面水汽化阶段热平衡关系ÛQ g =ÛQ s -ÛQ w -ÛQ a(22) ÛQ g =R v r w(23)式中,ÛQ g 为汽化水的吸热量;R v 为表面水的汽化速度,其值正比于管壁温度下饱和水蒸气密度与大气环境条件下的水蒸汽密度之差;r w 为水的汽化潜热.314 翅片管干表面加热阶段热平衡ÛQ a =ÛQ s -ÛQ w (24)4 风侧换热器及系统仿真数学模型的求解仿真计算的初始参数为结霜过程的终止参数[2],计算部件的质量与能量方程的求解采用质量引导图4 吸、排气压力的变化法[5],即通过计算部件的进出口质量流量及上一时刻计算部件内的总质量M ,可求出当前时刻计算部件内的制冷剂量,在设定一个计算部件内制冷剂流场及初始压力P 的条件下,通过能量方程的求解,得到计算部件内制冷剂的特性参数,进而求出计算部件内的制冷剂质量,通过2个质量的对比,搜索压力P .实验样机系统及测点布置图见文献[6],图4~图6为计算值与实验值的对比.图5中的水侧换热器出水温度t 水,o 由式(25)求得t 水,o =(C p 水Ûm 水t 水,i -ÛQ 水)P C p 水Ûm 水(25)式中,ÛQ 水为水侧换热器换热量;Ûm 水为水流量;C p 水为水的比热;t 水,i 为进水温度.55第1期黄 虎等:风冷热泵冷热水机组除霜过程仿真图6中的翅片温度值近似为管壁温度,取翅片温度测点处的计算值.图5 出水温度的变化 图6 翅片温度的变化5 结 语本文在对风冷热泵机组除霜过程进行定性分析的基础上,建立机了组除霜过程的仿真模型,并采用质量引导法求解.由于风侧换热器融霜过程相当复杂,在建立模型时,进行了较多理想化假设,因此,到目前为止,对除霜过程的仿真,只是仅能从趋势上反映机组除霜过程的变化,还有很多工作需进一步深入,如详细的融霜过程的理论与实验研究,仿真模型求解的算法研究等,上述研究有助于深入了解风冷热泵机组除霜过程动态特性,并在此基础上对机组进行改进,提高机组的除霜性能.符号表m )质量(kg);Ûm )质量流量(kg P s);t )时间(s);h )比焓(kJ P kg );ÛQ )换热量(kW);T )温度(K).下标:G )高压区;i )进口;o )出口;c )冷凝器;r )储液器;w )管壁;f )霜层;s )制冷剂;a )大气;e )蒸发器;T )膨胀阀.参考文献1 黄 虎,束鹏程,李志浩.中央空调中热泵的应用和节能.能源技术,1998(4):35~372 黄 虎,束鹏程,李志浩.风冷热泵冷热水机组结霜工况下工作过程动态仿真及实验验证.流体机械,2000(3):49~523 蒋能照.空调用热泵技术及应用.北京:机械工业出版社,1997.1264 Krakow K I,Lin S.Yan Dr -ING I.An idealized model of reversed -cycle hot gas defrosting -part 2:experimental analysis.AS HRAE Trans,1992,98(1):462~4745 丁国良.小型制冷装置动态仿真与优化研究:[学位论文].上海:上海交通大学动力系,19936 黄 虎,束鹏程,李志浩.风冷热泵冷热水机组结霜工况下运行特性的实验研究.流体机械,1998(12):43~47Dynamic Simulation of Air Cooled Heat Pump P Chillerunder Defrosting ConditionHuang Hu Li Zhihao Yu Weiping(Department of Power Engi neering,Southeas t Universi ty,Nanjing 210096)Abstract : Based on the analysis of the defrosting process of air cooled heat pump P chiller,dyna mic simulation model is established for air cooled heat pump P chiller operating under defrosting condition.The model is solved by using the method of quality guiding.The result of dynamic simulation is c ompared with that of experiment.It is found that the dyna mic simulation is feasible for studying defrosting process of air cooled heat pump P chiller deeply.It is also useful for improving the performance of the unit working in winter.Key words : air cooled heat pump P chiller;dynamic simulation;defrosting 56东南大学学报(自然科学版)第31卷。

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2020.12科学技术创新空气源热泵系统结霜及除霜实验研究李刚田小亮（青岛大学机电工程学院，山东青岛266071）近年来，空气源热泵因其节能环保、能源利用率高，具备制冷制热双重功能等优势在暖通空调领域得以广泛应用。

然而空气源热泵极易出现蒸发器结霜现象，空气源热泵的结霜过程极其复杂，涉及到进风温湿度、空气流量、换热器翅片类型及间距、翅片表面特性以及霜层结构等众多影响因素[1]。

更重要的是，结霜会导致换热器传热热阻增大、空气流量减少、换热能力降低等问题，因此换热器表面结霜到一定程度时需要转换为除霜模式[2]。

目前空气源热泵常用的除霜方式有电热法、逆循环法等，然而在实际工程运用中，采用这类除霜方式时往往存在化霜水清除不彻底的情况，当机组重启制热模式时，换热器表面的滞留水会使得结霜状况更加严重，甚至会对换热器造成破坏。

这不仅大大降低了空气源热泵系统工作效率及用户的热舒适度，也造成了巨大的能量损失[3]。

本文从空气源热泵系统在暖通空调领域的实际工程运用出发，搭建了空气源热泵系统结霜化霜可视化实验平台。

实验研究了空气源热泵系统在低温环境运行时霜层的形成、发展过程及其随换热器性能的影响。

并采用对低温空气除霜方法，对化霜过程及化霜效果进行了验证和探究。

同时分析了不同化霜时间下，换热器恢复制热模式时翅片表面残留的滞留水对系统性能以及换热器再结霜过程的影响。

最大限度缩短了系统化霜时间、减少了翅片表面滞留水量，降低了结霜、化霜过程对系统性能的影响，保证机组能够连续、高效、稳定地运行，降低了能耗。

1实验简介空气源热泵空调结霜化霜实验平台如图1所示，系统由过滤网、电加热器、并联复合式变频压缩制冷机组、挡水板、引风机、集水装置、保温材料等构成。

空气在引风机作用下依次经过滤网、电加热器、并联复合式1#-4#变频压缩制冷机组和挡水板。

图1实验平台系统图表1为1#-4#换热器的主要参数。

通过控制1#-4#制冷机组和电加热器的工作台数或频率实验平台能够调节空气露点温度，可以将其降至-20℃甚至更低来实现模拟不同温度湿度环境下的结霜化霜工况。

随着近日的一轮寒潮来袭，北方普降大雪，而南方将普遍进入冻雨天气。

可以
预见，空气源热泵结霜结冰，并由此带来的一些故障报修，将会牵动从业者的
神经。

其实，热泵结霜本来是正常现象，具体表现为当冬季室外温度低于0℃时，制
热运行时间长，室外机组整个换热器表面均匀结霜。

原因是换热器温度低于环
境空气的露点温度时，整个换热器上散热片表面会产生凝露水，当环境空气温
度低于0℃，凝露水就会凝结成薄霜。

当然结霜严重时会影响机器制热效果。

一般热泵产品都有自动化霜功能，确保机组正常运行。

不过也有部分情况，导致机组非正常结霜，这是导致热泵运行故障的主要原因。

机组非正常结霜和结冰，只是机组“出毛病”的表面症状，结霜症状不一样，
病理各有不同，病因不同，结霜的形状和形式就有不同。

文章编号:ISSN1005 9180(2003)01 0013 04关于风冷热泵除霜问题的研究任 乐,陈旭峻,袁秀玲(西安交通大学能动学院,陕西西安710049)[摘要]本文通过对风冷热泵冷热水机组冬季制热运行时换热器结霜与除霜问题的研究,提出了一种 能量分析法。

具体针对一种常见的除霜方法!逆循环除霜,提出了相应的减少除霜损失的方法。

[关键词]能量分析法,热泵,除霜[中图分类号]TQ051 5;TB65 [文献标识码]AResearch on Air C ooled Heat Pump DefrostingRE N Le,CHEN Xu-jun,YUAN Xiu-ling(College of Energy&Power Engineering,Xi∀an JiaoTon g Universi ty,Xi∀an710049)Abstract:In this paper,a view about energy analysis is stated according to the research of frosting and defrosting on heat ex changer of air cooled heat pump And a method called contra-cycle defros ting is analyzed At the same ti me,corre sponding ways to decrease defrosting loss are found outKeywords:Energy analysis,Heat pump,Defrosting1 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。

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。