空气源热泵蓄能与常规除霜系统特性参数比较

王 妍 李 晶*

(长春理工大学机电工程学院，吉林 长春 130022)

空气源热泵蓄能与常规除霜系统特性参数比较

王 妍 李 晶*

(长春理工大学机电工程学院，吉林 长春 130022)

在保证室内空气品质的前提下，对常规除霜系统进行了改造，并简单介绍了改造过的蓄能除霜系统的结构以及控制系统，并将蓄能除霜方法与常规除霜方法在相同工况下主要特性参数的变化规律进行了比较，从而验证了空气源蓄能除霜方法的科学性和合理性。

空气源热泵，除霜，蓄能除霜

0 引言

在我国空气源热泵得到广泛的应用，在实际使用过程中常会产生结霜的情况，这种情况不仅出现在冬季的南方高湿地区，同时在需求供暖的冬季北方地区，在春季和秋季供暖的过度季节，相对湿度与温度都在易结霜范围内，所以除霜的应用是要普及的。美国Baxter等人对一台空气源热泵进行试验[3]，实验结果表明除霜时消耗的能量占整个机组消耗能量的10.2%，消耗的能量很多，所以在低温高湿的环境下运行室外侧换热器的除霜是必要的，同时由于不同的除霜控制方法，根据实验数据27%的情况下是在室外侧换热器蒸发器翅片表面结霜不严重或者不需要除霜时进行了除霜，也就是产生了误除霜的情况，这样就产生了大量的能源浪费，同时减少了供暖能力，影响供暖效率。所以本文中对空气源热泵蓄热除霜方法的研究是有必要的。

1 空气源热泵蓄能除霜系统的改造

1.1 空气源热泵蓄能除霜系统的结构改造

经过各参数对比，实验中所使用的空气源热泵机组为型号KFR-23GW/DY-GA(E5)家用分体式壁挂空调，并对整个系统进行了适当的改造。由图1可以看出，实验时可通过控制F1～F7这7个开关，使蓄热器以不同的方式连入实验系统(以制冷剂流过蓄热罐先后作为参照，先流过蓄热罐称作上游)，根据实验实际操作的需要，本实验最常用的连入方式为上游蓄热，下游除霜。实验中常用的蓄热除霜方式(上游蓄热，下游除霜)的基本运行模式是：当热泵系统处于制热循环时，由压缩机排出的高温高压气态工质首先进入蓄热器的盘管(若采取并联方式则同时进入蓄热器与室内机的盘管)，通过盘管导热作用与盘管外蓄热介质发生热交换，蓄热介质吸收制冷剂工质冷凝过程中释放的热量开始蓄热。除霜时，四通阀换向，压缩机排出高温工质与蓄热器中存储的热量同时进入室外侧换热器，加热翅片管，融化其表面霜层，达到除霜目的，如图1所示，为实验用机组系统原理图。

1.2 蓄能除霜系统的控制系统改造

由于要对常规除霜系统和蓄能除霜系统一些参数规律的变化进行对比，所以要对系统中控制除霜开始时间和结束时间的除霜控制系统进行相应的改造。在除霜时常规除霜系统有一套自己常用的自动控制方法，经过课题组对常规实验机组的观察发现，实验机组所带的自动除霜控制方法为时间控制法，即开机40 min后机组停机四通阀换向，机组除霜开始，并且在除霜8 min后停机，机组继续进入供热工况。然而根据观察，当室外侧换热器翅片上结霜很严重，但没有到达除霜时间，机组继续运行，根据对电流表的观察，电流会快速上升，同时压缩机的排气压力急剧上升，当到达40 min开始除霜时压缩机排气压力已经超过了阈值，所以这是一个很危险的情况；另一种情况就是室外机翅片上的霜层厚度不够，机组到达了除霜时间就开始自动除霜，这样不仅浪费能源同样的也使除霜时室内机的翅片温度降得很低，从而导致室内侧的空气品质下降。同样的，自动除霜系统是无论除霜是否完毕都会固定除霜8 min。这种控制方法会有两种缺点，第一是霜层已经完全清除但是没有到达除霜结束时间，所以仍然会继续除霜，导致了能源的浪费；第二，当霜层厚度比较大的时候，到除霜除了8 min的时候，由固态霜变成液体的水珠没有完全蒸发掉，这样会导致下次制热循环时水珠迅速凝固成固态的冰晶，影响翅片间空气流通使机组的制热效果更差。对于蓄能除霜控制系统，我们将其中自带的控制芯片拆出，可以手动控制结霜和除霜时间，四通阀换向，使整个系统控制起来更灵活。

2 常规除霜与蓄能除霜时各参数的变化规律对比

2.1 蓄能除霜系统与常规除霜系统压缩机排气温度对比

如图2所示为室外温度-1 ℃，相对湿度RH 75%时蓄能除霜系统与常规除霜系统压缩机排气温度的对比。由图2中可以明显看出蓄能除霜系统在除霜时排气温度比常规除霜系统高，这样整个系统的温度都有所升高，可以使除霜速度更快。蓄能除霜系统压缩机排气温度在90 s时升高到最大值，而常规除霜系统在150 s左右升高到最大值，压缩机的排气温度升高的快说明蓄能除霜系统蓄热器中的热量释放回了整个机组，这样才会使得机组温度高且升温快。图2中很明显可以观察到当5 min 30 s的时候蓄能除霜系统的压缩机排气温度不再下降，这个温度一直保持到6 min除霜结束，而常规除霜系统在7 min左右温度不再下降，此后保持相对的稳定，由图2中看出温度会存在小范围的波动，也可由压缩机的排气温度看出，蓄能除霜系统在除霜时更稳定。两者曲线的大致变化规律基本相似，但是蓄能除霜系统压缩机的排气温度上升速度快并且温度高，这样节省了加热的时间，同时由于温度高所以使得除霜的速度更快，使得机组更快的进入到平稳的阶段，即除霜完成阶段。这样蓄能除霜系统在6 min时即可将霜全部除干净，既没有浪费时间同时也不会出现霜层没被除干净的现象。

2.2 蓄能除霜系统与常规除霜系统室内机进口温度对比

如图3所示为蓄能除霜系统与常规除霜系统室内机进口温度的对比。图3中室外机所处的环境温度为-1 ℃，相对湿度RH 75%。由图3中可以看出蓄能除霜室内机盘管进口温度下降速度明显比较慢，同时温度最低值也比常规除霜系统高，在-15 ℃以内，这是由于蓄能除霜系统提供热量是两部分，一部分是蓄热罐内的蓄热材料的相变时吸收并储存的热量，另一部分是逆循环时机组自身热量，所以对于室内热量的吸收比常规除霜时要少。同时，由图3中可以看出，蓄能除霜明显的出现速率不同的两部分，这是由于一部分由蓄热器中能量参与的除霜过程，一部分则是蓄热器内能量没有参与的除霜过程，所以在图中显示为速率不同的两部分除霜过程。而常规除霜方法的曲线则基本是一个平滑的下降趋势。

3 结语

1)本实验所应用的空气源热泵蓄能除霜系统，可以完成整个对于常规除霜和蓄能除霜实验的要求，并且可以获取整个实验中较为准确的动态数据。

2)与常规系统相比，蓄能除霜改善了低位热源不足的缺点，这样可以很大程度上缩短除霜的时间，由于除霜时间相对较短，并且室外侧换热器盘管温度较高，所以室外温度和湿度对除霜的影响很小，在除霜的时候可以不考虑外界环境因素对除霜的影响，决定除霜时间长短主要是结霜量的多少。

[1] 韩志涛,刘曙光.中重度结霜下空气源热泵蓄热除霜实验研究[J].煤气与热力,2012(17)：33-35.

[2] 董建锴,姜益强,姚 杨,等.空气源热泵相变蓄能除霜特性实验研究[J].湖南大学学报(自然科学版)，2011(6):90-91.

[3] 韩志涛．空气源热泵常规除霜与蓄能除霜特性实验研究[D]．哈尔滨:哈尔滨工业大学博士学位论文，2007：1- 45．

The comparison of characteristic parameter air-source heat pump energy-storage and conventional defrosting system

Wang Yan Li Jing*

(SchoolofMechatronicalEngineering，ChangchunUniversityofScienceandTechnology，Changchun130022,China)

In the premise guaranteeing indoor air quality, the paper transforms conventional defrosting system, simply introduces transformed energy-storage defrosting structure and control system, and compares major parameters altering law of energy-storage defrosting method and conventional defrosting method under similar working conditions, which testifies the air-source energy-storage defrosting method scientific and rational.

air-source heat pump, defrosting, energy-storage defrosting

2015-06-20

王 妍(1986- )，女，硕士，助教

李 晶(1976- )，女，博士，讲师

1009-6825(2015)25-0139-02

TQ051.5

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