空气源热泵热水器在低温状态下运行制热,室外运行环境恶劣,当室外换热器(制热时起蒸发器作用)表面温度低于空气露点温度且小于0℃时,室外换热器表面会结霜,影响制热效果和运行,霜与冰的形成和影响因素比较复杂,国内外关于常压下结霜的传热传质性能的研究已经比较多。目前,国内的热泵系统除霜方式主要有以下几种方式。

自然除霜

即当系统需要除霜时停止运行一定时间,利用周围环境中的热量,使蒸发温度恢复到0°以上,将结在换热器表面的霜层融化掉,这是一种最简单的方法。融霜结束后,重新启动制冷系统进行工作。此除霜方式最大的优点在于方法简单,且不消耗额外的能量。但这种除霜方式存在一定的缺陷,除霜时间越长则热量损失越多,导致热泵制热效率下降。空气源热泵热水器的蒸发器多以露天放置为主,在北方温度较低的地区,冬季温度大多能够到达0c以下,无法采用此种方式进行除霜。

水冲霜

水冲霜是在冷却盘管、肋片表面淋水以加热管道。即使对于大容量盘管也能在很短的时间内把霜除去,但此种除霜方式对水资源的浪费较大,在北方地区温度较低时,当淋水温度过高时,淋水时产生的热蒸汽会在用冷单元的表面上结露或结冰,增大冷单元表面的传热热阻。并且,在淋水后如果不能及时把余水除净,反而会在下一除霜进程中加快结霜的速度。

热气除霜

热气除霜是将压缩机排气通人蒸发器,利用排气的热量使其外壁积霜融化脱落,有些情况所使用的是热气的过热部分的热量,更多的情况是热气在蒸发器凝结,利用它的显热和潜热除霜。热气除霜的优点在于霜层融化由内至外。

电加热除霜

电加热除霜是用电加热提供化霜热,多用在翅片管式冷风机上。电热元件附在翅片上。化霜时,压缩机和冷风机风扇停止运行,关闭电磁阀,电加热器开始供电加热化霜。化霜结束后,压缩机启动运行,加热继电器停止给电加热器供电,电磁阀打开,制冷剂进入蒸发器。电加热除霜具有系统简单、除霜完全、实现控制简单的优点,在小型装置上广泛采用,但缺点是耗电多,不宜在大型装置上采用。

国内空气能热泵热水器生产厂家常用的除霜方法目前,国内大多数空气能热泵热水器生产企业主要采用热气除霜方法,具体为逆循环除霜和热气旁通除霜。

逆循环除霜

一种是在室外蒸发器盘管上安装温度传感器,通过检测室外盘管温度来判断是否结霜。另一种是通过检测冷凝器盘管温度与室温(或水温)的差值来判断室外蒸发器是否结霜,即当室外蒸发器结霜后,其换热效率降低,导致冷凝器换热量下降,盘管温度下降,当检测到冷凝器盘管温度与室温(或水温)的差值低于一定值时,可以判断室外换热器结霜较严重。

除霜时启动换向除霜程序,四通换向阀动作,改变制冷剂的流向,让机组由制热运行状态转为制冷运行状态,压缩机排出的高温气体通过四通阀切换至室外换热器中进行融霜,当室外盘管温度上升到某一温度值时,结束除霜。

此种除霜方式,会影响到空气能热泵热水器的供水,即在除霜期间,无法为用户提供有效水温的热水,同时,经过除霜后,原有的热水温度会降低,从能量角度讲,这种除霜过程的损失相当于两倍除霜时间的停机,经测算,会使机组的供热量下降l0%左右。并且,四通阀频繁换向会影响其可靠性及寿命。

热气旁通除霜

不改变制冷剂的流向,机组在除霜过程中保持制热工作状态不变,压缩机排出的高温气体直接旁通一部分至室外换热器中进行融霜。此种除霜方式由于高压侧冷媒的热量还是来自于蒸发器中吸收的热量,当气温较低,除霜不够快时,将没有足够热量吸收,会使主机进入保护性停机状态。如采用简单的旁通之路,则易产生压缩机液击现象。同时,在除霜过程中,因压缩机的排气量减少,会影响加热热水的效果,无法满足正常热水量的需求。

为了提高除霜效率,一些学者在除霜循环方式上进行了改进,提出了一些新的除霜循环方法。KrakowKl和LinS提出在热气旁通除霜循环中增加一个辅助蒸发器,其能量来自压缩机排气。实验结果表明,热泵系统可以稳定工作,避免了压缩机液击。MeiVC等人提出在低压气液分离器内增加电加热器,有效地提高了除霜效率。梁彩华等人提出了一种新型的湿热除霜方式,并进行了实验研究,结果表明该除霜方式所需的热量较少,可以较大程度缩短除霜时间。付文成等人在热气旁通的基础上提出了一种新型的分组节流除霜方式,进行了实验研究,并与传统的逆循环方式进行了比较,结果表明该除霜方式供热恢复快、避免了不必要的能量损失。

以上的各种除霜方法各有利弊,一些新型的除霜方式也已有了较深入的研究,为我们打开了新思路,但多数研究仍停留在理论上研究上,尚未经过实践的检验,但通过不懈的努力,空气能热泵热水器冬季除霜的问题定能够迎刃而解。


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