低温地区空气源热泵除霜方式的发展研究

低温地区空气源热泵除霜方式的发展研究

勇婷婷

沈阳建筑大学 市政与环境工程学院 辽宁 沈阳

摘要：空气源热泵在寒冷地区会因为换热器蒸发器表面结霜而导致机组COP降低，严重时会导致系统宕机，因此在传统除霜方式的基础上国内外学者将目光聚集在对除霜方式的改进上，为提高除霜效率，降低对室内舒适度影响，对除霜方式的不断改进，文章结合国内外文献简单阐述了除霜方式的改变发展，重点介绍了传统除霜方式的发展及优缺点，不同蓄热除霜方式的发展及应用。对未来研究方向进行展望。

关键词：空气源热泵 相变蓄热 逆循环 热气旁通

热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置。热泵的工作原理就是以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，它仅消耗少量的逆循环净功，就可以得到较大的供热量，可以有效地把难以应用的低品位热能利用起来达到节能目的。其中以空气源热泵其热源提取方便，运行管理简便，无污染等优点被广泛应用。在寒冷地区，由于其冬季室外空气露点温度低于零度，在换热器冷表面与空气中水蒸气接触的区域会产生结霜现象。此现象会使耗能增加，COP降低，严重时会使系统停机。因此空气源热泵的除霜技术以及抑制霜层增长技术一直都是国内外学者广泛研究的内容。

1.不同除霜形式的研究

1.1对换热器结构表面进行改变

刘川[[ ]]等人作了关于条缝翅片管换热器与条缝式换热器的对比试验。实验中发现对于室内舒适度的影响非常大且条缝式的换热器只适用于低相对湿度的环境。贾云涛[[ ]]对于细换热管束进行了研究，试验结果表明喷射甲醇于霜层抑制效果最佳。谢福林[[]]等人通过实验研究分析了平片、波纹片、条缝片 3 种不同翅片类型对于换热器表面结霜和换热量的影响。实验结果表明波纹片式的换热器具有最高的换热量。朱荣鑫[[ ]]等人研究了在管式换热器的翅片上开圆孔的方式与平直翅片式换热器进行了实验对比，结果表明在翅片上开圆孔在对于前期霜层的是产生有一定的抑制作用。肖宏新[[ ]]等人通过数值模拟的方式模拟了对关于不同间距的变间距翅片组合对于蒸发器结霜情况的影响。 结果表明变间距形式的翅片大大增加了除霜间隔，改善了盘管结霜程度不均匀的情况，同时可以提高系统整体的换热量。

1.2逆循环除霜的发展

逆循环除霜主要依靠四通换向阀改变管道内气流方向，通过压缩机停机后改变四通换向阀方向后打开压缩机启动系统进行除霜。学者提出对逆循环除霜的改进方法，包括工况模拟，改善四通换向阀材质，改善换向除霜方法。黄东[[]]等人通过对风冷热泵冷水机组的研究发现，逆循环除霜是房间内温度波动大，舒适度降低，相比较而言热气旁通的除霜方式会使室内温度波动较小，室内舒适度较高。顾泽波[[ ]]等人采用实验的方法对空气源热泵的冷水机组进行测试，逆循环除霜过程对换热器和压缩机影响非常大，，严重时可能会导致停机。为了解决逆循环在除霜时能量不足的问题宋孟杰[[ ]]等人通过对比前人的研究发现，采用逆循环除霜耦合相变蓄热的情况下可以从根本解决这个问题。关于除霜方式的问题人们逐渐将目光转移到了相变蓄热的方向。

1.3热气旁通式除霜的发展

热气旁通式除霜方式主要通过外加盘管的方式，由于除霜过程中盘管加热量不足，除霜过程中会导致室内热量散失，使得室内温度有波动，达不到规定的舒适范围之内，会使室内人产生冷热交替的感觉。石文星[[]]等人通过实验证明了相对于逆循环除霜而言热气旁通的方式对于室内热舒适环境所产生的影响要远小于逆循环除霜，很大程度上提高了室内的热舒适环境。秦素梅[[]]实验发现热气旁通系统中电磁阀的选用对于除霜时间长短有着很大的影响，适当的材质可以相应的缩短除霜的时间。

1.4蓄能除霜的发展

为了解决传统除霜方式带来的弊端，研究学者们将目光聚集到了研究不间断运行系统的除霜方式，衍生而来的技术即为蓄热技术。2008年石文星[[]]在研究寒冷地区空气源热泵技术发展时，提出了蓄热融霜技术，在此系统设计中，融霜过程并不向室内取热，因此对室内的热舒适环境几乎没有影响。积累热量主要来自两个方向，第一个是通过系统本身运行的热量积累，第二是利用清洁能源如外界太阳能板辅助加热。随着科技的不断发展，蓄热器内的蓄热材料不断改变，相变材料相对于普通的蓄热材料，其蓄热能力更强且传热性能更好。董建锴[[]]等人研究发现相变蓄热部件除霜之余还可以很大程度上的提高制冷剂过冷提高系统性能。杨超[[]]等人将相变蓄热与逆循环除霜结合到一起，，通过对比不同的相变蓄热器与系统的连接方式发现，当蓄热器与空气源热泵系统串联时整体系统的除霜能力是最强的。倪龙[[]]提出蓄热空气源热泵系统可以利用谷峰填值，将多余热量提供在用热高峰期，节约了电力，对国内的可持续发展和对电力的需求有很大的发展意义。丁艳[[]]等人对相变蓄热器的结构以及相变蓄热器内流体流动速度及温度进行了研究，通过改变蓄热器结构提高相变蓄热器的传热能力。是未来非常好的一个方向发展。

2.结论

1.改变换热器结构可以减缓结霜的速度但是本质上对除霜过程中

2.逆循环除霜在很大程度上对于室内舒适环境的影响非常大

3.热气旁通的方式相对于逆循环除霜而言从室内取热少且需要选择适当的电磁阀可以缩短除霜的时间长度。

4.耦合相变蓄热器在很大程度上使室内热舒适的波动减小了，并且在耦合了清洁能源的情况下也节约了资源。

参考文献

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