房間空調(diào)器除霜方式的探討

黃科華，徐東峰

（1.江蘇正飛建設(shè)有限公司；2.泰州市城市建設(shè)投資有限公司，江蘇泰州 225300）

房間空調(diào)器除霜方式的探討

黃科華1，徐東峰2

（1.江蘇正飛建設(shè)有限公司；2.泰州市城市建設(shè)投資有限公司，江蘇泰州 225300）

分析了當(dāng)前房間空調(diào)器的除霜方式，指出了存在的問(wèn)題，并提出了解決方案。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該方案可以減少25%的化霜次數(shù)，提高低溫制熱效果。

除霜方式；低溫制熱量

當(dāng)風(fēng)冷式熱泵空調(diào)器制熱運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)盤(pán)管的表面溫度低于被冷卻空氣的露點(diǎn)溫度，空氣中的水蒸汽必然經(jīng)歷一個(gè)從氣態(tài)到固態(tài)的相變過(guò)程，以較疏松的冰晶層形式堆積在換熱器表面上，形成霜層。在結(jié)霜的初期，由于冰晶體使傳熱表面變得粗糙并增大了換熱面積，結(jié)霜過(guò)程放出的潛熱有利于換熱系數(shù)的提高，傳熱得到改善[1]。但是，隨著霜層的加厚，換熱器熱阻增加，且換熱器空氣流通面積變窄，空氣流量減少，風(fēng)阻加大，風(fēng)機(jī)功率增加，結(jié)果換熱器換熱能力大幅度下降。如果不及時(shí)除霜，整機(jī)的運(yùn)行性能及效率將大大降低。對(duì)于小型房間空調(diào)器而言，在環(huán)溫較低時(shí)，機(jī)組因?yàn)榻Y(jié)霜、除霜帶來(lái)的熱量損失占總制熱量的15%以上。因而，如何及時(shí)、有效、快速地進(jìn)行除霜，是提高房間空調(diào)器低溫制熱性能的重要因素。

除霜控制的技術(shù)關(guān)鍵在于解決兩個(gè)問(wèn)題：（1）在適當(dāng)霜層厚度的時(shí)候進(jìn)行進(jìn)入除霜控制，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候退出除霜模式，做到制熱量最大，損失最?。唬?）有效、快速地進(jìn)行除霜，減少除霜時(shí)間⑵。據(jù)此，對(duì)房間空調(diào)器的除霜控制模式及其效果進(jìn)行探討。

1 現(xiàn)行除霜方式

1.1 定時(shí)除霜

定時(shí)除霜為最原始的除霜方式，目前多用于冷庫(kù)等大型冷凍裝置，工作原理是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入化霜模式[2]。其最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高。缺點(diǎn)是不能夠根據(jù)實(shí)際的使用條件、霜層厚度進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，熱損失大，屬于機(jī)械式化霜，對(duì)于房間空調(diào)器是不適宜的。

1.2 室外換熱器溫度與制熱時(shí)間控制除霜

室外換熱器的盤(pán)管管溫的檢測(cè)是由設(shè)在盤(pán)管上的溫度傳感器完成，傳感器可以是機(jī)械式溫包或熱敏電阻，時(shí)間值由定時(shí)器完成。具體的溫度和時(shí)間值根據(jù)不同的系統(tǒng)由試驗(yàn)確定，這是當(dāng)前較常用的除霜模式。

制熱運(yùn)行后計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作，達(dá)到設(shè)定時(shí)間t≥t設(shè)后再檢測(cè)換熱器管溫，若管溫低于設(shè)定溫度，即t管≤t設(shè)，則進(jìn)入化霜模式，否則不進(jìn)行化霜。該模式只有設(shè)定時(shí)間和換熱器管溫同時(shí)滿足條件后才能進(jìn)入化霜模式。

這種化霜模式設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但存在一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，即便霜層不足以影響制熱效果，甚至沒(méi)有霜層，但由于管溫達(dá)到設(shè)定溫度，化霜條件成立，仍進(jìn)行化霜，這樣導(dǎo)致化霜次數(shù)增加，浪費(fèi)能量。特別對(duì)于低溫制熱工況，由于低溫環(huán)境，空氣相對(duì)濕度并不高，霜層少有積累，這種情況將尤為嚴(yán)重。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在-7℃以下，環(huán)境較為干燥，室外冷凝器不易結(jié)霜，但由于管溫達(dá)到設(shè)定溫度，機(jī)組每45分鐘化霜一次，其化霜的次數(shù)基本接近定時(shí)化霜方式。圖1、圖2為在不同的環(huán)境溫度條件下進(jìn)化霜時(shí)的室內(nèi)出風(fēng)溫度的變化曲線，由圖1曲線看，機(jī)組因室外結(jié)霜，室內(nèi)溫度下降，制熱量下降，進(jìn)入化霜，由圖2曲線看，機(jī)組室內(nèi)溫度未出現(xiàn)下降趨勢(shì)，制熱量正常，室外并未結(jié)霜的情況下，由于化霜條件成立而進(jìn)入化霜，給低溫制熱量帶來(lái)較大的損失。

2 新化霜模式

2.1 室外雙傳感器配合模式

為解決室外低溫、低濕度條件下進(jìn)入條件誤判的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新的檢測(cè)流程，增加室外環(huán)境溫度傳感器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立室外環(huán)境溫度與蒸發(fā)盤(pán)管化霜溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)不同的室外溫度確定不同的管溫來(lái)判斷室外霜層的厚度。通過(guò)檢測(cè)外界空氣Tb和室外換熱器管溫Ta來(lái)確定是否處于結(jié)霜范圍之內(nèi)或結(jié)霜范圍之外。當(dāng)溫度條件處于結(jié)霜范圍之內(nèi)，且達(dá)到設(shè)定時(shí)間后才開(kāi)始除霜。對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖3。

此方法多用一只室外溫度傳感器，但是結(jié)霜的檢測(cè)比較準(zhǔn)確，可以有效的解決化霜判斷的死區(qū)，減少除霜次數(shù)，提高制熱效率。在程控上實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，除霜的檢測(cè)、判斷可靠。

2.2 根據(jù)室內(nèi)換熱器確定除霜模式

除霜的最終目的是解決室外換熱器效率降低而帶來(lái)的制熱量降低問(wèn)題。試驗(yàn)表明系統(tǒng)正常情況下的機(jī)組，制熱量與室外換熱器效率存在單一關(guān)聯(lián)，即室外換熱器結(jié)霜，導(dǎo)致效率降低，制熱量下降，而在室內(nèi)風(fēng)量一定情況下，制熱量又可以用進(jìn)出風(fēng)溫度的差值來(lái)表征?？紤]到目前國(guó)內(nèi)外的小型房間空調(diào)器基本上都沒(méi)有測(cè)量出風(fēng)溫度的傳感器，室內(nèi)出風(fēng)溫度和室內(nèi)換熱器的管溫存在一定的聯(lián)系，室內(nèi)管溫下降的程度即反映了室外換熱器的結(jié)霜程度，可以使用室內(nèi)管溫來(lái)代替室內(nèi)出風(fēng)溫度。制熱運(yùn)行后，檢測(cè)進(jìn)風(fēng)溫度和室內(nèi)管溫，作為判斷結(jié)霜的輸入條件，這是一種間接檢測(cè)方法，但是更能準(zhǔn)確反映結(jié)霜狀態(tài)和對(duì)制熱量的需求。其理論上可行，難點(diǎn)在于兩個(gè)方面：（1）控制條件復(fù)雜，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定判斷條件的普遍性，并對(duì)一些特殊條件進(jìn)行修正；（2）如何準(zhǔn)確判斷霜層是否化盡，并及時(shí)退出除霜模式，需要大量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行模糊決策。

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，設(shè)立室內(nèi)溫度變化的基準(zhǔn)值△Tjz，制熱運(yùn)行后，隨著結(jié)霜的進(jìn)行，霜層加厚，換熱能力下降，室內(nèi)管溫下降，實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)管溫變化值△T，

當(dāng)△T/△Tjz小于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入除霜模式?！鱐/△Tjz的設(shè)定值根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。

當(dāng)室內(nèi)溫度（20℃/15℃）室外溫度（-4℃）情況下，按目前常見(jiàn)的除霜模式，除霜周期為49分鐘，其中除霜時(shí)間4分鐘，而新的根據(jù)室內(nèi)換熱器溫度確定的除霜模式除霜周期為68分鐘，其中除霜時(shí)間45分鐘。兩種方法相比：新除霜模式設(shè)計(jì)的空調(diào)器在低溫情況下更準(zhǔn)確的反映了結(jié)霜狀況，減少化霜次數(shù)25%以上，增加了低溫制熱量。

3 結(jié)論

（1）準(zhǔn)確判定機(jī)組的結(jié)霜情況需要充分考慮室外的濕度狀況，現(xiàn)行的除霜模式在低溫、低濕條件下單一使用室外管溫來(lái)判斷可能造成無(wú)謂化霜，降低制熱效果。

（2）提出使用室內(nèi)管溫間接判斷結(jié)霜狀況的方法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在低溫狀況下可以減少25%的化霜次數(shù)，增強(qiáng)制熱效果，提高低溫制熱量。

[1]余寧.通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)安裝[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[2]徐榮晉.暖通空調(diào)設(shè)備工程師實(shí)務(wù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)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

黃科華（1980-），男，江蘇常州人.助理工程師.

（責(zé)任編輯 施 翔）