热泵结霜问题分析

空气源热泵降湿防结霜方法分析作者：陆心怡徐佳琦来源：《科技风》2017年第10期摘要：对空气源热泵结霜现象及其危害进行了分析，分析了目前空气源热泵除霜方法存在的问题，并提出通过降低空气含湿量除霜的思路，从根本上解决空气源热泵冬季供热时的结霜问题，提高空气源热泵冬季运行的稳定性和可靠性。

关键词：空气源热泵；结霜；降湿除霜热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，也是全世界倍受关注的能源节约技术。

空气源热泵利用空气中的热量作为低温热源，空气取之不尽用之不竭，因此空气源热泵运行成本较低。

利用少量的电能，将空气中大量的低温热能，通过压缩机的压缩成为高温热能，无需复杂的配置，不需复杂的冷却水系统，节能效果突出。

空气源热泵的运行过程无任何燃烧物外排，没有因为使用锅炉带来的污染，解决了利用能源与环境保护之间的矛盾，顺应了现代社会节能减排、科学用能的要求。

同时，空气源热泵还因为适用范围广、性能稳定，不受天气影响、占地空间小、维护费用低等优点而得到了广泛的应用。

对空气源热泵来说，目前技术最薄弱的环节就是冬季运行时的除霜问题。

蒸发器结霜导致空气源热泵运行性能恶化，换热能力下降。

而除霜过程则增加了空气源热泵机组运行的不稳定性，导致室内的舒适性降低。

1 空气源热泵结霜现象及其机理当空气中的水蒸气接触到温度低于空气露点温度的管及翅片表面时，外界空气换热器就会发生相变结霜现象。

结霜现象并不只有温度这一个影响因素，温度越低，空气中的含湿量越低，结霜现象不一定越严重。

数据显示，当空气温度低于5 ℃时，即使相对湿度很高，空气中的含湿量也不过2～3g/kg，这样的含湿量不会导致严重的结霜现象。

[1]成霜初期，独立分散的霜晶类似于肋片，增加了传热表面的粗糙度及表面积，可以起到强化传热的作用。

但随着时间的推移，换热器表面逐渐被霜晶覆盖，形成连续的霜层，并且霜层逐渐增厚。

霜层作为多孔介质，其导热系数小，造成导热热阻增大且成为影响传热系数的主要因素。

文章编号：CAR198空气源热泵结霜特性的数值模拟与实验验证赵 阳 郭宪民 王成生（天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津300134）摘 要对结霜工况下空气源热泵系统动态性能进行了数值模拟和实验研究，分析比较了不同结霜工况条件下空气源热泵空调器的动态性能、循环参数、蒸发器结霜量及结霜厚度。

实验数据与数值预测结果的比较表明，在结霜循环后期，蒸发器表面霜层厚度快速生长，数值模拟结果与实验结果的变化趋势是一致的。

热泵系统动态性能及循环参数的数值模拟与实验结果在霜层匀速生长段符合度较好，验证了数值模拟的合理性。

而在结霜循环后期，霜层快速生长，热泵机组性能数值模拟结果出现了较大误差，其主要原因是，在霜层生长模型中未考虑霜晶形态变化的影响。

关键词空气源热泵 结霜工况 数值模拟NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL VERIFICATION ON FROSTING CONDITION PERFORMANCE OF AIR SOURCE HEATPUMPZhao Yang Guo Xianmin Wang Chengsheng(Tianjin University of Commerce, Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin 300134) Abstract The dynamic performances of an air source heat pump (ASHP) system under frosting conditions were simulated. A series of experiments were conducted to verify the present simulation model. The dynamic performance and cycle parameters of the ASHP system under frosting conditions, the frost thickness and the frost mass accumulation on the outdoor coils were analyzed and compared. The comparison between the experimental and simulated results indicates that the frost thickness on the surface of evaporator grows rapidly at the end of the frosting cycle. And the simulated frost thickness is agreement with the experimental data. The simulated results and cycle parameters of the dynamic performances are compared favorably with the experimental data at the second frosting stage. The numerical simulation is verified to be reasonable. With the rapid growth of the frost thickness at the end of the frosting cycle, numerical simulation of the ASHP results in a larger error which is because of the change of frosting shape which is not taken into account in the simulation model.Keywords Air source heat pump Frosting condition Numerical simulation自20世纪8O年代至今，房间空调器和单元式空调器的热泵使用率就已近70%并逐年提高；但是，空气源热泵冬季运行时，外界气温降低，空气中湿度相对比较大，当室外换热器表面温度低于周围空气的露点温度且低于0℃时，安装在室外机组的热交换器会产生结霜[1]。

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。

如何辨别好热泵产品的结霜和化霜效果？空气中含有大量的水蒸气，当水蒸气遇到较冷的物体，并低于露点温度时，就会结露。

空气源热泵风侧的换热器是蒸发器，液态冷媒在管翅式蒸发器中膨胀蒸发，需要吸收空气中大量的热量，这些热量来自空气中的显热和潜热。

其中吸收潜热部分会导致翅片上结露。

当环境温度低于5℃甚至更低时，此时的蒸发温度低于0℃，翅片也会低于0℃，结露的水就会变成细细的冰，这就是结霜。

冰是热的不良导体，当蒸发器的表面覆盖上蓬松的霜时，就像穿上了“一件保暖的衣服”，换热能力急剧下降，这又导致了霜的进一步凝结。

如此恶性循环，热泵的制热能力就急剧衰减。

这是，如果不把霜除掉，轻则导致产水量下降，重的导致压缩机的回气量大幅减小，而导致压缩机排气温度过高，最终烧毁压机。

因为回气不仅是压缩机做功的载体，同时也是压缩机机械和电器部分的冷却剂。

所以化霜是空气源热泵无法回避的一个课题，如果一台机组的除霜效果不好，其功能如何说得天花乱坠都是惘然。

附：实用新型专利.智能除霜专利我们应该看到，结霜具有不好的一面，也要看到其有利的一面。

毕竟空气中的水蒸气凝结成水，变成冰，释放出大量的热量被热泵吸收了，如果没有水蒸气，单纯的空气，其热容量是比较小的。

假如我们每次霜的重量是1kg，那么我们已经吸收了1kg水的汽化潜热（2300kJ）和凝固热(330kJ)，总供大约是2630kJ的热量。

但我们化掉1kg的霜需要消耗多少热量呢？理论上讲，也就是330kJ就可以了，考虑到一部分热量损失，应该也不会超过600kJ。

1、结霜的速度结霜是不可避免的，但是，减缓结霜的速度是有可能的。

结霜的速度和蒸发器，节流方式，风量和冷凝温度有关系。

A）蒸发器蒸发器是决定热泵的吸热能力最重要的因素之一。

由于热泵的工作范围远比空调的宽，而且空调主要侧重于制冷，一般设计室外换热器时是以制冷国标工况来选择的，也就是侧重于优先冷凝的设计。

但热泵是需要优先蒸发的设计。

蒸发器的设计要注意以下几点：面积要比传统空调冷凝器大30%~50%，确保在环境温度较低时，仍能吸收到足够的热量；翅片间距尽可能宽一些，要用波纹片或平片，不要用开窗片。

栏目责任编辑：李鹏lipe ng1963@Papersechnical 论文论述TT y1概序家用热泵型空调依据G B/T7725-2004《房间空气调节器》第5.1.2条规定：“热泵型空调器的热泵额定（高温）制热量应不低于其额定制冷量；对于额定制冷量不大于7.1kW 的分体式热泵空调器，其热泵额定（高温）制热量应不低于其额定制冷量的1.1倍。

”热泵型空调器在标准制热工况（室内干球温度20℃、湿球温度15℃，室外干球温度7℃、湿球温度6℃）运行时，室外机换热器不应出现结霜与除霜情况，否则制热量不能满足国标5.1.2的要求，同时室内侧的出风温度低于人体的体表温度，也导致空调器不符合其冬季制热功能价值的预期。

2空调器在标准制热工况下结霜主要因素热泵型家用空调器采用的是风冷肋片式换热器。

当空气流经换热器时，如果室外侧换热器的盘管温度低于空气的露点温度，其所含的水分就会析出并附着于盘管表面形成霜层。

空气状态变化如图1所示，其中A 到B 过程属于等湿降温，A 点的湿空气到B 点凝结成水珠，水珠依附在换热器上面，此时换热器相当于表冷器，那么表面温度低于0℃就在点结霜。

随着霜层的形成，空调器的制热能力下降。

霜层的形成和影响因素比较复杂，根空调技术专题标准制热工况下热泵型空调器室外换热器结霜原因分析TCL 空调器（中山）有限公司鲁益军王文标张先雄本文分析了热泵型空调器在标准制热工况下结霜的形成原因，并提出了解决方法。

关键词：热泵型空调器；标准制热；结霜；流程布置摘要：图1湿空气结霜过程空气状态的示意图据空气调节原理其主要影响因素有换热器冷却面、室外气候条件及时间。

热泵型房间空调器在标准制热工况下运行时结霜的因素主要在于冷却面，对于家用空调器的换热器冷却面主要指换热器的外表温度与流程布置及肋片结构。

温度因素：当盘管表面温度低于0℃，并低于换热器回风口空气的露点温度时，空气中的水分就会析出并在蒸发器表面形成霜层。

盘管表面与入口空气之间的温差越大，结霜速度越快，结霜也越严重。

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。

空气源热泵除霜方法的研究现状及展望随着能源危机和环境问题的日益突出，空气源热泵作为一种高效、清洁的取暖方式，得到了越来越多的关注和应用。

然而，空气源热泵在运行过程中存在着一个普遍的问题，就是冬季工作时的结霜现象。

结霜不仅会降低热泵的换热效率，还会增加能耗和损害设备。

因此，研究空气源热泵除霜方法成为热泵领域的热点课题。

本文主要对空气源热泵除霜方法的研究现状进行综述，并展望未来的发展方向。

目前，空气源热泵除霜方法主要包括四种：时间除霜、逆周期除霜、加热除霜和在线传感器除霜。

时间除霜是指根据气温和运行时间来设定除霜周期，定时进行除霜操作。

逆周期除霜是通过改变热泵的工作模式，使其在制冷模式下进行除霜。

加热除霜是通过加热器加热空气源热泵的蒸发器，使结霜的冷凝器上的冰融化。

在线传感器除霜是通过感知冷凝器上的结霜状态，并根据结霜程度来进行除霜。

这些方法各有优缺点，适用于不同的环境和需求。

时间除霜是最简单、成本最低的一种除霜方法，适用于气温低且相对稳定的环境。

逆周期除霜是目前应用最广泛的除霜方法，可以在较低的能耗下实现较好的除霜效果。

加热除霜虽然效果明显，但能耗较大，需要额外的加热设备。

在线传感器除霜技术则可以根据结霜情况灵活调整除霜周期和时间，能够更好地适应变化的环境条件。

未来，空气源热泵除霜方法的发展主要从以下几个方面进行展望。

首先，提高除霜效率和能耗控制是重要的研究方向。

目前存在的问题是除霜时能耗较高，且需要较长的时间，影响热泵的正常运行。

因此，需要进一步研究并优化除霜过程中的各个参数，提高除霜效率，减少能耗。

其次，研发新型的除霜设备和材料也是未来的重点。

目前市场上的除霜设备主要是采用电加热方式，需要较大的能量投入，且存在一定的安全隐患。

因此，需要开发和应用新型的除霜设备和材料，如微波除霜、无能源除霜、自清洁材料等，以提高除霜效果和降低能耗。

最后，智能化和自适应控制也是未来的发展方向。

目前的除霜方法大多是基于固定的时间或传感器，无法灵活应对变化的环境条件。

热泵结霜机理
热泵结霜的机理主要有以下几点：
1. 低温环境下，空气中的水分会凝结成霜，覆盖在热泵的蒸发器表面，导致热泵结霜。

这是因为在低温下，蒸发器的表面温度低于露点温度，使得空气中的水蒸气冷凝并形成霜。

2. 当热泵运行时，如果周围环境温度过低，就会导致冷凝器表面温度过低，从而引起结霜现象。

这是因为空气中的水蒸气会在冷凝器表面冷凝并形成霜。

3. 当热泵内部的制冷剂不足或制冷系统存在漏气等问题时，会导致冷凝器表面温度过低，从而引起结霜。

这是因为在制冷剂不足或漏气的情况下，热泵的制冷效果会降低，导致冷凝器表面温度下降，使得空气中的水蒸气在冷凝器表面形成霜。

总的来说，热泵结霜的机理与周围环境温度、热泵的运行状态以及制冷剂的量等因素有关。

为了减少热泵结霜的现象，可以保持室内通风、定期清洁设备、检查制冷剂和制冷系统是否存在问题等方法进行处理。