空氣源熱泵是眾多熱泵技術(shù)中的一種，它以電能為驅(qū)動(dòng)。夏季，以室外空氣作為冷源，將冷量由系統(tǒng)輸送至室內(nèi)；冬季，以室外空氣為熱源，將熱量由系統(tǒng)輸送至室內(nèi)。空氣源熱泵作為一種低位熱源其儲(chǔ)量豐富，而且與傳統(tǒng)的供熱方式相比，空氣源熱泵既可以降低能耗，也可以減少對環(huán)境的污染。另外，空氣源熱泵具有供暖和冷卻、建筑空間小等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多地方的歡迎。

但空氣源熱泵的運(yùn)行受周圍環(huán)境溫濕度的影響很大，低溫環(huán)境下也存在供熱衰減和結(jié)霜的問題。冬天，空氣源熱泵在室內(nèi)供熱時(shí)，室外線圈的表面溫度低于0℃，低于室外空氣的露點(diǎn)溫度，空氣源熱泵的室外線圈就會(huì)結(jié)霜�？諝庠礋岜檬彝鉄峤粨Q器表面的霜凍機(jī)組運(yùn)行的可靠性差，霜凍主要對熱泵運(yùn)行有兩個(gè)影響:一是大量霜凍聚集減弱蒸發(fā)器的傳熱性能，二是霜凍阻礙室外盤管之間的氣體流動(dòng)，風(fēng)扇的能源損失增加。因此，隨著室外換熱器壁面霜層的增多，室外換熱器蒸發(fā)溫度下降.機(jī)組制熱量減少.風(fēng)機(jī)性能衰減.輸入電流增大.供熱性能系數(shù)降低，嚴(yán)重時(shí)壓縮機(jī)會(huì)停止運(yùn)行，以致機(jī)組不能正常工作�？諝庠礋岜迷诘蜏馗邼駹顟B(tài)下運(yùn)行時(shí)的霜凍和霜凍問題成為制約高效運(yùn)行的瓶頸，如何有效延緩空氣源熱泵霜凍和高效快速實(shí)現(xiàn)室外熱交換器霜凍，減少霜凍和霜凍過程對熱泵單元和室內(nèi)環(huán)境的不利影響，是空氣源熱泵能否更廣泛、高效運(yùn)行的重要問題。因此，研究和有效解決空氣源熱泵霜凍問題，對推進(jìn)空氣源熱泵技術(shù)起著重要作用。1.除霜原理和過程研究在供熱.制冷系統(tǒng)中，結(jié)霜是非常普遍的現(xiàn)象。當(dāng)空氣中的水蒸氣接觸溫度低于空氣露點(diǎn)溫度的表面時(shí)，相變結(jié)霜。在霜凍初期，獨(dú)立分散的霜凍類似于肋片，可以起到強(qiáng)化傳熱的作用，但隨著時(shí)間的推移，整個(gè)冷表面逐漸被霜凍復(fù)蓋，形成連續(xù)的霜凍層。作為多孔介質(zhì)的霜層，由于熱傳導(dǎo)系數(shù)小，不僅會(huì)降低系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)性能，還會(huì)增加能源消耗，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)會(huì)堵塞，引起非常嚴(yán)重的結(jié)果。因此，研究結(jié)霜的機(jī)理和發(fā)現(xiàn)有效的除霜方法一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)�？諝庠礋岜枚�季以空氣為熱源，隨著室外溫度的下降蒸發(fā)溫度也下降，蒸發(fā)器表面溫度下降到0℃以下。此時(shí)，當(dāng)室外空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器被冷卻時(shí)，其所含的水分就會(huì)析出并依附于蒸發(fā)器表面形成霜層。一直以來，國內(nèi)外學(xué)者對結(jié)霜過程的研究大多是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，到后來才涉及到數(shù)值模擬。研究表明，霜凍現(xiàn)象發(fā)生的可能范圍為-12.8℃至5.8℃，室外干球溫度t和相對濕度φ是影響熱泵霜凍的主要因素。溫度和相對濕度達(dá)到一定條件后容易結(jié)霜。KennedyLA在自然對流條件下進(jìn)行垂直壁面的霜凍實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明霜凍層形成準(zhǔn)平衡狀態(tài)的時(shí)間約為3h，霜凍層表面溫度接近0℃，然后在0℃左右振動(dòng)，振動(dòng)周期隨環(huán)境相對濕度的變化而變化:相對濕度減少時(shí)，振動(dòng)周期變長。鄧英立采用對自然對流條件下水平表面初始結(jié)霜過程實(shí)驗(yàn)的研究方法，發(fā)現(xiàn)霜層在初始生長階段與充分生長階段有著不同的特點(diǎn)，隨著霜層的形成和生長，有效的傳熱系數(shù)迅速下降，自然對流傳熱系數(shù)減少，霜層厚度加速慢，霜層表面溫度逐漸上升。學(xué)者姚楊根據(jù)Clapcyron-Clausius方程和理想氣體狀態(tài)方程，通過理論推出了計(jì)算霜層密度變化的霜降量變化率的公式，同時(shí)考慮霜降厚度和密度隨時(shí)間變化，為選擇有效的霜降控制方法提供依據(jù)。二、空氣源熱泵除霜方式的研究目前，針對空氣源熱泵除霜的問題，種類方法有很多，本文主要通過逆循環(huán)除霜、熱氣旁通除霜、蓄能除霜、電加熱除霜四種除霜方式的介紹和比較，探討空氣源熱泵除霜方式的特點(diǎn)。1.逆循環(huán)除霜空氣源熱泵除霜系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)、節(jié)流機(jī)構(gòu)、四通換向閥、氣液分離器、蓄能換熱器、過濾器、電磁閥等構(gòu)成。逆循環(huán)除霜技術(shù)中，利用四通換向閥改變制冷劑流向，機(jī)組逆向運(yùn)行，除霜能量來自于壓縮機(jī)耗功和從室內(nèi)吸收的熱量，使制熱狀態(tài)變?yōu)橹评錉顟B(tài)，室外機(jī)變?yōu)槔淠�器進(jìn)行除霜。在除霜期間，壓縮機(jī)排出的過熱狀態(tài)制冷劑蒸汽被送到室外機(jī)盤管進(jìn)行融霜。當(dāng)融霜完成后，熱泵運(yùn)行再次逆轉(zhuǎn)，重新開始供熱，從而達(dá)成除霜的目的。這種方法不需要附加其它設(shè)備，除霜時(shí)間短，但是在除霜運(yùn)行時(shí)，需要從建筑物內(nèi)吸熱，降低了室內(nèi)環(huán)境舒適性，換向閥需頻繁換向，易磨損且噪音較大，系統(tǒng)參數(shù)變化較大，并且在壓縮機(jī)停止供熱后，室內(nèi)溫度降低，對舒適度的影響較大。因此，目前多以實(shí)驗(yàn)研究為主。2.熱氣旁通除霜在熱氣旁通除霜技術(shù)中，通過不改變制冷劑流向，使壓縮機(jī)排出的高溫氣體通過旁通管路從而直接流向蒸發(fā)器進(jìn)行除霜。運(yùn)用該種除霜方法時(shí)，四通閥不需要進(jìn)行換向，融霜電磁閥進(jìn)行開啟，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)排氣經(jīng)旁通管路至室外機(jī)入口進(jìn)行放熱除霜，融霜后的制冷劑通過四通換向閥進(jìn)入氣液分離器，最后被壓縮機(jī)吸入。提高室內(nèi)舒適度，減少系統(tǒng)壓力變化，除霜結(jié)束后可立即加熱。清華大學(xué)石文星等人在變頻空調(diào)系統(tǒng)中，采用熱氣旁通除霜的方法，對不同阻力的旁通電磁閥除霜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱氣旁通除霜可以大大改善室內(nèi)舒適性，熱交換器除霜的效果和除霜時(shí)間與旁通電磁閥的阻力大小密切相關(guān)。并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論:旁通除霜電磁閥的質(zhì)量優(yōu)劣直接關(guān)系到除霜時(shí)間和除霜效果。采用阻力小的電磁閥可以縮短除霜時(shí)間，相反，除霜時(shí)間增加，功耗增大，除霜效果差。但是，熱氣旁通除霜的能量來自壓縮機(jī)，除霜過程的能量損失大，除霜時(shí)間長于逆循環(huán)，除霜過程中壓縮機(jī)的吸氣壓力上升，排氣溫度上升，壓縮機(jī)的工作狀態(tài)變化，不利于系統(tǒng)的正常使用。3.蓄能除霜空氣源熱泵蓄能除霜是將蓄熱技術(shù)和除霜技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新系統(tǒng)。通過在傳統(tǒng)的空氣源熱泵中增設(shè)蓄熱器，貯藏?zé)岜眠\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的一部分馀熱，作為熱泵除霜的低位熱源，解決傳統(tǒng)除霜能源主要來源于壓縮機(jī)問題，提高了單元運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。蓄能除霜方式，四通閥換向，系統(tǒng)增加蓄熱裝置，此時(shí)蓄能換熱器作為蒸發(fā)器，除霜時(shí)蓄能裝置為蒸發(fā)器提供能量。學(xué)者胡文舉等人的實(shí)驗(yàn)研究表明，相變蓄能除霜系統(tǒng)能有效保證除霜過程中壓縮機(jī)的吸氣壓力在0.35MPa以上，室外溫度一定時(shí)，空氣濕度的增大會(huì)逐漸增加除霜所需的能源和時(shí)間的空氣相對濕度一定時(shí)，除霜的能源和除霜時(shí)間隨著空氣溫度的下降而增加與傳統(tǒng)空氣源熱泵除霜的情況相比，蓄能除霜方式供水溫度穩(wěn)定，保證室內(nèi)熱舒適性，提高系統(tǒng)可靠性，并且蓄能除霜提供比較好的除霜熱源，縮短除霜時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間短，優(yōu)于其他方法。但是，除霜效果受蓄熱量的影響，蓄熱量不足的話除霜就不完全了。4.電加熱除霜這種除霜方式是在室外換熱器表面安裝電加熱絲，利用電加熱絲通電加熱除霜。多用于翅片管式冷卻風(fēng)扇。電熱元件附在翅片上�；�霜時(shí)，壓縮機(jī)和冷風(fēng)機(jī)風(fēng)扇停止運(yùn)行，關(guān)閉電磁閥，電加熱器開始供電加熱化霜。霜凍結(jié)束后，壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，加熱繼電器停止電加熱器供電，電磁閥打開，制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器。電加熱除霜具有系統(tǒng)簡單、除霜完整、實(shí)現(xiàn)控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于小型設(shè)備，但缺點(diǎn)是功耗大，消耗高品位能源，不適合大型設(shè)備。另外，電加熱除霜的熱量部分散發(fā)在大氣中，能源消耗大幅度增加，電加熱絲的壽命有限，存在一定的安全上的危險(xiǎn)。因此，現(xiàn)在很少用這種方法除霜。三.結(jié)論

在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、環(huán)境污染嚴(yán)重的時(shí)代，空氣源熱泵以其特點(diǎn)廣泛應(yīng)用，具有廣泛的市場前景和應(yīng)用價(jià)值。然而，空氣源熱泵的霜凍問題限制了其發(fā)展。對于這些問題，我們需要設(shè)計(jì)一種新的換熱器形式。我們需要找到合適的霜凍熱源和選擇合理的霜凍點(diǎn)來研究空氣源熱泵的霜凍問題，研究霜凍原理和霜凍方法，提出新的霜凍方法，優(yōu)化機(jī)組霜凍控制策略。

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