結(jié)霜和化霜的概念
空氣中有大量的水蒸氣，當(dāng)水蒸氣遇到較冷的物體，并低于露點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì)結(jié)露。空氣能熱泵風(fēng)側(cè)的換熱器是蒸發(fā)器，液態(tài)冷媒在管翅式蒸發(fā)器中膨脹蒸發(fā)，需要吸收空氣中大量的熱量，這些熱量來自空氣中的顯熱和潛熱。其中吸收潛熱部分會(huì)導(dǎo)致翅片上結(jié)露。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃甚至更低時(shí)，此時(shí)的蒸發(fā)溫度低于0℃，翅片也會(huì)低于0℃，結(jié)露的水就會(huì)變成細(xì)細(xì)的冰，這就是結(jié)霜。冰是熱的不良導(dǎo)體，當(dāng)蒸發(fā)器的表面覆蓋上蓬松的霜時(shí)，就像穿上了“一件保暖的衣服”，換熱能力急劇下降，這又導(dǎo)致了霜的進(jìn)一步凝結(jié)。如此惡性循環(huán)，熱泵的制熱能力就急劇衰減。這是，如果不把霜除掉，輕則導(dǎo)致產(chǎn)水量下降，重的導(dǎo)致壓縮機(jī)的回氣量大幅減小，而導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣溫度過高，最終燒毀壓機(jī)。因?yàn)榛貧獠粌H是壓縮機(jī)做功的載體，同時(shí)也是壓縮機(jī)機(jī)械和電器部分的冷卻劑。所以化霜是空氣源熱泵無法回避的一個(gè)課題。
我們應(yīng)該看到，結(jié)霜具有不好的一面，也要看到其有利的一面。畢竟空氣中的水蒸氣凝結(jié)成水，變成冰，釋放出大量的熱量被熱泵吸收了，如果沒有水蒸氣，單純的空氣，其熱容量是比較小的。假如我們每次霜的重量是1kg，那么我們已經(jīng)吸收了1kg水的汽化潛熱（2300kJ）和凝固熱(330kJ)，總供大約是2630kJ的熱量。但我們化掉1kg的霜需要消耗多少熱量呢？理論上講，也就是330kJ就可以了，考慮到一部分熱量損失，應(yīng)該也不會(huì)超過600kJ。良好的除霜系統(tǒng)
一個(gè)設(shè)計(jì)良好的熱泵系統(tǒng)，關(guān)鍵有四點(diǎn)，一是減少結(jié)霜的頻率，也就是說，盡量讓系統(tǒng)的無霜工作時(shí)間加長，二是準(zhǔn)確的化霜的進(jìn)入點(diǎn)，三是化霜的速度，四是退出化霜的準(zhǔn)確度。
結(jié)霜的速度
結(jié)霜是不可避免的，但是，減緩結(jié)霜的速度是有可能的。結(jié)霜的速度和蒸發(fā)器，節(jié)流方式，風(fēng)量和冷凝溫度有關(guān)系。
A）蒸發(fā)器
蒸發(fā)器是決定熱泵的吸熱能力最重要的因素之一。由于熱泵的工作范圍遠(yuǎn)比空調(diào)的寬，而且空調(diào)主要側(cè)重于制冷，一般設(shè)計(jì)室外換熱器時(shí)是以制冷國標(biāo)工況來選擇的，也就是側(cè)重于優(yōu)先冷凝的設(shè)計(jì)。但熱泵是需要優(yōu)先蒸發(fā)的設(shè)計(jì)。蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)要注意以下幾點(diǎn)：
面積要比傳統(tǒng)空調(diào)冷凝器大30%~50%，確保在環(huán)境溫度較低時(shí)，仍能吸收到足夠的熱量；
翅片間距盡可能寬一些，要用波紋片或平片，不要用開窗片。片距推薦在2.5mm以上。
制冷劑分路盡可能多一些，要注意每路分配的均勻性。注意分配毛細(xì)管的尺寸的選擇；
冷凝器的排數(shù)不宜超過4排。
B）節(jié)流方式
節(jié)流方式推薦用電子膨脹閥，不推薦采用熱力膨脹閥和毛細(xì)管。由于環(huán)境溫度范圍跨度很大，從-15℃~43℃，熱力膨脹閥很難滿足如此大的溫度范圍，毛細(xì)管基本是固定流量的，更不推薦使用。
C）風(fēng)量
常規(guī)空調(diào)冷凝器的風(fēng)量一般設(shè)計(jì)在1馬力的壓縮機(jī)在800~1000m3/h左右，但對(duì)于熱泵蒸發(fā)器，其風(fēng)量會(huì)受到冷凝水的影響，所以，熱泵蒸發(fā)器的風(fēng)量要1馬力的壓縮機(jī)1200m3/h以上，在噪音能被接受的情況下，越大越好。需要注意的是，這是裝在機(jī)器上實(shí)際的風(fēng)量，而不是風(fēng)機(jī)的標(biāo)稱值。
D）冷凝溫度
冷凝溫度也會(huì)影響結(jié)霜的速度。熱泵是一個(gè)熱量轉(zhuǎn)移的裝置，理想的狀況是吸熱能力和放熱能力是匹配的。但當(dāng)水溫過低的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)過冷凝的情況，特別是循環(huán)式熱水機(jī)在初始加熱階段，都會(huì)出現(xiàn)過冷凝的現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)過冷凝現(xiàn)象時(shí)，冷凝壓力降低，供液量增加，這時(shí)，如果這時(shí)環(huán)境溫度在0-5度時(shí)，結(jié)霜速度就很快，系統(tǒng)反復(fù)地結(jié)霜和化霜，這是一種惡性循環(huán)。表現(xiàn)就是機(jī)器的能力明顯下降，無法滿足用戶的使用要求，往往要靠輔助電加熱，這又導(dǎo)致電費(fèi)急劇上升，這也是所有低配置的循環(huán)式熱水機(jī)的普遍現(xiàn)象，甚至在市場上給用戶造成熱泵夏天出水可以，冬天不行的印象。給熱泵的推廣造成很大的困惑。由于直熱式熱水機(jī)的冷凝溫度和冷凝壓力是基本恒定的，不存在過冷凝的現(xiàn)象，杜絕了因?yàn)檫^冷凝造成的結(jié)霜過于頻繁的現(xiàn)象。提高了熱泵的整體能效。
進(jìn)入化霜的準(zhǔn)確度
1）時(shí)間
按照國標(biāo)，除霜間隔應(yīng)在45分鐘以上，但是首次啟動(dòng)應(yīng)該不受此限制，避免由于上次運(yùn)行的累積結(jié)霜造成的化霜不良。
2）溫度
在一般情況下，工廠出廠設(shè)置的除霜進(jìn)入點(diǎn)是-7℃，當(dāng)環(huán)境溫度是2~5℃時(shí)，環(huán)境濕度比較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置為-3℃.
制熱量衰減
3） 結(jié)霜對(duì)熱泵的最大影響是制熱量衰減，如果能以制熱量的衰減來判斷進(jìn)入除霜的時(shí)機(jī)，應(yīng)該是比較準(zhǔn)確的。目前PHNIX的直熱是熱泵是有制熱量顯示的。因?yàn)槊總€(gè)機(jī)器都有流量傳感器，這樣，機(jī)器在時(shí)間和溫度條件的基礎(chǔ)上，增加了制熱量的判斷條件，減少了誤除霜的判斷。
化霜的速度
影響化霜速度（效率）的因素主要有化霜的模式和排水的順暢程度。
化霜的模式
1）熱氣旁通化霜
熱氣旁通化霜就是壓縮機(jī)排氣通過電磁閥切換至室外管翅式蒸發(fā)器的管道里來化霜。由于沒有外部熱源，其熱量全部來自壓縮機(jī)停機(jī)前的一些能量和壓縮機(jī)本身的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出的熱量。該熱量是有限的。碰上環(huán)境溫度降低且結(jié)霜較厚時(shí)，有化霜不凈的風(fēng)險(xiǎn)，而且除霜時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)液擊現(xiàn)象。其最大的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，同時(shí)，由于避免了四通閥的泄露，提高了機(jī)組的能效比。PHNIX小型家庭整體式熱泵采用的是該除霜模式。
2）四通閥換向化霜
四通換向閥化霜是系統(tǒng)采用四通閥換向的功能，使蒸發(fā)器和冷凝器調(diào)換，這樣，系統(tǒng)就可以從熱水中吸收熱量，連同壓縮機(jī)的輸入功率，一起用于蒸發(fā)器的化霜。其優(yōu)點(diǎn)是化霜速度快，化霜干凈。缺點(diǎn)是由于四通閥的有少量的泄露，會(huì)降低機(jī)組的的能效，當(dāng)然影響取決于四通閥的質(zhì)量，一般影響是很小的；另外就是由于要從熱水中吸收熱量，會(huì)對(duì)水箱的溫度有一定影響，但其影響是有限的。比如對(duì)于一個(gè)5噸的熱水，13P的熱水機(jī)要化霜，一般情況下化霜的時(shí)間為5分鐘以內(nèi)，需要吸收的熱量約為3kWh，相當(dāng)于5噸的水降溫0.5度左右。這是可以接收的。PHNIX的商用熱泵的采用的是四通閥換向化霜模式。
3）電加熱化霜
電加熱化霜主要應(yīng)用在冷庫的應(yīng)用。一般在熱泵應(yīng)用較少。原有用熱泵做輔助加熱的，以減少對(duì)水箱溫度的影響。但由于電加熱的功率有限，即使是輔助電加熱，其所起的作用也是有限的。由于輸入功率的限制，采用電加熱化霜的時(shí)間都會(huì)很長，化霜的時(shí)間越長，能耗就越大。所以，一般很少熱泵采用電加熱來化霜。
4）自然停機(jī)化霜
自然停機(jī)化霜主要應(yīng)用在0度以上的環(huán)境溫度下的熱泵的應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單可靠，缺點(diǎn)是化霜速度慢，尤其是霜層較厚時(shí)。一般應(yīng)用在高溫?zé)岜蒙稀?/p>
排水的順暢度
一個(gè)良好的化霜還要注意化霜結(jié)束后，排水是否順暢。在環(huán)境溫度低于0度時(shí)，如果流水不順暢，會(huì)產(chǎn)生累積結(jié)冰現(xiàn)象，最終造成化霜不良，甚至?xí)斐蓹C(jī)器無法工作。
1）翅片形狀
為了使水順暢地沿翅片流下來，不建議采用開窗片，片距盡可能寬一些，一般建議片距＞2.5mm，采用親水片替代光片，可以提高水的流暢性。另外作為翅片的防護(hù)網(wǎng)和翅片的距離要足夠?qū)挘绻麩o法提供足夠的空間，寧可不要防護(hù)網(wǎng)。因?yàn)榉雷o(hù)網(wǎng)的存在，有可能成為累積結(jié)霜的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
2）排水通道
盡可能多的排水口，如果不需要收集化霜后的水，甚至可以設(shè)計(jì)讓翅片換熱器懸空，讓水直接流到地面。注意流水的行程盡可能短。
3）底盤加熱帶
對(duì)于既要收集化霜水的場合，底盤加熱帶是必須的。另外，對(duì)于在寒冷氣候條件下使用的熱泵，底盤加熱帶甚至排水管保溫加熱都是必須的。
退出化霜的準(zhǔn)確度
退出化霜的條件一般有兩種，一種是壓力，一種是溫度。壓力會(huì)比較準(zhǔn)確，溫度比較直觀和方便。不管采用溫度還是壓力，蒸發(fā)器的分配要盡可能均勻，這也是提高蒸發(fā)器利用效率最好的辦法。一般情況下，盤管溫度應(yīng)放置在靠蒸發(fā)器的底部的幾根U管。
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