李慶金，王 輝

(際華(蕪湖)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限責任公司，安徽 蕪湖 241080)

0 引言

我國大多數(shù)家用空調(diào)器是空氣源熱泵型空調(diào)器，它的節(jié)能和環(huán)保性符合社會經(jīng)濟發(fā)展需求，故空氣源熱泵技術的相關研究也越來越多?？諝庠礋岜眠\行狀況不佳，影響其運行效果最主要的因素是空氣源熱泵的結霜、除霜和低溫適應性問題。研究數(shù)據(jù)表明，在-6℃～5℃且相對濕度基本穩(wěn)定的氣象條件下，空氣源熱泵正常工作過程中最容易結霜的部位是室外換熱器。室外換熱器暴露在室外，由于氣候條件變化，其低溫適應性不強，導致無法正常工作，低溫條件下，結霜嚴重，無法高效平穩(wěn)運行。尤其是在我國長江流域以南地區(qū)，雖然與北方相比，冬季溫度相對較高，但空氣源熱泵的結霜現(xiàn)象更為嚴重，無法保證空氣源熱泵的穩(wěn)定性、可靠性、實用性，不利于市場推廣和應用。

1 空氣源熱泵結霜與除霜研究現(xiàn)狀

空氣源熱泵結霜問題如果不能有效地解決，將在一定程度上影響其正常運行。國內(nèi)外許多專家學者都對空氣源熱泵的結霜和除霜問題進行了對比分析。

1.1 空氣源熱泵結霜研究

1.1.1 結霜理論研究

結霜過程是非常復雜的，分析影響結霜的因素可促進空氣源熱泵的推廣應用，為除霜和減少結霜現(xiàn)象提供科學理論基礎。孫玉清[1]等人建立的結霜數(shù)據(jù)物理模型主要基于三大理論，即氣象學理論、晶體動力學理論、成核理論。該模型在一定程度上對結霜現(xiàn)象起到了抑制作用。姚楊[2]則采用分步參數(shù)法，在充分利用熱質(zhì)平衡與壓力平衡原理的基礎上，建立了空氣-空氣熱泵蒸發(fā)器的數(shù)學模型。清華大學電機系夏清[3]等人仔細觀察了結霜的整個過程，建立了著名的翅片管式蒸發(fā)器結霜工況下的數(shù)學模型。國外專家學者也從不同角度分析和研究結霜理論，并將理論與實踐相結合，對結霜與換熱器傳熱熱性之間的聯(lián)系進行了深層次研究。Kondepudi S.N.[4]等人就傳熱特性和結霜模型進行了詳細分析，翅片管換熱器結霜模型由此建立。

1.1.2 結霜實驗研究

翅片管式換熱器形狀呈集合圖案，結構比較復雜，許多因素都會加劇霜層增長速度和結霜的穩(wěn)定性。從設計角度來看，換熱器復雜程度較高，因此換熱器結霜過程以實驗性研究為主。Kondepudi S.N.[4]對不同翅片結構對換熱器結霜狀態(tài)性能的影響進行了實驗，并對實驗結果進行了更深層次研究。吳曉敏[5]認為結霜速度與空氣流速有關，即空氣流速越大，冷水珠存續(xù)時間越長，凍結粒直徑就越大，這就加速了結霜現(xiàn)象的發(fā)生。

1.1.3 防止和延緩結霜的方法

影響結霜的因素有很多，其中室外換熱器周圍的空氣狀態(tài)與之有密切關系。部分學者對室外熱換器周圍環(huán)境參數(shù)進行了監(jiān)控和研究，以了解其是否具有防止或延緩結霜現(xiàn)象發(fā)生的作用。Kondepudi S.N.[4]分析發(fā)現(xiàn)換熱器入口處可能影響換熱器結霜速度，因此在室外換熱器入口處裝置固體除濕劑，利用其來最大程度地降低入口處的含濕量，以發(fā)揮對結霜的抑制作用，延緩結霜現(xiàn)象的發(fā)生。但研究表明，固體除濕劑作用時間較短，隨著時間流逝，除濕劑吸收越來越不明顯，最終無法起到抑制結霜的作用。Wang S.W.[6]在蒸發(fā)器空氣入口處安裝了一個吸附床來減少入口空氣濕度，實現(xiàn)抑制結霜的目的。但吸附床受自然因素限制，在沒有陽光照射時，吸附床作用效果不明顯，這時就要依靠吸附床內(nèi)的電加熱器來完成。為了防止和延緩結霜，人們從不同角度出發(fā)，做了大量研究工作，延緩結霜的技術也得到了優(yōu)化升級。但影響空氣源熱泵結霜的因素有很多，不僅受技術條件制約，還受環(huán)境影響，因此研究工作進展比較緩慢。

1.2 空氣源熱泵除霜特性及控制方法研究

19世紀70年代，Sanders[7]建立了蒸發(fā)器除霜數(shù)學模型，此模型的建立為人們研究除霜問題奠定了模型基礎。Krakow K.I.[8]在此基礎上建立了霜層融化過程的數(shù)學物理模型，這個模型是迄今為止最接近實際的模型。國內(nèi)也有許多學者進行了研究，黃虎[9]通過簡化蒸發(fā)器融霜過程，建立了霜層融化數(shù)學模型。韓志濤[10]建立了室外換熱器表面水蒸發(fā)動態(tài)模型，認為除霜的能源主要來自于壓縮機，壓縮機工作會產(chǎn)生一定能量，可利用該能量帶動室外換熱器工作。另外，常規(guī)除霜的能量還來源于供熱環(huán)境，供熱環(huán)境吸熱產(chǎn)生一定能量，二者占比基本一致。

除霜影響因素。在所有零部件中，能夠?qū)θ谒a(chǎn)生重要影響的裝置主要是高壓儲液器及相關的節(jié)流裝置。研究人員對電子膨脹閥及熱力膨脹閥的除霜過程進行對比分析發(fā)現(xiàn)，與熱力膨脹閥相比，電子膨脹閥能夠以更快速度進行融霜操作。部分學者認為，因缺少系統(tǒng)制冷劑，熱泵機組除霜效果較差，通過分析制冷劑補償器的優(yōu)勢，提出用其代替高壓儲液器更能縮短除霜時間，提高除霜效率。

2 空氣源熱泵低溫適用性研究

低溫適用性是制約空氣源熱泵推廣應用的重要技術因素，要提升空氣源熱泵低溫適用性，主要有以下幾種方法。

2.1 改變蒸發(fā)器結構及運行環(huán)境溫度

為改變蒸發(fā)器結構及運行環(huán)境溫度，王鐵軍[11]等人提出了可行性措施，即將蒸發(fā)器迎風面積調(diào)大，增加防霜盤管，利用煤油和加熱輔助蒸發(fā)器來提高熱泵制熱量。

2.2 采用新型制冷工質(zhì)

一些公司研制出了不同類型的空氣源熱泵系統(tǒng)，工作原理是利用該系統(tǒng)保證循環(huán)制冷劑的成分隨溫度的變化而變化。某家公司提出使用非共沸制冷劑，通過調(diào)整制冷劑成分來調(diào)節(jié)和改善空氣源熱泵低溫環(huán)境下的制熱性能，但這一工質(zhì)目前還不成熟，需要技術人員對其進行深層次研發(fā)。

3 結語

目前，大部分研究是圍繞空氣源熱泵機組展開的，能夠延緩室外換熱器結霜的技術仍不完善，實際應用條件還不是很充足。應考慮熱泵的低溫適應性及結霜、除霜問題，并考慮室外換熱器表面結霜問題，確?？諝庠幢脵C組可實現(xiàn)全天穩(wěn)定運行。