房间空调器除霜方式的探讨

黄科华，徐东峰

（1.江苏正飞建设有限公司；2.泰州市城市建设投资有限公司，江苏泰州 225300）

房间空调器除霜方式的探讨

黄科华1，徐东峰2

（1.江苏正飞建设有限公司；2.泰州市城市建设投资有限公司，江苏泰州 225300）

分析了当前房间空调器的除霜方式，指出了存在的问题，并提出了解决方案。经试验验证，该方案可以减少25%的化霜次数，提高低温制热效果。

除霜方式；低温制热量

当风冷式热泵空调器制热运行时，蒸发盘管的表面温度低于被冷却空气的露点温度，空气中的水蒸汽必然经历一个从气态到固态的相变过程，以较疏松的冰晶层形式堆积在换热器表面上，形成霜层。在结霜的初期，由于冰晶体使传热表面变得粗糙并增大了换热面积，结霜过程放出的潜热有利于换热系数的提高，传热得到改善[1]。但是，随着霜层的加厚，换热器热阻增加，且换热器空气流通面积变窄，空气流量减少，风阻加大，风机功率增加，结果换热器换热能力大幅度下降。如果不及时除霜，整机的运行性能及效率将大大降低。对于小型房间空调器而言，在环温较低时，机组因为结霜、除霜带来的热量损失占总制热量的15%以上。因而，如何及时、有效、快速地进行除霜，是提高房间空调器低温制热性能的重要因素。

除霜控制的技术关键在于解决两个问题：（1）在适当霜层厚度的时候进行进入除霜控制，并在恰当的时候退出除霜模式，做到制热量最大，损失最小；（2）有效、快速地进行除霜，减少除霜时间⑵。据此，对房间空调器的除霜控制模式及其效果进行探讨。

1 现行除霜方式

1.1 定时除霜

定时除霜为最原始的除霜方式，目前多用于冷库等大型冷冻装置，工作原理是在规定的时间内进入化霜模式[2]。其最大的优点是结构简单，成本低，可靠性高。缺点是不能够根据实际的使用条件、霜层厚度进行准确判断，热损失大，属于机械式化霜，对于房间空调器是不适宜的。

1.2 室外换热器温度与制热时间控制除霜

室外换热器的盘管管温的检测是由设在盘管上的温度传感器完成，传感器可以是机械式温包或热敏电阻，时间值由定时器完成。具体的温度和时间值根据不同的系统由试验确定，这是当前较常用的除霜模式。

制热运行后计时器开始工作，达到设定时间t≥t设后再检测换热器管温，若管温低于设定温度，即t管≤t设，则进入化霜模式，否则不进行化霜。该模式只有设定时间和换热器管温同时满足条件后才能进入化霜模式。

这种化霜模式设计简单，但存在一个问题，当达到设定时间后，即便霜层不足以影响制热效果，甚至没有霜层，但由于管温达到设定温度，化霜条件成立，仍进行化霜，这样导致化霜次数增加，浪费能量。特别对于低温制热工况，由于低温环境，空气相对湿度并不高，霜层少有积累，这种情况将尤为严重。在试验中发现，机组在-7℃以下，环境较为干燥，室外冷凝器不易结霜，但由于管温达到设定温度，机组每45分钟化霜一次，其化霜的次数基本接近定时化霜方式。图1、图2为在不同的环境温度条件下进化霜时的室内出风温度的变化曲线，由图1曲线看，机组因室外结霜，室内温度下降，制热量下降，进入化霜，由图2曲线看，机组室内温度未出现下降趋势，制热量正常，室外并未结霜的情况下，由于化霜条件成立而进入化霜，给低温制热量带来较大的损失。

2 新化霜模式

2.1 室外双传感器配合模式

为解决室外低温、低湿度条件下进入条件误判的问题，设计了一种新的检测流程，增加室外环境温度传感器，通过实验建立室外环境温度与蒸发盘管化霜温度的对应关系，根据不同的室外温度确定不同的管温来判断室外霜层的厚度。通过检测外界空气Tb和室外换热器管温Ta来确定是否处于结霜范围之内或结霜范围之外。当温度条件处于结霜范围之内，且达到设定时间后才开始除霜。对应关系见图3。

此方法多用一只室外温度传感器，但是结霜的检测比较准确，可以有效的解决化霜判断的死区，减少除霜次数，提高制热效率。在程控上实现比较简单，除霜的检测、判断可靠。

2.2 根据室内换热器确定除霜模式

除霜的最终目的是解决室外换热器效率降低而带来的制热量降低问题。试验表明系统正常情况下的机组，制热量与室外换热器效率存在单一关联，即室外换热器结霜，导致效率降低，制热量下降，而在室内风量一定情况下，制热量又可以用进出风温度的差值来表征。考虑到目前国内外的小型房间空调器基本上都没有测量出风温度的传感器，室内出风温度和室内换热器的管温存在一定的联系，室内管温下降的程度即反映了室外换热器的结霜程度，可以使用室内管温来代替室内出风温度。制热运行后，检测进风温度和室内管温，作为判断结霜的输入条件，这是一种间接检测方法，但是更能准确反映结霜状态和对制热量的需求。其理论上可行，难点在于两个方面：（1）控制条件复杂，需要进行大量的实验来确定判断条件的普遍性，并对一些特殊条件进行修正；（2）如何准确判断霜层是否化尽，并及时退出除霜模式，需要大量实验，进行模糊决策。

通过大量实验确认，设立室内温度变化的基准值△Tjz，制热运行后，随着结霜的进行，霜层加厚，换热能力下降，室内管温下降，实时检测室内管温变化值△T，

当△T/△Tjz小于设定值时，进入除霜模式。△T/△Tjz的设定值根据实验确定。

当室内温度（20℃/15℃）室外温度（-4℃）情况下，按目前常见的除霜模式，除霜周期为49分钟，其中除霜时间4分钟，而新的根据室内换热器温度确定的除霜模式除霜周期为68分钟，其中除霜时间45分钟。两种方法相比：新除霜模式设计的空调器在低温情况下更准确的反映了结霜状况，减少化霜次数25%以上，增加了低温制热量。

3 结论

（1）准确判定机组的结霜情况需要充分考虑室外的湿度状况，现行的除霜模式在低温、低湿条件下单一使用室外管温来判断可能造成无谓化霜，降低制热效果。

（2）提出使用室内管温间接判断结霜状况的方法，经实验验证在低温状况下可以减少25%的化霜次数，增强制热效果，提高低温制热量。

[1]余宁.通风与空调系统安装[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]徐荣晋.暖通空调设备工程师实务手册[M].北京:机械工业出版社,2006.

Discussing the Defrosting Mode of Room AirConditioner

HUANG Ke-hua1,XU Dong-feng2
(JiangsuZhengfeiEngineeringEonstructionCO.,LTD,TaizhouJiangsu225300,China)

This article analyzed the defrostingmode of room air-conditioner,had pointed out the existence question,and proposed the solution.Thisplanmay reduce the defrosting number,improve theheating capacity in the low temperature.

defrost;heating capacity in the low temperature

TM925.1

B

1671-0142（2011）03-0113-02

黄科华（1980-），男，江苏常州人.助理工程师.

（责任编辑 施 翔）