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內蒙古空氣能供暖/空氣源熱泵冬季供暖除霜方法

1)節能效果顯著(例如:采用雙級壓縮轉子式壓縮機的空氣源熱泵,在-20℃下仍可正常工作,制熱性能系數COP>2.5);
2)空氣作低位熱源,取之不盡,用之不竭;
3)夏季供冷冬季供熱,一機兩用,設備利用率高;
4)省去一套復雜的冷卻水系統和鍋爐加熱系統,節省了投資和空間;
5)空氣源熱泵機組可置于室外,不占用建筑物有效面積;
6)安裝使用方便,且便于運行管理;
7)設備的保護和控制系統完善,使設備的自動化程度和可靠性不斷提高。

基于空氣源熱泵的一系列優點,空氣源熱泵受到了人們廣泛重視,得到發展迅速。然而十幾年的運行實踐發現其運行效果并不理想。其主要原因是空氣源熱泵室外換熱器結霜、除霜問題導致機組運行不穩定和可靠性差。空氣源熱泵在-5℃~5℃之間,相對濕度在70%以上的氣象條件下運行時其室外換熱器表面是最易結霜的[1] 。室外換熱器結霜后,霜層不斷增厚,導致熱阻增大,空氣流動阻力也隨之增大,使供熱能力和機組的COP下降,造成能量浪費。

空氣源熱泵結霜  除霜方法

為解決室外機結霜問題,常用的除霜方法有:1)逆循環除霜法,2)熱氣旁通除霜法,3)加熱除霜法,4)相變蓄能除霜法。

1)逆循環除霜法

逆循環除霜法也叫換向除霜法,是目前國內家用空調在系統上普遍采用的一種除霜方式,其基本原理是通過四通換向閥換向,從室內機吸熱,把熱量輸送到室外機融霜。

主要實現方式為:空調器制熱運行→判斷需要除霜→壓縮機停→四通閥換向→壓縮機開→除霜完成→壓縮機停→四通閥換向→壓縮機開→正常制熱。

空氣源熱泵 冬季供暖 逆循環除霜

圖:逆循環除霜法原理圖

這種除霜方式不增加空調器成本,實現起來最簡單,所以得到廣泛應用。換向除霜法主要存在下列缺點:1)除霜時房間的舒適性差,2)除霜時間長,3)系統運行可靠性差。

2)熱氣旁通除霜法

熱氣旁通除霜法也叫顯熱除霜法,是一種比較普遍的除霜方式,通過從壓縮機排氣口引出一支旁通回路將壓縮機排氣引到室外換熱器內實現除霜。

熱氣旁通除霜的實現方式為:空調器制熱運行→判斷需要除霜→室內風機超低速運轉→二通閥1、2開→電子膨脹閥開大→除霜完成→正常制熱。

空氣源熱泵 冬季供暖 熱氣旁通除霜

圖:熱氣旁通除霜法原理圖

熱氣旁通除霜可以克服逆向循環除霜的部分缺點:由于在進行熱氣旁通除霜時,仍有一部分排氣通入室內機,室內換熱器的溫度保持在較高水平,可以通過自然對流的方式向室內散熱。有時甚至可以在除霜時開啟內風機,實現在除霜的同時向室內供熱,對于室內舒適性具有較大的貢獻。另外,由于除霜時四通閥不換向,壓縮機不停機,室內換熱器在除霜時保持較高溫度,除霜完成后室內可以立即送熱風。

但是這種除霜方式應用于家用空調器仍然具有下列問題:1)除霜時間長,2)除霜時壓縮機高負荷運行,3)壓縮機可靠性運行問題。

3)加熱除霜法

加熱除霜法是將熱氣旁通除霜與冷媒直接加熱技術相結合,基本解決了逆循環除霜和熱氣旁通除霜無法克服的問題。

加熱除霜的實現方式為:空調器制熱運行→判斷需要除霜→室內風機超低速運轉、二通閥開、加熱器開→電子膨脹閥開大→除霜完成→正常制熱。

空氣源熱泵 冬季供暖 加熱除霜

圖:加熱除霜法原理圖

加熱除霜方式最關鍵的技術就是在壓縮機吸氣端增加了一個加熱器。化霜時,四通閥不換向,壓縮機不停機,室內可以實現持續供熱。加熱除霜方式具有如下優點:1)除霜時房間的舒適性好,2)化霜時間短,3)壓縮機運行可靠。

加熱除霜方式克服了逆循環除霜和熱氣旁通除霜方式的一系列缺陷,但是也帶來了一些新的問題:1)耗電量高,2)成本較高。

4)相變蓄能除霜法

相變蓄能除霜法是在熱氣旁通除霜方式的基礎上增加一個相變蓄熱器作為空氣源熱泵除霜時的低位熱源,采用供熱時相變材料蓄熱,除霜時相變材料釋熱除霜的方式。

相變蓄能除霜(串聯蓄熱模式)的實現方式:空調器制熱運行、相變蓄熱器串聯蓄熱(關閉閥門F1、F4,開啟閥門F2、F3)→判斷需要除霜→室內風機超低速運轉→相變蓄熱器釋熱除霜(開啟閥門F4)→除霜完成→正常制熱。

空氣源熱泵 冬季供暖 相變蓄能除霜

圖:相變蓄能除霜法(串聯蓄熱模式)原理圖

采用相變蓄能除霜方式化霜時,四通閥不換向,壓縮機無需停機,并且室內仍然可以持續供熱。由于增加了相變蓄熱器作為低位熱源,克服了傳統熱氣旁通除霜法的諸多缺點,具有除霜是房間舒適性好、化霜時間短、壓縮機運行可靠等優點,且節能效果明顯優于加熱除霜法。

表 空氣源熱泵四種不同除霜方法比較

空氣源熱泵 不同除霜方法

5)其他

此外,對空氣源熱泵室外側換熱器表面進行處理也可以抑制霜層生長的作用,例如,對室外換熱器表面添加疏水層,可以促進水滴從室外機壁面脫落,減緩霜層的生長速度。近日,又有休斯頓大學的科學家研發了一種稱為磁性光滑表面(MAGSS)的材料,當冰晶接觸到磁流體中時,磁流體會形成一層屏障,致使冰晶無法附著在物體表面,或許也可為空調室外機除霜開辟新思路。


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