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精华 | 空气源热泵冬季供暖除霜有哪些方法呢?

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2019.05.20
信息摘要:
空气源热泵作为冬季采暖热源,具有许多优点:1)节能效果显著(例如:采用双级压缩转子式压缩机的空气源热泵,在-20℃下仍可正常工作,制热性能系…

空气源热泵作为冬季采暖热源,具有许多优点:

1)节能效果显著(例如:采用双级压缩转子式压缩机的空气源热泵,在-20℃下仍可正常工作,制热性能系数COP>2.5);
2)空气作低位热源,取之不尽,用之不竭;
3)夏季供冷冬季供热,一机两用,设备利用率高;
4)省去一套复杂的冷却水系统和锅炉加热系统,节省了投资和空间;
5)空气源热泵机组可置于室外,不占用建筑物有效面积;
6)安装使用方便,且便于运行管理;
7)设备的保护和控制系统完善,使设备的自动化程度和可靠性不断提高。

空气能热泵

基于空气源热泵的一系列优点,空气源热泵受到了人们广泛重视,得到发展迅速。然而十几年的运行实践发现其运行效果并不理想。其主要原因是空气源热泵室外换热器结霜、除霜问题导致机组运行不稳定和可靠性差。空气源热泵在-5℃~5℃之间,相对湿度在70%以上的气象条件下运行时其室外换热器表面是最易结霜的 。室外换热器结霜后,霜层不断增厚,导致热阻增大,空气流动阻力也随之增大,使供热能力和机组的COP下降,造成能量浪费。

为解决室外机结霜问题,常用的除霜方法有:1)逆循环除霜法,2)热气旁通除霜法,3)加热除霜法,4)相变蓄能除霜法。

1)逆循环除霜法

逆循环除霜法也叫换向除霜法,是目前国内家用空调在系统上普遍采用的一种除霜方式,其基本原理是通过四通换向阀换向,从室内机吸热,把热量输送到室外机融霜。

逆循环空气能除霜

主要实现方式为:空调器制热运行→判断需要除霜→压缩机停→四通阀换向→压缩机开→除霜完成→压缩机停→四通阀换向→压缩机开→正常制热。

这种除霜方式不增加空调器成本,实现起来最简单,所以得到广泛应用。换向除霜法主要存在下列缺点:1)除霜时房间的舒适性差,2)除霜时间长,3)系统运行可靠性差。

2)热气旁通除霜法

热气旁通除霜法也叫显热除霜法,是一种比较普遍的除霜方式,通过从压缩机排气口引出一支旁通回路将压缩机排气引到室外换热器内实现除霜。

热气旁通除霜的实现方式为:空调器制热运行→判断需要除霜→室内风机超低速运转→二通阀1、2开→电子膨胀阀开大→除霜完成→正常制热。

热气旁通除霜法

图:热气旁通除霜法原理图

热气旁通除霜可以克服逆向循环除霜的部分缺点:由于在进行热气旁通除霜时,仍有一部分排气通入室内机,室内换热器的温度保持在较高水平,可以通过自然对流的方式向室内散热。有时甚至可以在除霜时开启内风机,实现在除霜的同时向室内供热,对于室内舒适性具有较大的贡献。另外,由于除霜时四通阀不换向,压缩机不停机,室内换热器在除霜时保持较高温度,除霜完成后室内可以立即送热风。

但是这种除霜方式应用于家用空调器仍然具有下列问题:1)除霜时间长,2)除霜时压缩机高负荷运行,3)压缩机可靠性运行问题。

3)加热除霜法

加热除霜法是将热气旁通除霜与冷媒直接加热技术相结合,基本解决了逆循环除霜和热气旁通除霜无法克服的问题。

加热除霜的实现方式为:空调器制热运行→判断需要除霜→室内风机超低速运转、二通阀开、加热器开→电子膨胀阀开大→除霜完成→正常制热。

加热除霜法

图:加热除霜法原理图

加热除霜方式最关键的技术就是在压缩机吸气端增加了一个加热器。化霜时,四通阀不换向,压缩机不停机,室内可以实现持续供热。加热除霜方式具有如下优点:1)除霜时房间的舒适性好,2)化霜时间短,3)压缩机运行可靠。

加热除霜方式克服了逆循环除霜和热气旁通除霜方式的一系列缺陷,但是也带来了一些新的问题:1)耗电量高,2)成本较高。

4)相变蓄能除霜法

相变蓄能除霜法是在热气旁通除霜方式的基础上增加一个相变蓄热器作为空气源热泵除霜时的低位热源,采用供热时相变材料蓄热,除霜时相变材料释热除霜的方式。

相变蓄能除霜(串联蓄热模式)的实现方式:空调器制热运行、相变蓄热器串联蓄热(关闭阀门F1、F4,开启阀门F2、F3)→判断需要除霜→室内风机超低速运转→相变蓄热器释热除霜(开启阀门F4)→除霜完成→正常制热。

相变蓄能除霜法

图:相变蓄能除霜法(串联蓄热模式)原理

采用相变蓄能除霜方式化霜时,四通阀不换向,压缩机无需停机,并且室内仍然可以持续供热。由于增加了相变蓄热器作为低位热源,克服了传统热气旁通除霜法的诸多缺点,具有除霜是房间舒适性好、化霜时间短、压缩机运行可靠等优点,且节能效果明显优于加热除霜法。

5)其他

此外,对空气源热泵室外侧换热器表面进行处理也可以抑制霜层生长的作用,例如,对室外换热器表面添加疏水层,可以促进水滴从室外机壁面脱落,减缓霜层的生长速度。有休斯顿大学的科学家研发了一种称为磁性光滑表面(MAGSS)的材料,当冰晶接触到磁流体中时,磁流体会形成一层屏障,致使冰晶无法附着在物体表面,或许也可为空调室外机除霜开辟新思路。

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