分段化霜在家用分體空調(diào)上的應用研究

邵英

（珠海格力電器股份有限公司制冷技術研究院 廣東珠海 519070）

1 引言

目前空調(diào)采用的化霜方式以逆循環(huán)化霜為主，化霜時為防止室內(nèi)有冷風吹出會將室內(nèi)風機關閉，造成室內(nèi)制熱的不連續(xù)，由于要向室內(nèi)側(cè)取熱，因此不僅降低了制熱周期的制熱量，同時也降低了人體的熱舒適性。

熱氣旁通化霜是將壓縮機的高溫排氣旁通一部分到室外換熱器進行融霜，融霜熱量來源于壓縮機，無需向室內(nèi)取熱，室內(nèi)溫度波動較逆循環(huán)化霜小，但化霜時室內(nèi)供熱仍然是間斷的，在旁通量過大或低溫的情況下，還存在壓縮機液擊的危險，因此限制了其大面積的應用。

空氣融霜是冷庫上采用的一種融霜方法，利用高于霜溫的空氣，通過翅片間的空隙，從霜的外部加熱霜，融霜同時不影響系統(tǒng)的正常運行，但受空氣溫度高低的限制，一般只要空氣溫度高于3℃就可使用[1]。

本文將室外換熱器分成上下兩部分，制熱和化霜同時進行，保證室內(nèi)有持續(xù)的供熱，化霜采用熱氣旁通化霜和空氣融霜兩種方法，對化霜效果、室內(nèi)制熱效果及對系統(tǒng)性能的影響進行了試驗驗證。試驗結果對實際產(chǎn)品應用具有一定的指導意義。

2 實驗測試

2.1 實驗裝置

利用一套32機進行改裝，改后系統(tǒng)圖見圖1。

截止閥主要用于控制流路的通斷，電子膨脹閥用于調(diào)節(jié)旁通流量的大小。電子膨脹閥規(guī)格為16D32。

室外換熱器采用單排Ф7，中部空余一排孔未穿管，一根過冷管，排氣引入點位于過冷管出口兩流路的入口處。

分段化霜時各閥門的開關狀態(tài)如下：

1）熱氣旁通分段化霜：

上部融霜：關閉截止閥3，打開截止閥1，調(diào)節(jié)電子膨脹閥1的開度確定最適合的融霜開度，融霜完畢后各閥全部打開。

下部融霜：關閉截止閥4，打開截止閥2，調(diào)節(jié)電子膨脹閥2的開度確定最適合的融霜開度，融霜完畢后各閥全部打開。

2）空氣融霜分段化霜：

上部融霜：截止閥1、電子膨脹閥1保持關閉，關閉截止閥3，進行融霜，融霜結束后打開截止閥3。

下部融霜：截止閥2、電子膨脹閥2保持關閉，關閉截止閥4，進行融霜，融霜結束后打開截止閥4。

為保證化霜過程中室內(nèi)的持續(xù)供熱，實驗過程中室內(nèi)外風機均不關閉。

3 實驗結果及分析

3.1 熱氣旁通實驗

實驗工況選擇最容易結霜的惡劣化霜實驗工況：20/-，0/0。由于上部化霜后融霜水會流到下部的霜層上形成冰，加大下部化霜的難度，因此在實驗中均采用先下部后上部的化霜順序。

3.1.1 采用Ф6旁通管

原機排氣管采用Ф6管，為防止旁通流量過大，旁通管采用Ф6。實驗過程中將支路上的截止閥全部打開，逐步調(diào)節(jié)電子膨脹閥開度，開度較小時化霜慢并且化不干凈，無法進行連續(xù)的化霜。最后將開度加大到500B時才能勉強進行3個化霜周期，實驗數(shù)據(jù)見表1。

從表1可以看出，選擇開度500B的熱氣旁通，即使運行15分鐘就進行第一次化霜，化霜時間仍比較長，下部3分鐘，上部6分鐘，且上部化6分鐘后仍不是非常干凈；又運行7分鐘后進行第二次化霜，下部還是3分鐘，上部6分鐘化霜時間，下部的U型過冷管結冰，上部有余霜化不凈；第三次運行20分鐘后化霜，下部需要6分鐘，上部需要18分鐘，化霜太長，沒等上部化霜干凈，下部又結了很厚的霜層。分析產(chǎn)生如上現(xiàn)象的原因有兩個：本身旁通的制冷劑流量過小（旁通管徑的原因）和電子膨脹閥的閥孔內(nèi)徑過小造成的節(jié)流損失浪費了一部分熱量，針對如上兩個原因分別進行取消電子膨脹閥和增大旁通管徑的方法進行試驗驗證。

表1 Ф6旁通管熱氣旁通分段化霜參數(shù)表

表2 Ф6旁通管取消電子膨脹閥熱氣旁通分段化霜參數(shù)表

3.1.2 采用Ф6旁通管取消電子膨脹閥

用Ф6的短管代替電子膨脹閥，實驗中采用截止閥打開不同圈數(shù)來調(diào)節(jié)進入旁通支路的制冷劑量，看此方案是否可以實現(xiàn)連續(xù)化霜，實驗數(shù)據(jù)見表2。

通過表2可以看出，取消電子膨脹閥后旁通流量有所增加，化霜時間有所減少，可以實現(xiàn)4個連續(xù)的化霜周期，在開2圈到2.5圈的時候（截止閥需要4.5圈全部打開/關閉），基本可以實現(xiàn)化霜干凈，但底部的過冷管仍有冰殘留。說明電子膨脹閥的使用確實會造成一部分節(jié)流損失，導致所需旁通流量加大。

3.1.3 采用Ф9.52旁通管

僅將旁通管由Ф6改為Ф9.52，截止閥和電子膨脹閥位置不變，利用截止閥控制通斷，電子膨脹閥調(diào)節(jié)流量。實驗數(shù)據(jù)見表3。

采用Ф9.52旁通管后，旁通流量明顯加大，電子膨脹閥開度在150B左右即可完成化霜，并且化霜時間短，底部過冷管的霜也可以化掉，但化霜時的出風溫度較Ф6旁通管時降低了約2～3℃,，化霜時的吸氣溫度也較Ф6旁通管時提高了7～8℃，說明旁通流量還是有些偏大，犧牲了一些室內(nèi)的制熱量。結合前面的兩個實驗可知，Ф9.52旁通管加電子膨脹閥的方案并未達到最優(yōu)的調(diào)節(jié)，還存在優(yōu)化的空間，可從降低熱損失的角度，嘗試采用Ф7或Ф8的旁通管配合大口徑閥的方案。

1）化霜效果圖

表3 Ф9.52旁通管熱氣旁通分段化霜參數(shù)表

表5 熱氣旁通分段化霜能力參數(shù)

兩個化霜周期后，化霜前、完成下部化霜、全部結束化霜的效果圖見表4。

2）制熱能力與出風溫度

用150B/250B的開度組合進行熱氣旁通分段化霜實驗，2個小時內(nèi)的制熱能力及出風溫度分別見表5和圖2。

由表5可以看出，熱氣旁通分段化霜的制熱量和能效比還是比較高的。由圖2可以看出，采用熱氣旁通的化霜方式室內(nèi)出風溫度波動比較小，說明熱氣旁通化霜方式室內(nèi)溫度場較均勻，室內(nèi)更舒適。因此，可以得出，室外0/0℃工況下，采用Ф9.52旁通管配合電子膨脹閥化霜，可以實現(xiàn)連續(xù)的化霜周期，膨脹閥開度組合在下部化霜150B、上部化霜250B的情況下較優(yōu)。適當調(diào)節(jié)旁通管徑和電子膨脹閥大小的組合可在化霜效果和室內(nèi)出風溫度間取得一個平衡點。

3.2 空氣融霜實驗

考慮到空氣融霜不適合在低溫及結霜量較大的工況下使用，本實驗采用室外2/1℃工況，實驗數(shù)據(jù)見表6。

表6共進行四次實驗，每次運行時間20分鐘，第一次與第二次霜很快化干凈，運行時間非常短，從第三次化霜開始，化霜速度明顯減慢，分析原因可能是前兩次化霜時間短，霜雖然已經(jīng)化完，但仍殘留一部分的水分未蒸發(fā)完全，運行中殘留的水結成冰晶，增加了后續(xù)化霜的難度。但表6能充分說明采用空氣融霜方案在室外工況2/1℃時是可行的。

表6 空氣融霜分段化霜參數(shù)表

表7 空氣融霜分段化霜能力參數(shù)

空氣融霜分段化霜與逆循環(huán)化霜制熱能力與出風溫度對比分別見表7、圖3。

由表7可以看出，熱氣旁通分段化霜的制熱量和能效比還是比較高的。由圖3可以看出，采用熱氣旁通的化霜方式室內(nèi)出風溫度波動比較小，說明熱氣旁通化霜方式室內(nèi)溫度場較均勻，室內(nèi)更舒適。

4 結論

通過不同化霜方案的試驗測試，可以得出如下結論：

1）分段化霜可實現(xiàn)化霜時室內(nèi)的連續(xù)供熱，室內(nèi)溫度波動較逆循環(huán)化霜??；

2）熱氣旁通分段化霜在室外工況0/0℃、運行時間為15～20min的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運行四個化霜周期，且化霜效果較好；

3）熱氣旁通分段化霜中旁通管徑和閥的使用會增加熱量損失，導致所需旁通流量加大。實驗中采用Ф9.52旁通管和16電子膨脹閥化霜效果較好，但出風溫度偏低約29℃，存在進一步優(yōu)化的空間，可嘗試采用Ф7或Ф8的旁通管配合大口徑閥的方案；

4）熱氣旁通分段化霜的化霜效果和室內(nèi)出風溫度是一個矛盾體，應用中需在兩者之間進行取舍和平衡；

5）空氣融霜分段化霜在室外工況2/1℃、運行時間為20min的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運行四個化霜周期，且化霜效果較好；

6）過冷管部分采用換熱器上的融霜水進行融霜，因此在進行多個化霜周期后會出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，難于化干凈，因此分段除霜不適合用在有過冷管的換熱器上，但可作為一種輔助的化霜方法，用于提高能力和能效比。

[1]王斌,李曉虎等.空氣融霜系統(tǒng)介紹.第七屆全國食品冷藏鏈大會論文集.青島,2010.

[2]石文星,李先庭,邵雙全.房間空調(diào)器熱氣旁通法除霜分析及實驗研究.制冷學報,2000,(2):29-35.

[3]黃東,袁秀玲,陳蘊光.風冷熱泵冷熱水機組熱氣旁通除霜與逆循環(huán)除霜的性能比較.中國制冷學會2005年制冷空調(diào)學術年會,中國,2005:408-414.