空氣源熱泵融霜控制過程的改進思考

郭冰　閆涵

摘 要：文章在分析空氣源熱泵融霜性能的基礎上，強調改進空氣源熱泵融霜控制過程的重要性，提出了一種新的融霜判別條件與過程，實現了對傳統“時間-溫度-壓力”融霜控制過程的優化，納入了對空氣濕度變化因素的考量，達到了空氣源熱泵融霜控制升級的效果。

關鍵詞：空氣源熱泵;融霜控制;空氣濕度變化

當前，空氣源熱泵得到廣泛應用，低溫型空氣源熱泵的開發進一步拓展了空氣源熱泵的應用領域。在實際應用中，室外側換熱器的結霜特性、融霜控制過程為空氣源熱泵的使用難點。為了促使空氣源熱泵發揮出更好性能，對其融霜控制過程進行優化改進極為必要，以獲取更大的市場份額，實現技術升級。

1 ? ?空氣源熱泵融霜性能的分析

第一，結霜。可以將結霜進一步細化為結晶生長期、霜層生長期、霜層充足生長期。當前對結霜過程的研究相對較多，例如，霜在經過“生長-融化-再生長”的過程后，其密度會有所增大;有霜情況下的換熱率更低，普遍比無霜狀態下的換熱率低17%[1]。

第二，抑霜。當前，常用的抑霜方法包括：室外換熱器設-用-備;蒸發器表面處理;壓縮機的使用（活塞式壓縮機的抑霜效果更好，且能夠推動制冷劑質量流量的增高）;調整翅片結構;調節制冷劑流量等。

第三，除霜。目前，相對常見的除霜方法包括：風量調節除霜法、蓄能裝置除霜法、室內外雙傳感器除霜法、模糊智能控制除霜法、逆循環除霜法、熱氣旁通除霜法等。

誠然，這些方法實現了空氣源熱泵融霜性能的優化，但是并未從本質上解決除霜問題，空氣源熱泵融霜控制過程的改進優化值得重點探究。

2 ? ?空氣源熱泵融霜控制過程

2.1 ?“時間-溫度-壓力”融霜控制過程

就當前的情況來看，空氣源熱泵的融霜控制普遍依托對時間、溫度以及壓力3項參數進行綜合控制完成，具體流程：進入融霜條件判斷狀態后：（1）判定翅片溫度與融霜時間間隔是否滿足設定值，若不滿足，則進入直接進入正常制熱狀運行狀態;若滿足，則進行下一步判斷。（2）判定機組是否進入融霜控制的工況，并檢查各個安全保護信號的良好程度，若發存在故障，立即停機并顯示故障;若正常，則進入下一步判斷。（3）判定翅片溫度、除霜時間、冷凝壓力是否滿足融霜終止設定值，若不滿足融霜結束條件，返回上一操作再次判斷;若滿足，則可以確定融霜結束，機組進入正常制熱狀態運行。

上述過程主要依托換熱器表面溫度作為判定依據，但是在實際運行中，換熱器的表面溫度存在不均勻的現象，因此，無法真實、準確地表現出空氣含濕量對結霜情況的影響，最終導致空氣源熱泵的制熱效率、融霜控制難以達到理想水平[2]。基于此，展開空氣源熱泵融霜控制過程的優化是必然選擇。

2.2 ?融霜判別條件的改進

對融霜判別條件進行優化調整，能夠避免除霜誤動作的發生，也能夠解決需要較長時間才能進入融霜狀態（融霜時間過長）的問題。在本次空氣源熱泵融霜控制過程的改進中，筆者提出了如下融霜判別流程：對融霜結束時進出口空氣狀態、蒸發壓力等參數進行采集與保存;展開進出換熱器的露點溫度、空氣含濕量、凝華溫度的參數計算;明確空氣含濕量差值;對融霜需要時長、翅片表面溫度、蒸發溫度與環境溫度的差值進行計算與判定，若不滿足融霜結束條件，返回換熱器多項參數的計算環節;若滿足，則可以確定融霜結束，進入融霜控制過程。

在改進后的融霜判別過程中，融入了對空氣濕度變化因素的考量，能夠影響室外側換熱器結霜性能。在“明確空氣含濕量差值”環節中，使用的計算公式如下：

換熱器外表面溫度高于0℃時

換熱器外表面溫度低于或等于0℃時

式中，Q（t）代表空氣流量，單位為m3/s;D（t）代表換熱器進出口空氣含濕量的差值，單位為g/kg干空氣;ρ（t）代表空氣平均密度，單位為kg/m3;Wt代表從空氣中析出的水蒸氣累加質量，單位為kg;t代表時間，單位為s。

利用上述計算公式能夠獲取空氣含濕量差值的累加值，實現空氣源熱泵融化霜層時需要的熱量值計算。依托空氣源熱泵的運行情況、室外實際運行環境，可以獲取空氣源熱泵在轉入融霜運行狀態時能夠提供的熱量值。在融霜運行狀態下，對比固定時間內得到的兩項熱量值（融霜時需要的熱量值、轉入融霜狀態時能夠提供的熱量值），發現所得兩熱量值處于平衡狀態，空氣源熱泵能夠轉入融霜運行狀態，且在固定時間內完成融霜。

相比于傳統的“時間-溫度-壓力”融霜控制過程，本文的融霜判別優化條件能夠更好地保證空氣源熱泵進入正確的融霜運行狀態，明顯降低了誤入融霜狀態的概率。同時，可以完成空氣溫度與換熱器表面溫度差值、蒸發溫度與換熱器表面溫度差值的計算與判別，進一步保證了空氣源熱泵融霜控制的準確性。當兩項差值均達到設定值時，空氣源熱泵進入融霜狀態。

3 ? ?結語

綜上所述，“時間-溫度-壓力”融霜控制過程使得空氣源熱泵的制熱效率、融霜控制難以達到理想水平，展開融霜控制優化有極高的現實價值。對融霜判別條件進行優化調整，融入對空氣濕度變化因素的考量，實現了誤入融霜狀態概率的降低，解決了融霜時間過長的問題，推動了空氣源熱泵融霜性能的提升。

[參考文獻]

[1]任宗垟，吳先應，范軒，等.變頻空氣源熱泵結霜特性及除霜優化實驗研究[J].建筑熱能通風空調，2019（11）：6-10.

[2]牛建會，馬國遠，許樹學，等.多臺室外機并聯輪換除霜空氣源熱泵的實驗研究[J].北京工業大學學報，2019（8）：787-792.

作者簡介：郭冰（1987— ），女，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，碩士;研究方向：制冷設備，熱泵研發。