空气源热泵除霜原理

空气源热泵蓄热除霜研究进展赵洪运; 邱国栋; 宇世鹏【期刊名称】《《节能技术》》【年(卷),期】2019(037)005【总页数】6页(P429-434)【关键词】空气源热泵; 蓄热; 除霜; 相变; 快速制热【作者】赵洪运; 邱国栋; 宇世鹏【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012; 青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司山东青岛266101【正文语种】中文【中图分类】TU830 前言空气源热泵在低温(-5～5℃)高湿(相对湿度大于65%)地区(如我国长江中下游地区)供热运行时，室外换热器会结霜，霜层堵塞空气通道，不仅减小了空气的流量，同时也增加了空气与制冷剂的传热热阻，会影响系统的制热性能，随着换热器表面结霜面积和霜层厚度的增加，制热性能会进一步恶化，所以系统需要周期性除霜以维持正常的制热运行[1-2]。

现在被广泛应用的逆循环除霜技术在除霜时系统不仅不供热，还要从室内吸热用于除霜，由于室内风机关闭(避免吹冷风)，制冷剂吸热不足，导致除霜时间较长、除霜不彻底，再加上室内向室外的散热，最终导致室内温度大幅下降，白韡[3]进行了逆循环除霜的实验研究，研究结果表明，逆循环除霜时室内温度下降了8.1℃，如此大的温降必然会严重影响室内的舒适性，给用户造成“忽冷忽热”的感觉，不仅如此，除霜后期压缩机吸气压力过低，容易导致低压停机保护，所以有必要研发新的除霜技术来保证除霜期间室内的舒适性和系统运行的稳定性，同时减少除霜能耗，以提高系统的COP。

目前的除霜技术中，除了逆循环除霜技术外，还有热气旁通[4-5]、电加热除霜[6-7]、蓄热除霜[8]、显热除霜[9]、超声波除霜[10]、外加电场除霜[11]等方式，其中蓄热除霜因节能、可靠、除霜效果好而成为了近些年本领域研究人员的研究热点，近十年有大量的文献报道相关研究，本文对现有蓄热技术进行了综述，指出了现有蓄热技术的优点和缺点，并在现有蓄热除霜基础上，提出一种新的蓄热型空气源热泵系统。

热泵的工作原理作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温区流向低温区。

但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。

所以热泵实质上是一种热量提升装臵，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象(温度较高的物体) ，其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。

热泵在工作时，它本身消耗一部份能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装臵所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。

在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了储水箱中的水。

冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。

余热利用的强力工具--热泵水从高处流向低处，热由高温物全传递到低温物体，这是自然规律。

然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。

同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或者采暖，使热量得到充分利用。

热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同，通过流动媒体 (以前普通为氟利昂，现天上由替代氟利昂所代替)在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化 (沸腾和凝结 )的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。

具体工作过程如下：①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。

②蒸发器出来的气体媒体液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。

③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。

④高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。

空气源热泵除霜原理及除霜方式研究随着环保和节能意识日益提高，空气源热泵作为一种环保、高效、节能的供暖设备被越来越多的人所关注和使用。

在使用过程中，除霜是一个非常重要的问题，因为在低温环境下，空气源热泵容易结霜影响效率，甚至无法工作。

因此，本文将重点介绍空气源热泵除霜原理及除霜方式的研究。

一、空气源热泵除霜原理空气源热泵除霜的基本原理是将室外机表面结成的冰雪除去，使空气源热泵能够正常工作。

空气源热泵除霜的方法有三种：时间除霜、逆周期除霜、间歇除霜。

1. 时间除霜时间除霜是指空气源热泵在制热运行中定时启动除霜功能，一般设置在20~60分钟间隔，可以通过程序设定工作时间。

时间除霜的优点是简单易行，不需要多余的设备，只需通过程序设置即可。

但是时间除霜的不足之处在于不能根据室外温度的变化改变除霜间隔，如果室外温度过低，除霜间隔过短，容易影响热泵的正常运行。

此外，时间除霜在除霜期间不能进行制热，无法满足用户需要。

2. 逆周期除霜逆周期除霜是指在空气源热泵制热运行时，反向工作，将室外机的热量释放到室外，使室外机表面的冰雪融化。

逆周期除霜的优点在于它是根据室外温度的变化及时调整除霜间隔，避免了除霜时间过短或过长的问题，并且可以在除霜期间继续进行制热。

但是逆周期除霜需要使用阀门、电动阀等多余的设备，增加了设备的成本和维护难度。

3. 间歇除霜间歇除霜是指在空气源热泵制热运行时，当感应器探测到室外机表面出现冰霜时，立即启动除霜功能。

间歇除霜的优点在于它既可以根据室外温度的变化调整除霜频率，也可以避免除霜时间过长导致制热中断。

间歇除霜还可以根据不同的需求，选择合适的除霜频率和除霜时间，达到最佳的除霜效果。

但是间歇除霜同样需要使用阀门、电动阀等多余的设备，增加了设备的成本和维护难度。

二、空气源热泵除霜方式的研究除了上述三种常见的除霜方式外，随着技术的发展，还出现了一些新型的除霜方式：1. 离子风除霜离子风除霜是指通过发生器产生高能量的静电离子，将冷凝器和蒸发器表面的冰雪吹散。

空气源热泵冬季结霜条件与除霜方法当空气源热泵机组在正常工况下运行时，蒸发器从周围空气中吸收热量，导致蒸发器翅片表面温度降低。

随着循环的进行，蒸发器翅片表面温度继续降低，直至低于周围空气的露点温度时，空气中的水蒸汽便在翅片表面结露，若翅片温度低于0℃，其表面会出现结霜现象。

随着循环的继续进行，霜层会进一步加厚，逐渐覆盖整个蒸发器。

霜层的出现增大了空气和工质之间的换热热阻，严重阻碍了蒸发器的换热性能。

不仅如此，霜层的增厚还加大了空气流过翅片的阻力，降低了空气流量，导致蒸发器性能衰减。

这些问题都将导致热泵产品不能正常工作甚至损坏。

因此，采用合理有效的除霜方法显得尤为重要。

1、热电除霜通过在换热器上安装适当功率的电阻，当蒸发器上霜层积累到一定程度时，开关开启，电阻丝通电发热融霜。

这一方法简单易行，但从节能角度来看不可取。

2、逆循环除霜一种是在蒸发器盘管上安装温度传感器，通过检测室外盘管温度来判断是否结霜。

另一种是通过检测冷凝器盘管温度与室温(或水温)的差值来判断室外蒸发器是否结霜，即当蒸发器结霜后，其换热效率降低，导致冷凝器的换热量下降，盘管温度下降，当检测到冷凝器盘管温度与室温(或水温)的差值低于一定值时，可以判断室外换热器结霜较严重。

除霜时启动换向除霜程序，四通换向阀动作，改变制冷剂的流向，让机组由制热运行状态转为制冷运行状态，压缩机排出的高温气体通过四通阀切换至室外换热器中进行融霜，当室外盘管温度上升到某一温度值时，结束除霜。

3、制冷剂过冷放热除霜该方法是将冷凝器出来的制冷剂过冷后节流，再进入蒸发器以融化蒸发器上的霜层。

在制热工况的除霜状态下，4个电磁阀只打开一个，由冷凝器出来的液态制冷剂，从打开的电磁阀进入翅片换热器进行过冷放热除霜，再进入与打开电磁阀所对应的气液分离器。

从气液分离器出液口出来的制冷剂进入集液管，再经节流阀进入分配器，经过单向阀进入余下的3个管路进入蒸发器蒸发，气态制冷剂进入对应的气液分离器，然后从出气口汇集到集气管再经斯通换向阀进入压缩机，完成循环。

空气源热泵和中央空调的区别热泵是将低温热源的热能转移到高温热源的装置。

实现冷却和暖气。

通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质-空气、河水、海水、城市污水、地表水、地下水、中水、消防池或工业生产设备排出的工质，这些工质与周围的介质有接近的温度。

1.空气源热泵的工作原理。

空气源热泵:动缩机工作，低温制冷剂压缩成高温介质，热交换器通过热水热交换器与水交换。

热交换后，热交换器被膨胀阀加热，膨胀阀减压后吸收空气中的热量。

吸热后的冷介质被压缩机吸入，热量从空气和热量中收。

加热水热交换器的热量，加热冷水。

水吸收的热量是压缩机产生的热量和制冷剂吸收的热量的总和。

空气源热泵工作原理图。

空调:动力驱动压缩机工作，低温制冷剂压缩成高温制冷剂，高温制冷剂通过蒸发器散热，空调本体风扇散热进入室外，热媒冷却膨胀。

n阀减压通过空调室蒸发器吸收空气热量，降低室内温度，吸收热量后的热介质是压缩机吸收的热介质。

这样，热量从室内持续释放到室外空气，热量从室内吸收，达到降低室内温度的目的。

空调的工作原理图。

2.采暖方式。

空气源热泵:空气源热泵本身只是热水供应设备。

加热后，与其他加热端实现加热。

例如，散热器、鼓风机线圈、空气加热器、地温管可以作为加热端，可以根据家庭选择不同的加热方式。

空调:无论是立式空调还是壁挂式空调，只能通过积极加热来实现加热。

3.零件。

空气源热泵:热泵压缩机、防冻水箱冷凝器、带亲水膜的室外翅片热交换器、高压保护和控制系统。

空调:空调压缩机、翅片冷凝器或板式冷凝器、无亲水膜的室外翅片热交换器。

在这些构件中，空压机的区别是空气源热泵与空调的区别，因为不同的空压机决定了产品的使用效果和使用面积。

空调空压机选用空调空压机，以r22为例，运行压力不大于2mpa，空压机比小于7，排气温度不大于90度，但空气源热泵必须使用热泵机组。

ssor与r22相同，运行压力可达3mpa，压缩机比可达12，可达20，排气温度。

110度。

这些参数的差异要求提高热泵压缩机的加工精度、轴承强度、马达的耐温性等。

第37卷,总第217期2019年9月,第5期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.37,Sum.No.217Sep.2019,No.5空气源热泵蓄热除霜研究进展赵洪运1,2,邱国栋1,宇世鹏1(1.东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林132012;2.青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司,山东青岛266101)摘要:蓄热除霜因舒适性好,可靠性高,近年来成为研究热点。

本文综述了近十年来蓄热除霜的发展历程,包括蓄热器的形式、蓄热材料的种类、蓄热和除霜过程制冷剂的流程及对应的供热、除霜效果等。

综述结果表明,无论哪种蓄热除霜形式,都具有良好的除霜效果、室内舒适度和节能性。

但是现有的蓄热除霜系统中,蓄热器功能较单一(只用于除霜),除霜时室内舒适性还有进一步提升的空间。

为此,本文在现有蓄热除霜技术的基础上,提出了一种带有快速制热功能的蓄热除霜系统,可进一步提高除霜过程的室内温度和舒适性,同时在开机时能更快的使室内温度达到设定值,并从理论和实验角度分析了该系统的优势。

关键词:空气源热泵;蓄热;除霜;相变;快速制热中图分类号:TU83文献标识码:A文章编号:1002-6339(2019)05-0429-06Review of Heat Storage Defrosting of Air Source Heat PumpsZHAO Hong-yun1,2,QIU Guo-dong1,YU Shi-peng1(1.School of Energy and Power Engineering,Northeast Electric Power University,Jilin132012,China;2.Qingdao Economic&Technology Development Zone Haier Water-Heater Co.,Ltd.,Qingdao266101,China)Abstract:Heat storage defrosting is a research hotspot in recent years because of better indoor comfort and stability.This paper reviews the development of thermal storage defrosting in the past decade,inclu⁃ding the form of regenerators,the types of regenerative materials,the flow of the refrigerant during the heat storage and defrosting process,the corresponding heating and defrosting effects.The results demon⁃strate that all forms of heat storage and defrosting have a good defrosting effect,indoor comfort,and ener⁃gy saving.Nevertheless,the function of regenerator is simple relatively(heat is used only for defrosting), the indoor comfort can be further improved in the course of defrosting for the existing heat storage defros⁃ting system.In this respect,this paper presents a thermal defrosting system with fast heating based on the existing thermal defrosting technology,which can further improve the indoor temperature and comfort of the defrosting process.Meanwhile it is fast that the indoor temperature reaches set value after startup. The advantages of the system are analyzed from a theoretical and experimental perspective.Key words:air source heat pump;heat storage;defrosting;phase change;fast heating收稿日期2018-10-30修订稿日期2019-03-10基金项目:吉林省科技厅重大科技招标专项(20160203007SF);吉林市科技创新发展计划项目(201750221);吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目(JJKH20180433KJ)作者简介:赵洪运(1995~),男,本科,助理工程师,主要从事家用热泵热水器的研发工作。

空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究共3篇空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究1近年来，空气源热泵作为一种新型能源被广泛运用于房屋供暖、制冷以及热水供应领域。

然而，在使用过程中，热泵室外机会因为低温和湿度而出现结霜的问题，导致热泵的运行性能和效率受到严重影响。

因此，研究空气源热泵的延缓结霜及除霜方法显得相当重要。

一、空气源热泵的结霜原因空气源热泵的冷凝器室外风扇会吸入外界的空气，将冷媒的热量通过换热器散发到外界，同时将空气中的水蒸气也带入冷凝器中。

当冷凝器表面温度小于空气中的露点温度时，水蒸气就会在冷凝器表面凝结成霜或冰。

长时间的结霜会导致热泵的效率降低，甚至会损坏设备。

二、空气源热泵结霜的解决方法1.升高室外空气温度：增加热泵的室外机的温度可以大大减少结霜的产生。

可以通过将室外机安装在遮挡物下、加装遮阳板等方式升高温度。

2.排水系统的修复：检查排水系统中是否存在堵塞或者破损的情况，及时修复。

3.采用多联机空气源热泵：采用多联机方式，增加冷凝器的数量，使每个冷凝器的负荷降低，结霜减少。

4.加装电辅助热棒：在空气源热泵负荷较轻的情况下，可以通过加热热泵表面进行除霜。

缺点是需要增加电费，且会导致系统效率下降。

三、空气源热泵的除霜方式1.制热模式下周期性除霜：当热泵处于制热模式下，当冷凝器表面出现结霜时，通过周期性反向运行热泵来使热泵室外机除霜，此时热泵室内风机停止运行。

2.制热模式下强制除霜：当热泵处于制热模式下，当冷凝器表面结霜厚度达到一定程度，系统将自动启动强制除霜功能，此时热泵室内风机停止运行，室外机的电加热器开启使冷凝器表面融化。

3.制冷模式下周期性除霜：当热泵处于制冷模式下，当冷凝器表面结霜良率超过一定程度时，在室内温度不低于设定温度的情况下，系统周期性反向运行热泵来使热泵室外机除霜。

4.制冷模式下强制除霜：当热泵处于制冷模式下，当冷凝器表面结霜良率达到一定程度时，系统将自动实行强制除霜功能。

综上所述，为了提高空气源热泵的效率和使用寿命，延缓结霜和除霜是非常重要的。