飛機地面空調(diào)機組的融霜設(shè)計

（廣東吉榮空調(diào)有限公司，廣東 揭陽 522000）

飛機地面空調(diào)機組的融霜設(shè)計

林美娜 江茂旭 林運齡

（廣東吉榮空調(diào)有限公司，廣東 揭陽 522000）

本文從系統(tǒng)設(shè)計、電氣控制兩個方面介紹飛機地面空調(diào)機組的融霜設(shè)計原理，并通過試驗對比分析融霜設(shè)計對飛機地面空調(diào)機組性能的影響。試驗結(jié)果表明，合理的融霜設(shè)計是飛機地面空調(diào)機組高效、節(jié)能、可靠運行的重要環(huán)節(jié)，是飛機地面空調(diào)機組低溫、穩(wěn)定送風的重要保證。

飛機地面空調(diào)機組；融霜設(shè)計；比例積分三通閥

1 前言

隨著我國機場使用橋載設(shè)備替代飛機自身的輔助動力裝置APU（auxiliary power unit）專項工作的推廣，飛機地面空調(diào)機組在我國各大機場的應用已經(jīng)越來越普遍。自北京首都國際機場、上海虹橋國際機場和廣州白云國際機場使用飛機地面空調(diào)機組以來，2009年，三大機場全年減少二氧化碳排放12.7萬噸，節(jié)省航油成本2.16億元；2011年，三大機場全年節(jié)省航油 7.3萬噸，減少二氧化碳排放 23萬噸。飛機地面空調(diào)機組的應用，既降低燃油消耗，又有效降低開啟APU系統(tǒng)燃油對環(huán)境空氣造成的污染。

飛機地面空調(diào)機組是一種全新風特種空調(diào)機。以上海市為例，夏季進入飛機地面空調(diào)機組空氣的干球溫度為35℃，濕球溫度為28.3℃，含濕量為21.54g/kg；機組制冷送出的空氣干球溫度為1℃，相對濕度為90%，含濕量3.65g/kg，按機組送風量9000m3/h設(shè)計，則機組的除濕量高達193.2kg/h。由于進入飛機地面空調(diào)機組的空氣含濕量高而機組送風干球溫度低，故機組蒸發(fā)器的表面溫度低于0℃，當翅片表面溫度低于0℃時，翅片表面就會結(jié)霜。蒸發(fā)器翅片表面霜層會增加空氣流動阻力，加大飛機地面空調(diào)機組的功率消耗，降低機組的制冷能力并引起送風溫度波動，因此，合理的融霜設(shè)計是飛機地面空調(diào)機組高效、節(jié)能、低溫送風、可靠運行的重要保證。

2 飛機地面空調(diào)機組的融霜設(shè)計原理

圖1 飛機地面空調(diào)機組融霜系統(tǒng)原理圖

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

圖2 停壓縮機融霜的送風溫度變化曲線

圖3 使用比例積分三通閥融霜的送風溫度變化曲線

融霜技術(shù)是制冷裝置進行正常循環(huán)的保證，也是節(jié)能降耗的重要環(huán)節(jié)。目前，空調(diào)機除霜方法主要有自然除霜法、淋水法、電融霜和熱氣融霜等。自然除霜法除霜效率低，機組送風溫度波動大；淋水融霜法對于安裝在登機廊橋下的飛機地面空調(diào)機組來說，安裝復雜，使用不方便；電融霜由于必須增加機組的配電功率而很多機場的配電容量又是一定的，所以，前三種方法并不適合應用在飛機地面空調(diào)機組上。本文著重介紹熱氣融霜法在飛機地面空調(diào)機組上的應用。

飛機地面空調(diào)機組融霜系統(tǒng)原理如圖1所示，由壓縮機，比例積分三通閥、冷凝器、膨脹閥、氣液混合頭、蒸發(fā)器以及控制配件組成。

機組制冷運行初始階段，蒸發(fā)器不結(jié)霜，比例積分三通閥通往蒸發(fā)器的閥門（融霜閥門）關(guān)閉，從壓縮機排出的高溫高壓氣態(tài)制冷劑全部進入冷凝器冷凝，經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后，進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，成為低壓氣態(tài)制冷劑后，進入壓縮機，完成制冷循環(huán)。

機組運行一段時間后，低送風溫度使蒸發(fā)器表面逐漸結(jié)霜，機組的內(nèi)部阻力隨著霜層的加厚而逐漸增加，機組的送風量逐漸減少，壓縮機的吸氣壓力也不斷降低。為了確保機組正常、高效運行，確保送入飛機機艙的空氣溫度穩(wěn)定，此時，打開比例積分三通閥融霜閥門，旁通部分壓縮機排出的高溫氣態(tài)制冷劑，進入蒸發(fā)器融霜。

2.2 電氣控制

根據(jù)飛機地面空調(diào)機組接不同型號飛機時送風風量風壓變化趨勢，結(jié)合機組運行時間和蒸發(fā)壓力，控制比例積分三通閥的開度，從而控制進入蒸發(fā)器的制冷劑流量，確保機組融霜控制的高效性。

比例積分三通閥融霜閥門的開度與蒸發(fā)壓力成反比。比例積分三通閥的開度從0～100%變化，無需除霜時融霜閥門的開度為0%，從壓縮機出來的制冷劑全部進入冷凝器。當系統(tǒng)蒸發(fā)壓力低于0.35MPa且機組運行時間超過18min時，啟動融霜控制。融霜控制停止的方法共有兩種，一種是采用時間差法：設(shè)定融霜閥門的開啟時間，時間一到不論蒸發(fā)壓力高低，關(guān)閉融霜閥門；另一種是采用壓差法，當系統(tǒng)低壓壓力回升到設(shè)定值時，不論融霜時間長短，關(guān)閉融霜閥門。

3 試驗結(jié)果分析

為了對比不同融霜方法對飛機地面空調(diào)機組送風溫度的影響，驗證飛機地面空調(diào)機組使用比例積分三通閥融霜控制的可行性，筆者通過制作樣機，在實驗室模擬上海地區(qū)新風工況，進行型式試驗。使用常規(guī)停壓縮機融霜時，機組的送風溫度變化曲線如圖2所示；使用比例積分三通閥融霜控制時，機組的送風溫度變化曲線如圖3所示。

3.1 由于使用比例積分三通閥，壓縮機出口高溫氣態(tài)制冷劑與膨脹閥后的液態(tài)制冷劑混合后直接進入蒸發(fā)器，其沖霜作用比常規(guī)停壓縮機融霜方法更加直接，化霜效果更為明顯。

3.2 比例積分三通閥的使用，既避免飛機地面空調(diào)機組的壓縮機頻繁啟停，延長壓縮機的使用壽命，又有效避免出風溫度過低造成蒸發(fā)器結(jié)霜嚴重，增加機組內(nèi)部阻力，加大機組功耗甚至導致機組低壓故障停機等一系列問題發(fā)生，在保證機組高效、可靠運行的同時，節(jié)能效果更加顯著。

3.3 通過機組運行時間、蒸發(fā)壓力以及送風風量風壓變化趨勢三者相結(jié)合，控制比例積分三通閥開度，調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量，融霜速度快，融霜效果顯著且送風溫度波動小，確保機組穩(wěn)定、低溫送風，從而保證飛機機艙的溫度穩(wěn)定，有效提高機艙的舒適性。

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