飞机地面空调机组的融霜设计

（广东吉荣空调有限公司，广东 揭阳 522000）

飞机地面空调机组的融霜设计

林美娜 江茂旭 林运龄

（广东吉荣空调有限公司，广东 揭阳 522000）

本文从系统设计、电气控制两个方面介绍飞机地面空调机组的融霜设计原理，并通过试验对比分析融霜设计对飞机地面空调机组性能的影响。试验结果表明，合理的融霜设计是飞机地面空调机组高效、节能、可靠运行的重要环节，是飞机地面空调机组低温、稳定送风的重要保证。

飞机地面空调机组；融霜设计；比例积分三通阀

1 前言

随着我国机场使用桥载设备替代飞机自身的辅助动力装置APU（auxiliary power unit）专项工作的推广，飞机地面空调机组在我国各大机场的应用已经越来越普遍。自北京首都国际机场、上海虹桥国际机场和广州白云国际机场使用飞机地面空调机组以来，2009年，三大机场全年减少二氧化碳排放12.7万吨，节省航油成本2.16亿元；2011年，三大机场全年节省航油 7.3万吨，减少二氧化碳排放 23万吨。飞机地面空调机组的应用，既降低燃油消耗，又有效降低开启APU系统燃油对环境空气造成的污染。

飞机地面空调机组是一种全新风特种空调机。以上海市为例，夏季进入飞机地面空调机组空气的干球温度为35℃，湿球温度为28.3℃，含湿量为21.54g/kg；机组制冷送出的空气干球温度为1℃，相对湿度为90%，含湿量3.65g/kg，按机组送风量9000m3/h设计，则机组的除湿量高达193.2kg/h。由于进入飞机地面空调机组的空气含湿量高而机组送风干球温度低，故机组蒸发器的表面温度低于0℃，当翅片表面温度低于0℃时，翅片表面就会结霜。蒸发器翅片表面霜层会增加空气流动阻力，加大飞机地面空调机组的功率消耗，降低机组的制冷能力并引起送风温度波动，因此，合理的融霜设计是飞机地面空调机组高效、节能、低温送风、可靠运行的重要保证。

2 飞机地面空调机组的融霜设计原理

图1 飞机地面空调机组融霜系统原理图

2.1 系统设计

图2 停压缩机融霜的送风温度变化曲线

图3 使用比例积分三通阀融霜的送风温度变化曲线

融霜技术是制冷装置进行正常循环的保证，也是节能降耗的重要环节。目前，空调机除霜方法主要有自然除霜法、淋水法、电融霜和热气融霜等。自然除霜法除霜效率低，机组送风温度波动大；淋水融霜法对于安装在登机廊桥下的飞机地面空调机组来说，安装复杂，使用不方便；电融霜由于必须增加机组的配电功率而很多机场的配电容量又是一定的，所以，前三种方法并不适合应用在飞机地面空调机组上。本文着重介绍热气融霜法在飞机地面空调机组上的应用。

飞机地面空调机组融霜系统原理如图1所示，由压缩机，比例积分三通阀、冷凝器、膨胀阀、气液混合头、蒸发器以及控制配件组成。

机组制冷运行初始阶段，蒸发器不结霜，比例积分三通阀通往蒸发器的阀门（融霜阀门）关闭，从压缩机排出的高温高压气态制冷剂全部进入冷凝器冷凝，经膨胀阀节流降压后，进入蒸发器吸热蒸发，成为低压气态制冷剂后，进入压缩机，完成制冷循环。

机组运行一段时间后，低送风温度使蒸发器表面逐渐结霜，机组的内部阻力随着霜层的加厚而逐渐增加，机组的送风量逐渐减少，压缩机的吸气压力也不断降低。为了确保机组正常、高效运行，确保送入飞机机舱的空气温度稳定，此时，打开比例积分三通阀融霜阀门，旁通部分压缩机排出的高温气态制冷剂，进入蒸发器融霜。

2.2 电气控制

根据飞机地面空调机组接不同型号飞机时送风风量风压变化趋势，结合机组运行时间和蒸发压力，控制比例积分三通阀的开度，从而控制进入蒸发器的制冷剂流量，确保机组融霜控制的高效性。

比例积分三通阀融霜阀门的开度与蒸发压力成反比。比例积分三通阀的开度从0～100%变化，无需除霜时融霜阀门的开度为0%，从压缩机出来的制冷剂全部进入冷凝器。当系统蒸发压力低于0.35MPa且机组运行时间超过18min时，启动融霜控制。融霜控制停止的方法共有两种，一种是采用时间差法：设定融霜阀门的开启时间，时间一到不论蒸发压力高低，关闭融霜阀门；另一种是采用压差法，当系统低压压力回升到设定值时，不论融霜时间长短，关闭融霜阀门。

3 试验结果分析

为了对比不同融霜方法对飞机地面空调机组送风温度的影响，验证飞机地面空调机组使用比例积分三通阀融霜控制的可行性，笔者通过制作样机，在实验室模拟上海地区新风工况，进行型式试验。使用常规停压缩机融霜时，机组的送风温度变化曲线如图2所示；使用比例积分三通阀融霜控制时，机组的送风温度变化曲线如图3所示。

3.1 由于使用比例积分三通阀，压缩机出口高温气态制冷剂与膨胀阀后的液态制冷剂混合后直接进入蒸发器，其冲霜作用比常规停压缩机融霜方法更加直接，化霜效果更为明显。

3.2 比例积分三通阀的使用，既避免飞机地面空调机组的压缩机频繁启停，延长压缩机的使用寿命，又有效避免出风温度过低造成蒸发器结霜严重，增加机组内部阻力，加大机组功耗甚至导致机组低压故障停机等一系列问题发生，在保证机组高效、可靠运行的同时，节能效果更加显著。

3.3 通过机组运行时间、蒸发压力以及送风风量风压变化趋势三者相结合，控制比例积分三通阀开度，调节进入蒸发器的制冷剂流量，融霜速度快，融霜效果显著且送风温度波动小，确保机组稳定、低温送风，从而保证飞机机舱的温度稳定，有效提高机舱的舒适性。

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V351 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

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