國內外研究現狀和發展動態
經參考文獻,現在國內外研究的空氣源熱泵室外機除霜方法有如下幾種:
1、熱力除霜法
(1)電熱除霜法
直接利用電能產生熱能進行除霜,該方法把電阻式加熱元器件安裝在室外翅片管換熱器上,一般適用于小型家用空調器;電加熱元器件有三種布置方式:一是電加熱器件放置在換熱器端部。二是將電加熱管與換熱工質管間隔布置做成一體化結構。三是將電加熱管放置在換熱工質管中。
電熱除霜法可靠性高,除霜系統與制熱系統相對獨立,除霜能力不受機組制性能和運行環境的限制。但其缺點也顯而易見,耗電量大,且僅有15%~25%的能量被用于融霜。該方法在早期的小型熱泵上使用較多,目前在實際中已較少應用,但仍可作為輔助除霜方法出現,以保證機組在惡劣環境條件下能正常使用。
(2)熱氣除霜法
①逆循環除霜
通過四通換向閥的切換改變制冷劑的流向,使蒸發器和冷凝器的作用交換,制冷劑在管內的放熱使霜層融化;其融霜熱量的主要來源是室內空氣和壓縮機做功。逆循環除霜雖然能有效地進行除霜,但是其除霜時需要從室內吸取熱量,在除霜完畢切換回制熱模式后長時間無法供熱,造成室內環境溫度波動比較大,從而導致熱舒適性比較差。另外且四通換向閥切換時噪音較大,會對系統的管路和設備造成一定的沖擊,影響機組的使用壽命和可靠性。
②熱氣旁通除霜
熱氣旁通除霜法是將在壓縮機排氣管和室外翅片管換熱器入口管路間增加一個旁通管路。除霜時,打開旁通電磁閥,直接將壓縮機的高溫排氣直接引入到室外換熱器中,通過壓縮機排氣的熱量將室外換熱器的霜層融化,其融霜的熱量來源于壓縮機耗功和壓縮機殼體的蓄熱。
與逆循環除霜相比,熱氣旁通除霜具有很多優點:除霜過程中房間溫度波動很小,約是逆循環除霜的1/5~3/10,熱舒適性較好;除霜過程和切換時,系統壓力變化平穩,造成的機械沖擊比較小;室內換熱器的表面溫度基本未下降,恢復制熱后馬上吹出熱風;啟動和終止除霜時,不會產生四通閥換向的氣流噪聲等。
③蓄能除霜法
將具有合適融化溫度的材料蓄能罐與空氣源熱泵機組相連接,利用蓄熱裝置的特性將除霜工作中產生的熱損失補償回來。當空氣源熱泵處于供熱運行狀態時,機組會持續向空調系統提供熱源,同時也會向蓄熱裝置提供熱源,而當空氣源熱泵切換至除霜工作模式時,蓄熱裝置會在短時間內迅速向室內釋放熱量,同時還會為除霜系統提供充足的熱量以融化室外換熱器上的凝霜。
同逆循環除霜相比,蓄能除霜系統的除霜時間大幅減小,而且在除霜時系統的吸排壓力明顯高于逆循環除霜系統,有效避免了系統由于低壓保護而停機。在保證室內送風溫度的同時還有小縮減了除霜系統工作的時間,降低了機組除霜的頻率并極大的提高了除霜的工作效率,有效解決了空氣源熱泵冬季結霜的問題,且在一定程度上減少了除霜系統在工作過程中的能源消耗。
2、非熱力除霜法
(1)高壓電場除霜法
主要是利用霜晶在電場中受力后的不穩定性來完成除霜的;在電場的作用下,電極間的氣體會發生微放電現象,由此產生的電荷將被運輸到霜晶表面上積累起來,積累的電荷將建立一個與外加電場方向相反的電場,使得霜晶所受電場力總是使其具有離開冷表面的不穩定性。由于霜晶破碎具有某一固有頻率,這一頻率與霜晶的形狀、高度有直接的關系。因此,當施加的交流電場頻率等于或接近霜晶不穩定頻率時,霜晶就會破碎掉落,離開冷表面,從而達到除霜的目的。
雖然交流高壓電除霜法效率提升很大,但目前此項研究僅限于實驗室內,應用于空氣源熱泵冷熱水機組時,高壓放電設備的功率問題,電極材料的絕緣性問題、制熱除霜的匹配控制問題以及除霜不盡等問題仍需進一步研究。
(2)超聲波除霜法
主要是利用霜晶體和超聲波的共振效應完成的。翅片管蒸發器在高頻受迫振動下,其結霜部位激發的剪切應力值遠大于結霜的粘附應力,并且在霜晶根部激發的彎矩可將部分霜晶體從根部折斷。
超聲波除霜能耗是傳統逆循環除霜技術能耗的1/88~1/22,除霜效率是逆循環除霜效率的7~29倍,系統的COP提高6.51~15.33%。雖然超聲波除霜技術可以大大降低除霜能耗,但由于空氣源熱泵在結霜時,通過會經過以下過程:冷凝水滴→冰層→霜晶→霜枝→霜層,所以在熱泵翅片管換熱器表面形成的霜層其根部通過存在一層薄的基冰層。因此不能完全除盡霜層。
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