空氣源熱泵結(jié)霜機(jī)理及除霜/抑霜技術(shù)研究進(jìn)展

冠敏 莉莉

(1 山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 濟(jì)南 250061； 2 山東師范大學(xué)歷山學(xué)院新能源工程學(xué)院 青州 262500)

隨著我國(guó)節(jié)能減排政策的不斷深化，采暖方式已逐步由低效率、高污染的傳統(tǒng)燃煤鍋爐集中供暖轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)能、高效、清潔的供暖方式(如空氣源熱泵[1]、燃?xì)忮仩t和電加熱鍋爐[2]等)，簡(jiǎn)稱“煤改電或煤改氣”。其中，空氣源熱泵采用少量高品位電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，通過(guò)制冷劑吸收低溫空氣中的低品位熱能，并經(jīng)系統(tǒng)高效集熱整合為高溫?zé)嵩?，?shí)現(xiàn)低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮苻D(zhuǎn)移的裝置。因其兼具供熱供冷、運(yùn)行費(fèi)用低、安全可靠、節(jié)能環(huán)保、可再生能源等優(yōu)點(diǎn)[3]，得到廣泛應(yīng)用。然而，在低溫高濕度地區(qū)供暖，蒸發(fā)器表面溫度低于露點(diǎn)和冰點(diǎn)時(shí)會(huì)結(jié)霜，導(dǎo)致熱阻增大，傳熱系數(shù)減小，空氣流動(dòng)阻力增大，系統(tǒng)COP減小[4]，制約了空氣源熱泵在我國(guó)“煤改電”供暖政策下的應(yīng)用推廣。因此，研究冷表面結(jié)霜機(jī)理，探索高效除霜/抑霜技術(shù)對(duì)空氣源熱泵的發(fā)展及我國(guó)清潔供暖政策的推進(jìn)意義重大。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在結(jié)霜機(jī)理[5]、除霜[6-7]和抑霜[2]方面均已有大量研究。其中，結(jié)霜機(jī)理的研究主要涉及霜層生長(zhǎng)規(guī)律、霜層物性、霜層內(nèi)傳熱傳質(zhì)3方面[8]。熱泵除霜特性較為復(fù)雜，除霜方法的研究主要集中于：機(jī)組除霜性能[9-10]、除霜能量來(lái)源與分配[11]和除霜對(duì)室內(nèi)的影響[12]等。M. Amer等[13]研究表明熱氣旁通除霜性能優(yōu)于逆循環(huán)，其供熱量和COP分別比逆循環(huán)高5.7%和8.5%。張杰等[12]對(duì)比發(fā)現(xiàn)，熱氣旁通法比逆循環(huán)節(jié)能5%，除霜后室內(nèi)恢復(fù)正常供熱所需時(shí)間比逆循環(huán)縮短25%；蓄能除霜的熱量來(lái)自蓄熱材料，不從室內(nèi)取熱，供熱量較穩(wěn)定，故室內(nèi)舒適性較好。熱泵抑霜主要是通過(guò)一定技術(shù)措施改變空氣溫度、濕度和表面特性等[14]，以達(dá)到提高機(jī)組性能和延緩結(jié)霜的目的。K. Kwak等[15]采用電加熱器對(duì)室外入口空氣加熱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)供熱量和COP分別提高約38%和57%。J. S. Park等[16]采用不等距百葉窗間距設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)結(jié)霜延遲，熱性能提高21%。

本文從霜層生長(zhǎng)規(guī)律及其物性兩方面，在冷表面結(jié)霜機(jī)理研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，總結(jié)影響結(jié)霜過(guò)程的各種因素和除霜/抑霜技術(shù)，綜述換向逆循環(huán)、熱氣旁通和電加熱3種主要除霜技術(shù)及表面改性抑霜技術(shù)的研究進(jìn)展，分析改變空氣參數(shù)、換熱器結(jié)構(gòu)和冷表面溫度等的抑霜效果，以期指出目前關(guān)于結(jié)霜機(jī)理和除霜/抑霜技術(shù)存在問(wèn)題，并給出進(jìn)一步研究建議。

1 結(jié)霜機(jī)理

空氣源熱泵結(jié)霜現(xiàn)象與水蒸氣分壓力和蒸發(fā)器兩側(cè)氣流的絕對(duì)濕度差有關(guān)[17-18]。水蒸氣分壓力和絕對(duì)濕度差越大，越有利于霜層生長(zhǎng)。霜的形成不僅是一個(gè)氣液固或氣固相變過(guò)程[18]，也是一個(gè)復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過(guò)程。研究冷表面結(jié)霜機(jī)理，有利于從根本上理解霜層生長(zhǎng)規(guī)律、霜層物性及影響因素等，從而探索有效的除霜/抑霜技術(shù)，以確?？諝庠礋岜迷诘蜏馗邼癍h(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1 霜層的生長(zhǎng)規(guī)律

在不同換熱器翅片表面上[5, 13, 19]，霜層生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)形成5類晶體形態(tài)：針狀、平板狀、樹枝狀、羽毛狀及草狀[20]。圖1所示為冷表面典型結(jié)霜過(guò)程。由圖1可知，在霜核期，先出現(xiàn)孤立冷凝水滴，然后出現(xiàn)水滴間的侵吞現(xiàn)象，接著形成少量冰晶；在霜層生長(zhǎng)期，冰晶表面先出現(xiàn)針狀晶體，隨后針狀晶體周圍長(zhǎng)出斜枝；在霜層完全形成期，冰晶表面已完全被針狀晶體覆蓋，形成一定厚度的羽毛狀晶體。

在霜核期，冰晶的生長(zhǎng)過(guò)程(如圖2)主要與水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)、冰核臨界半徑和吉布斯自由能有關(guān)。在冷凝水中，水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)決定形成冰核的尺寸。在相變過(guò)程中，吉布斯自由能自發(fā)變化決定著冰核能否發(fā)展形成冰晶[5]。當(dāng)水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的冰核半徑小于臨界半徑(由式(1)計(jì)算[5])時(shí)，冰核通過(guò)減小半徑以降低吉布斯能量自發(fā)消失[21]。相反，當(dāng)冰核半徑大于臨界半徑時(shí)，會(huì)自發(fā)長(zhǎng)大形成冰晶[21]。根據(jù)文獻(xiàn)[5]，吉布斯能壘是水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)形成大于臨界半徑冰核的屏障，且隨靜態(tài)接觸角的增大而增大。這說(shuō)明靜態(tài)接觸角越小，吉布斯自由能壘越小，越有利于冰晶的形成。

r*=-σwi/ΔSVΔT

(1)

式中：r*為冰核臨界半徑，nm；ΔT為水滴過(guò)冷度[5]，℃；ΔSV為單位摩爾體積平均融化焓，J/mol；σwi為水冰的表面張力，mN/m。ΔT、ΔSV、σwi分別由式(2)～式(4)計(jì)算[5]。Tm為一個(gè)大氣壓下0 ℃時(shí)，水的融點(diǎn)，即0 ℃；Tw為水滴溫度，℃。

圖1 冷表面典型結(jié)霜過(guò)程 [13]Fig.1 The typical frosting process on cold surface

圖2 冰晶生長(zhǎng)過(guò)程[5]Fig.2 The growth process of ice crystal

ΔT=Tm-Tw

(2)

ΔSV=(1.13-0.004 ΔT)×106

(3)

σwi=(23.1-0.2ΔT)×10-3

(4)

空氣參數(shù)是影響霜層生長(zhǎng)過(guò)程的重要因素之一。Liu Di等[17]研究了空氣溫度、相對(duì)濕度和流量對(duì)鋁制波紋翅片型換熱器表面霜層厚度的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，空氣溫度比流量對(duì)霜層厚度的影響更顯著。當(dāng)空氣溫度≤0 ℃時(shí)，霜層厚度與時(shí)間呈線性關(guān)系；當(dāng)空氣溫度為-5和0 ℃時(shí)，霜層厚度增長(zhǎng)率分別為0.15 mm/h和0.06 mm/h。當(dāng)空氣溫度為10 ℃時(shí)，翅片表面幾乎無(wú)積霜，說(shuō)明空氣與冷表面幾乎沒有熱量和質(zhì)量傳遞[17]。此外，相對(duì)濕度對(duì)質(zhì)量傳遞的影響顯著。這是由于相對(duì)濕度越高，空氣中水蒸氣壓降越大(如圖4)，結(jié)霜驅(qū)動(dòng)力就越大[17]，水蒸氣在霜層表面也越容易凝華增加霜層厚度。郭憲民等[22]認(rèn)為，低風(fēng)速將加快換熱器表面霜層厚度增長(zhǎng)，且低濕度工況下風(fēng)速對(duì)霜層生長(zhǎng)速度的影響更顯著。

圖3 環(huán)境因素對(duì)霜層厚度的影響[17]Fig.3 Effects of environmental factors on the thickness of frost layer

圖4 相對(duì)濕度對(duì)空氣側(cè)壓降的影響[17]Fig.4 Effects of relative humidity on pressure drop

另外，冷表面溫度和表面特性對(duì)霜層生長(zhǎng)過(guò)程也有顯著影響。馬強(qiáng)等[19-23]研究發(fā)現(xiàn)，冷表面溫度越低，水滴凍結(jié)時(shí)間越短，凍結(jié)直徑越小，霜層生長(zhǎng)速度越快；且疏水表面上霜層平均厚度比親水和裸鋁表面生長(zhǎng)緩慢。但當(dāng)空氣溫度和冷表面溫度均較低時(shí)，表面特性對(duì)霜層生長(zhǎng)的影響不顯著[19]。B. Na等[24]研究得出，當(dāng)空氣溫度大于0 ℃，冷表面溫度小于-10 ℃時(shí)，霜層厚度與時(shí)間呈非線性關(guān)系。該研究還指出，冷表面蒸氣過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，霜層厚度增長(zhǎng)率的模擬值與實(shí)驗(yàn)值吻合度較好，誤差為±15%；表面為飽和蒸氣時(shí)，模擬值比實(shí)驗(yàn)值偏大，誤差高達(dá)50%。

1.2 霜層的物性

1) 霜層密度

霜層密度和導(dǎo)熱系數(shù)是研究結(jié)霜問(wèn)題的兩個(gè)重要物性參數(shù)[25]。一般而言，室外空氣中水蒸氣的壓降越大，結(jié)霜驅(qū)動(dòng)力越大，水蒸氣越容易擴(kuò)散進(jìn)入霜層內(nèi)部，增加霜層密度。霜層密度不僅隨其表面溫度和時(shí)間變化，還與冷表面溫度、空氣濕度和溫度等密切相關(guān)。Y. X. Tao等[26]建立了霜層密度與時(shí)間和空間變化的關(guān)聯(lián)式。劉中良等[8]以實(shí)驗(yàn)觀察和晶體生長(zhǎng)理論為依據(jù)，結(jié)合一維自然對(duì)流結(jié)霜的數(shù)值模擬，建立并驗(yàn)證了霜層密度隨時(shí)間和空間變化的傳熱傳質(zhì)模型，并給出了數(shù)值解。C. T. Sanders[27]研究得出霜層密度隨露點(diǎn)、空氣溫度、流速和冷面溫度的降低而增大。T. Hosoda等[28]給出了霜層密度與冷表面溫度和空氣流速變化的關(guān)聯(lián)式。近年許多研究也得到結(jié)霜過(guò)程中密度變化的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，但均是在不同實(shí)驗(yàn)條件下建立，通用性普遍較差。

2) 霜層導(dǎo)熱系數(shù)

文獻(xiàn)研究表明，霜層導(dǎo)熱系數(shù)是密度的函數(shù)，且隨密度的增大而增大[24-25]。C. Kim等[25]建立了平均導(dǎo)熱系數(shù)與密度和動(dòng)接觸角(23°～88°)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，并總結(jié)了14種霜層導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式及其所適用的冷表面溫度、空氣參數(shù)范圍、誤差(5%～50%)。近年已公開的其它有關(guān)霜層導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式均為通過(guò)一定工況所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立。此外，B. Na等[24]依據(jù)建立的新模型，給出了霜層導(dǎo)熱系數(shù)的理論計(jì)算式，其與實(shí)驗(yàn)值的誤差為±20%?？芍獙?dǎo)熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的誤差較大、普適性也較差。

霜層導(dǎo)熱系數(shù)還與其結(jié)構(gòu)、冷表面溫度、空氣溫度和濕度等密切相關(guān)。劉中良等[8]研究得到霜層導(dǎo)熱系數(shù)的變化是霜層結(jié)構(gòu)、霜層內(nèi)溫度梯度引起水蒸氣擴(kuò)散及凝華潛熱釋放和霜表面粗糙度引起旋渦效應(yīng)相互作用的結(jié)果。A. Z. Sahin[29]研究發(fā)現(xiàn)，霜層有效導(dǎo)熱系數(shù)隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大，隨冷表面溫度、空氣溫度和雷諾數(shù)的增大而增大，隨空氣濕度的增大而減小。G. Biguria等[30]給出了平均導(dǎo)熱系數(shù)與表面溫度、空氣濕度、流速和時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式?？梢?，霜層導(dǎo)熱系數(shù)的變化較復(fù)雜，合理且通用性較好的導(dǎo)熱系數(shù)模型有待進(jìn)一步研究。

2 結(jié)霜過(guò)程的影響因素

上述討論表明，空氣參數(shù)、表面特性、冷表面溫度和翅片結(jié)構(gòu)等對(duì)結(jié)霜過(guò)程和霜層特性均有顯著影響：1)空氣溫度越低、濕度越大，冷表面越容易結(jié)霜。當(dāng)空氣溫度一定時(shí)，相對(duì)濕度越高，室外空氣中水蒸氣的壓降越大，結(jié)霜驅(qū)動(dòng)力越大，水蒸氣在表面越容易凝華增加霜層厚度、也更容易擴(kuò)散進(jìn)入霜層內(nèi)部增加霜層密度?？諝饬魉賹?duì)霜核期的影響較大。2)疏水表面上霜層平均厚度比親水和裸鋁表面生長(zhǎng)緩慢，且當(dāng)空氣溫度和冷表面溫度均較低時(shí)，表面特性對(duì)霜層生長(zhǎng)的影響不顯著。3)冷表面溫度越低，冷凝水凍結(jié)時(shí)間越短，霜層生長(zhǎng)速度越快，厚度增加越快，結(jié)霜量越大。4)換熱器平直翅片表面比波紋表面或其它不平整表面更容易結(jié)霜。

特別是，隨霜層厚度和密度的增大，空氣源熱泵室外空氣與蒸發(fā)器表面的傳熱熱阻越來(lái)越大，傳熱量逐漸降低，空氣流動(dòng)阻力逐漸增加，系統(tǒng)COP隨之大幅下降，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行。因此，除了研究除霜技術(shù)外，研究抑霜技術(shù)對(duì)延緩結(jié)霜過(guò)程和提高機(jī)組性能均具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者已研究了多種除霜/抑霜技術(shù)。其中，除霜技術(shù)主要包括：壓縮機(jī)關(guān)停、逆循環(huán)、熱氣旁通、電加熱器、超聲波振動(dòng)、外加電場(chǎng)、外加磁場(chǎng)、熱水噴霧、控制策略優(yōu)化。抑霜技術(shù)主要包括：改變空氣參數(shù)，改變翅片結(jié)構(gòu)與間距、管路排布，改變冷表面溫度、接觸角，增加外場(chǎng)改變霜層與冷表面之間的相互作用等方法。這里將著重綜述換向逆循環(huán)、熱氣旁通、電加熱3種除霜技術(shù)的研究現(xiàn)狀，分析改變空氣參數(shù)、換熱器結(jié)構(gòu)和冷表面溫度等的抑霜效果，概括改變表面特性抑霜技術(shù)的研究進(jìn)展。

3 除霜技術(shù)的研究

表1 3種除霜方法原理及存在問(wèn)題對(duì)比Tab.1 Comparisons of principles and exiting problems of three defrosting methods

3.1 換向逆循環(huán)法

換向逆循環(huán)是目前熱泵普遍采用的除霜技術(shù)。圖5所示為換向逆循環(huán)除霜原理。供熱時(shí)，室外空氣中水蒸氣潛熱被制冷劑吸收后轉(zhuǎn)化為霜附著在換熱器表面，堵塞了翅片通道，阻礙了空氣流動(dòng)，導(dǎo)致供熱量下降。此時(shí)，四通閥換向，系統(tǒng)以逆循環(huán)制冷模式運(yùn)行，霜層融化排走，隨后熱泵恢復(fù)制熱模式。

由于換向除霜僅需一個(gè)四通閥，具有空間需求小、成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。但該方法也存在較多問(wèn)題，如室內(nèi)舒適度差、凝結(jié)水滯留、除霜耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、能量來(lái)源不足、除霜不均勻等[13, 31-32]。李寧等[2]發(fā)現(xiàn)逆循環(huán)除霜耗時(shí)高達(dá)600 s。張杰等[12]對(duì)比了3種除霜方式的性能，結(jié)果如表2所示。由表2可知，逆循環(huán)除霜耗時(shí)比蓄能法長(zhǎng)約31%。此外，逆循環(huán)法能耗(4 600 kJ)比熱氣旁通高約5%。

圖5 換向逆循環(huán)除霜原理[2]Fig.5 The principle of reverse cycle defrosting

除霜方式除霜耗時(shí)/s除霜結(jié)霜蒸發(fā)器翅片表面溫度/℃除霜后室內(nèi)恢復(fù)正常供熱時(shí)長(zhǎng)/s逆循環(huán)39024280熱氣旁通51023.5210蓄能27030120

針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了較多研究。在實(shí)驗(yàn)研究方面，Song Mengjie等[33]初次實(shí)驗(yàn)研究了融霜水在多回路盤管表面流動(dòng)對(duì)逆循環(huán)除霜性能的負(fù)面效應(yīng)，并進(jìn)行定量分析。Zhang Long等[10]提出了一種新型輻射-對(duì)流加熱終端，并研究了新系統(tǒng)的結(jié)霜和除霜性能。結(jié)果表明，該新型加熱終端可為除霜提供足夠的能量，并可通過(guò)輻射和自然對(duì)流換熱在除霜過(guò)程中為空間加熱提供能量；除霜和恢復(fù)加熱周期分別為105 s和65 s。Chen Yiguang等[9]研究了室外空氣參數(shù)對(duì)熱泵逆循環(huán)除霜特性的影響，結(jié)果如圖6和圖7所示。可知當(dāng)空氣溫度和流速一定時(shí)，隨相對(duì)濕度的增大，總能耗、除霜時(shí)間和從室內(nèi)攜帶的熱量均呈下降趨勢(shì)。Hu Wenju等[11]研究了相變蓄能-逆循環(huán)對(duì)除霜時(shí)間和室內(nèi)盤管表面溫度的影響，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，相變蓄能-逆循環(huán)機(jī)組除霜時(shí)間比傳統(tǒng)逆循環(huán)縮短38%，且室內(nèi)盤管表面平均溫度提高25 K。說(shuō)明相變蓄能-逆循環(huán)除霜既有利于快速除霜，也有利于系統(tǒng)快速恢復(fù)正常供熱。Qu Minglu等[6]也給出與此一致的結(jié)果。但由于相變蓄能相變材料存在價(jià)格較高、需要再生、設(shè)備體積大等問(wèn)題，限制了其推廣應(yīng)用。另外，曹小林等[20]指出采用電子膨脹閥也有利于縮短除霜時(shí)間和機(jī)組快速恢復(fù)供熱模式。

圖6 相對(duì)濕度對(duì)除霜時(shí)間和總耗能的影響[9]Fig.6 Power consumption of defrosting and defrosting time under different outdoor air relative humidity

圖7 相對(duì)濕度對(duì)從室內(nèi)吸熱量的影響[9]Fig.7 Effects of outdoor air parameters on endotherm from indoor room during defrosting period

圖8 兩種除霜方法的室內(nèi)盤管表面平均溫度的對(duì)比[11]Fig.8 Comparison of mean indoor coil surface temperature at the two defrosting methods

模擬研究主要涉及3方面：1)蒸發(fā)換熱器結(jié)構(gòu)的模擬計(jì)算；2)建立逆循環(huán)除霜模型[34]；3)建立多回路盤管室外機(jī)除霜模型[31]。在早期模擬計(jì)算中，主要集中于簡(jiǎn)單幾何形狀的室外換熱器，如有限平板、水平平板和平板冷卻器等[31]。隨后出現(xiàn)了室外盤管逆循環(huán)除霜模型。模型中，室外盤管表面除霜被認(rèn)為是理想過(guò)程，包括預(yù)熱、熔化、蒸發(fā)和干燥加熱[34]4個(gè)階段。該模型已經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相對(duì)可靠。Qiao Hongtao等[35]建立了空氣源熱泵五級(jí)逆循環(huán)除霜模型，研究了除霜過(guò)程的瞬態(tài)特性。結(jié)果表明，用于除霜的能量占制冷劑總供給能量的17.7%，這與典型除霜過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致。

但融霜水向下流動(dòng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成的負(fù)面問(wèn)題并未解決。Qu Minglu等[36]在考慮融霜水對(duì)除霜性能負(fù)面影響的基礎(chǔ)上，提出了多回路室外盤管模型，并進(jìn)行了定量研究。該研究團(tuán)隊(duì)建立了室外機(jī)除霜的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停治隽巳谒厥彝鈸Q熱器表面向下流動(dòng)對(duì)除霜過(guò)程造成的影響。采用該模型設(shè)計(jì)計(jì)算可使除霜時(shí)間縮短20.8%，除霜能耗減少27.9%。同時(shí)，為了解決多回路除霜不均勻問(wèn)題，Song Mengjie等[31]建立了安裝/不安裝接水盤的模型，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，安裝接水盤可適當(dāng)減輕不均勻除霜問(wèn)題。

關(guān)于空氣源熱泵室外蒸發(fā)器換向逆循環(huán)除霜存在的一些問(wèn)題仍未得到解決，如除霜不均勻、除霜能量來(lái)源、優(yōu)質(zhì)相變蓄能材料開發(fā)、融霜水向下流動(dòng)對(duì)除霜性能造成的負(fù)面影響等問(wèn)題。同時(shí)，現(xiàn)有除霜模型還不夠完善，通用性也有待進(jìn)一步研究。

3.2 熱氣旁通法

圖9所示為空氣源熱泵熱氣旁通除霜原理。除霜時(shí)，系統(tǒng)不換向，電磁閥開啟，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)的排氣從電磁閥進(jìn)入蒸發(fā)換熱器除霜，除霜結(jié)束后的制冷劑通過(guò)四通閥被壓縮機(jī)吸入。

圖9 熱氣旁通除霜原理[2]Fig.9 The principle of heat gas bypass defrosting

與逆循環(huán)法相比，熱氣旁通法可改善室內(nèi)舒適性和降低除霜能耗。M. Amer等[13]研究表明，熱氣旁通除霜性能優(yōu)于逆循環(huán)，其供熱量和COP分別提高5.7%和8.5%。張杰等[12]研究表明，熱氣旁通法比逆循環(huán)節(jié)能5%，除霜后室內(nèi)恢復(fù)正常供熱所需時(shí)間比逆循環(huán)縮短25%。

《道德經(jīng)》說(shuō):“天地不仁，以萬(wàn)物為芻狗。”當(dāng)我們使用“生態(tài)危機(jī)”這一術(shù)語(yǔ)時(shí)，實(shí)際上所指的不是“自在自然”本身陷入可能毀滅的危機(jī)，而是指人類生存所依賴的自然條件發(fā)生劇烈變化，以至于可能無(wú)法繼續(xù)滿足人類的生存需求。這就意味著，對(duì)人與自然的關(guān)系的考察，是探討生態(tài)問(wèn)題的“中軸線”;而由于在二者關(guān)系當(dāng)中人是主體性、能動(dòng)性的因素，因此對(duì)人本身的考察就構(gòu)成了探討生態(tài)問(wèn)題的“原點(diǎn)”。那么，馬克思與威廉·萊斯關(guān)于人與自然關(guān)系當(dāng)中的“人”各自有何理解呢?

由于除霜熱量來(lái)自壓縮機(jī)，該方法除霜時(shí)間較長(zhǎng)。Huang Dong等[37]指出，熱氣旁通除霜時(shí)間是逆循環(huán)的2.89倍。為解決除霜時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，J. Kim等[38]提出了雙熱氣旁通-蓄電池加熱法，實(shí)驗(yàn)對(duì)比了該方法與傳統(tǒng)逆循環(huán)除霜時(shí)機(jī)組的運(yùn)行性能。結(jié)果表明，在室外環(huán)境為-5 ℃時(shí)，雙熱氣旁通-蓄電池加熱除霜系統(tǒng)壓縮機(jī)排氣溫度較高，除霜時(shí)間比傳統(tǒng)逆循環(huán)縮短15%，系統(tǒng)供熱量比逆循環(huán)高2.5 kW。汪俊勇[39]提出并分析了采用安裝光電感應(yīng)頭輔助電加熱套管解決空調(diào)機(jī)組化霜慢的可行性。

熱氣旁通除霜技術(shù)存在的問(wèn)題還未解決，主要包括：1)除霜時(shí)間較長(zhǎng)，除霜不干凈；2)當(dāng)霜層厚且密度較大時(shí)，除霜時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，室內(nèi)舒適性惡化，壓縮機(jī)可能損壞。因此建議應(yīng)結(jié)合變頻壓縮機(jī)、電加熱、余熱回收型熱泵、合理的閥門開度和控制策略等進(jìn)一步深入研究。

3.3 電加熱法

電加熱普遍應(yīng)用于冷風(fēng)機(jī)除霜[40]和冷庫(kù)除霜[41]。通常，將電熱管或電熱絲安置在室外換熱器表面或鑲嵌在換熱器翅片內(nèi)。電加熱管安置在換熱器前的除霜方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)成本低。文獻(xiàn)研究表明，該方法可保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行200 min；當(dāng)環(huán)境溫度為4 ℃時(shí)，功耗降低32%，供熱量和COP分別提高9.1%和71.1%[13, 15]。K. Kwak等[15]研究了室外電加熱除霜對(duì)系統(tǒng)性能的影響。研究中當(dāng)室外溫度為2 ℃時(shí)，換熱器表面結(jié)霜，導(dǎo)致蒸發(fā)器溫度迅速降至12 ℃。此時(shí)停止常規(guī)熱泵壓縮機(jī)運(yùn)行，維持室內(nèi)2 kW的電加熱器穩(wěn)定工作。1 kW的室外電加熱器一直運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)在工作時(shí)間連續(xù)工作。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)熱泵相比，電加熱法可使供熱量和COP分別提高38%和57%，如圖10所示。此外，Yin Haijiao等[41]實(shí)驗(yàn)研究了空氣旁通循環(huán)-嵌入電加熱新除霜方法在冷庫(kù)中的應(yīng)用。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)電加熱法相比，該種方法室外除霜時(shí)間縮短62.1%，除霜能耗降低61%，冷庫(kù)溫度波動(dòng)降低70.1%，除霜效率高達(dá)77.6%。總之，穩(wěn)定的熱源供應(yīng)(加熱器)可使系統(tǒng)具有良好的運(yùn)行性能，使室內(nèi)具有較好的舒適性。

圖10 電加熱除霜機(jī)組和傳統(tǒng)機(jī)組供熱量和COP對(duì)比[15]Fig.10 Comparison of heating capacity and COP of defrosting heat pump with electric heater and conventional heat pump with operating time

但該方法消耗高品質(zhì)的電能，除霜時(shí)部分熱量會(huì)散至周圍冷環(huán)境，增加了能耗，降低了融霜效率；同時(shí)，電熱絲或熱管壽命短，存在安全隱患。特別在制冷系統(tǒng)中，電加熱除霜對(duì)低溫冷庫(kù)溫度場(chǎng)的影響較大，研究表明電加熱輸入的熱量?jī)H有15%～25%[42]用于除霜，其余大部分散失到周圍環(huán)境。為解決這一問(wèn)題，王棟等[40]設(shè)計(jì)了電動(dòng)隔斷裝置用以阻止除霜時(shí)熱量傳至周圍冷環(huán)境。結(jié)果表明，增加隔斷裝置后，電加熱除霜時(shí)冷風(fēng)機(jī)內(nèi)溫度波動(dòng)平緩，冷庫(kù)溫度變化波動(dòng)較小，除霜耗能明顯降低，冷負(fù)荷降低，除霜時(shí)間縮短，除霜效率提高。因此，該方法有待在空氣源熱泵電加熱除霜中進(jìn)一步應(yīng)用研究。

4 抑霜技術(shù)的研究

4.1 空氣參數(shù)

空氣溫度、濕度和流速是研究室外空氣對(duì)結(jié)霜影響的主要參數(shù)。其中，溫度和濕度的共同作用可導(dǎo)致霜層的形成。如圖11所示，濕空氣A首先冷卻至露點(diǎn)溫度B，隨后繼續(xù)冷卻下降至過(guò)冷溫度C，最后相變過(guò)程發(fā)生，形成固相霜D[43]?？梢?，空氣溫度和濕度是導(dǎo)致空氣源熱泵冬季運(yùn)行性能惡化的兩個(gè)重要因素。另外，空氣流速的增大可能會(huì)使換熱器冷表面上初期形成的冷凝水分散并脫離，從而抑制結(jié)霜過(guò)程。

圖11 冷凝和結(jié)霜過(guò)程[43]Fig.11 Condensation and frost formation process

1) 空氣溫度

預(yù)熱濕空氣可有效抑制冷表面結(jié)霜。K. Kwak等[15]采用電加熱器對(duì)空氣源熱泵室外蒸發(fā)器入口空氣進(jìn)行加熱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)供熱量和COP分別提高約38%和57%。考慮到提高濕空氣溫度時(shí)，需要耗費(fèi)額外的能源且效率低，因此，目前該方法在文獻(xiàn)中研究較少。然而，Huang Bi等[44]研究得出在冬季，空氣源熱泵機(jī)組的漩渦式壓縮機(jī)殼體與周圍空氣之間存在較大的溫差(340～380 K)。如果利用集熱器將這部分熱量回收后用于對(duì)蒸發(fā)器入口空氣升溫，將有助于蒸發(fā)器抑霜和熱泵系統(tǒng)整體性能改善。Liu Di等[17]指出為保障節(jié)能和改善熱泵能效，可通過(guò)熱回收技術(shù)對(duì)濕空氣升溫。

2) 空氣濕度

Sheng Wei等[43]研究得出控制空氣濕度來(lái)抑霜的方法主要分為：1)水蒸氣預(yù)冷凝；2)吸收或吸附除濕。水蒸氣預(yù)冷凝是指先將潮濕空氣冷卻到露點(diǎn)，排出空氣中部分水蒸氣預(yù)冷凝水，降低濕空氣中的水蒸氣分壓，減小相變驅(qū)動(dòng)力，從而延長(zhǎng)冷凝液滴生長(zhǎng)和霜層形成過(guò)程的時(shí)間[45]。對(duì)此，Chen Yongping等[45]實(shí)驗(yàn)研究了大氣壓對(duì)冷表面上結(jié)霜特性的影響，結(jié)果如圖12所示。由圖12可知，隨大氣壓升高，水滴冰凍時(shí)間明顯縮短，平均冰凍半徑明顯增大?？梢?，降低大氣壓，相變驅(qū)動(dòng)力減小，導(dǎo)致水滴生長(zhǎng)和冰凍時(shí)間延長(zhǎng)。然而，要將此方法應(yīng)用于工程，還需要進(jìn)一步深入研究。

圖12 大氣壓對(duì)水滴冰凍時(shí)間和平均半徑的影響[45]Fig.12 Effect of atmospheric pressure on droplet freezing time and average freezing droplet radius

吸收或吸附除濕是指利用某些方法對(duì)蒸發(fā)器入口的濕空氣進(jìn)行除濕。目前，濕空氣除濕的方法主要有：固體或液體干燥劑、膜式除濕、蒸氣-空氣分離、電化學(xué)除濕。采用固體干燥劑對(duì)蒸發(fā)器入口空氣進(jìn)行除濕(如圖13)可明顯減少換熱器表面結(jié)霜，但存在干燥劑成本高、干燥設(shè)備體積大和干燥劑再生能耗大等問(wèn)題，限制了該方法的應(yīng)用。膜式除濕是基于膜式全熱回收系統(tǒng)和直接膨脹制冷系統(tǒng)組成的除濕方法[46]。全熱回收換熱器有一個(gè)薄膜核心，新鮮空氣在薄膜上與排氣進(jìn)行交換濕氣和溫度。隨后，新鮮空氣流經(jīng)表面低于露點(diǎn)的冷卻盤管進(jìn)行除濕[46]。Liang Caihua[46]發(fā)現(xiàn)膜式除濕系統(tǒng)的COP和除濕率分別為傳統(tǒng)除濕系統(tǒng)的2.3倍和3倍。蒸氣-空氣分離法通常利用蒸氣-空氣分離器和預(yù)冷凝等技術(shù)結(jié)合進(jìn)行除濕[43]。由于成本較高，在居民住宅或商業(yè)樓宇供暖中較少采用，主要應(yīng)用于核電廠領(lǐng)域[47]。電化學(xué)除濕適于科學(xué)儀器的入口氣體除濕[43]，以保證儀器正常安全可靠運(yùn)行。

圖13 循環(huán)吸附除濕空氣源熱泵原理[2]Fig.13 The principle of air-source heat pump with circulation-type adsorptive dehumidification

3) 空氣流速

關(guān)于室外空氣流速或風(fēng)量對(duì)抑霜的影響，國(guó)內(nèi)外已有大量研究，但結(jié)論并不一致。主要原因是這些研究將換熱器作為孤立部件進(jìn)行研究，而不考慮結(jié)霜后熱泵系統(tǒng)參數(shù)的變化[22]。對(duì)此，郭憲民等[22]在考慮室外換熱器結(jié)霜過(guò)程與空氣源熱泵系統(tǒng)參數(shù)與風(fēng)機(jī)流量之間相互影響的基礎(chǔ)上，研究了迎面風(fēng)速對(duì)霜層生長(zhǎng)規(guī)律的影響。結(jié)果表明，室外換熱器表面霜層生長(zhǎng)速率隨迎面風(fēng)速的降低而加快，且風(fēng)速越大結(jié)霜后期霜層增長(zhǎng)速度越快。

以冷凝水冰凍形成冰晶為分界點(diǎn)討論：在形成冰晶前，流速越大，換熱器表面初期形成的冷凝水經(jīng)空氣分散而脫離，延長(zhǎng)了冷凝水冰凍的時(shí)間，抑制了結(jié)霜過(guò)程；冰晶形成后，流速可能促進(jìn)霜層的形成。Sheng Wei等[43]研究得出增加流速可能延遲霜層初期的形成；當(dāng)出現(xiàn)部分霜層后，增大流速會(huì)導(dǎo)致霜層密度增大，促進(jìn)結(jié)霜過(guò)程。該研究還指出，空氣流中的水蒸氣冷卻至露點(diǎn)的過(guò)程僅發(fā)生在熱邊界層中，因此根據(jù)湍流和層流條件下氣流對(duì)熱邊界層的不同影響，改變濕空氣流速對(duì)結(jié)霜行為會(huì)有一定抑制效應(yīng)。

增大空氣流速或流量通常是提高室外風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、增大風(fēng)扇直徑或增加風(fēng)機(jī)數(shù)量，而這會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的噪聲或空氣源熱泵的投資成本增大?？梢?，采用提高空氣流速或流量來(lái)抑制結(jié)霜的技術(shù)手段還有待進(jìn)一步深入研究。

4.2 換熱器結(jié)構(gòu)

應(yīng)盡可能采用大迎風(fēng)面積、非等間距翅片或大間距翅片、表面不平整翅片和管排數(shù)小的換熱器結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)結(jié)霜周期的目的。目前，已有室外側(cè)迎風(fēng)面積、翅片間距、翅片類型和管排數(shù)對(duì)換熱器表面結(jié)霜和系統(tǒng)性能影響的研究。研究表明，翅片的非均勻布置和旋流器的使用已證明可以提高蒸發(fā)器的熱力性能[5]。J. S. Park等[16]設(shè)計(jì)了不等距百葉窗，發(fā)現(xiàn)結(jié)霜延遲，熱性能提高21%。同時(shí)，K. Kim等[48]實(shí)驗(yàn)研究了翅片間距(1.81、1.59、1.41 mm)對(duì)不同表面抑霜性能的影響。結(jié)果表明，翅片間距為1.59 mm的疏水換熱器抑霜效果明顯，且其總傳熱系數(shù)較高。D. K. Yang等[49]采用響應(yīng)面和Taguchi方法來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)換熱器翅片間距。結(jié)果表明，最佳模型的平均傳熱率和運(yùn)行時(shí)間分別比參考模型提高了6.3%和12.9%。因此，針對(duì)不同類型換熱器研究合適的管路排布和翅片間距尤為重要。

4.3 冷表面溫度

與空氣溫度、流速和換熱器結(jié)構(gòu)相比，冷表面溫度和空氣濕度對(duì)結(jié)霜的影響更顯著[43]。Qin Haijie等[50]實(shí)驗(yàn)研究了冷表面溫度對(duì)結(jié)霜過(guò)程的影響。結(jié)果表明，隨冷表面溫度降低，霜層形成越快，且霜層形態(tài)也由開始的針狀變?yōu)橹鶢?。王偉等[51]通過(guò)穩(wěn)定空氣溫度10.5 ℃、濕度80.5%和流速3 m/s，改變冷表面溫度的方法，實(shí)驗(yàn)研究了冷表面溫度對(duì)動(dòng)態(tài)結(jié)霜過(guò)程霜層物性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨冷表面溫度從-19.7 ℃升至-3.5 ℃，結(jié)霜速率從0.05 mm/min降至0.019 mm/min(降幅約62%)，除霜頻率由8.5次/h降至1.1次/h(降幅約87%)，霜層厚度從2.976 mm降至1.136 mm(降幅61.8%)，結(jié)霜量從1.415 g降至1.144 g(降幅23.7%)，霜層密度從291 kg/m3增至629 kg/m3(增幅約54%)，霜層導(dǎo)熱系數(shù)為0.753～2.23 W/(m·K)。說(shuō)明冷表面溫度對(duì)結(jié)霜速率、除霜頻率、結(jié)霜高度、結(jié)霜量和結(jié)霜密度均有顯著影響。該研究還指出，冷表面溫度越低，結(jié)霜速率升高，霜層生長(zhǎng)高度增大，導(dǎo)致除霜越頻繁；另外，冷面溫度降低，單位時(shí)間結(jié)霜量減小，結(jié)霜厚度增大，霜層越疏松，這是因?yàn)榻Y(jié)霜速率快，霜層未能及時(shí)回融、塌陷[51]。

綜上所述，實(shí)現(xiàn)較高的冷表面溫度可以有效抑制結(jié)霜過(guò)程。目前關(guān)于通過(guò)冷表面溫度來(lái)抑霜的研究文獻(xiàn)較少。因此，調(diào)控冷表面溫度是未來(lái)抑霜技術(shù)的研究方向之一。

4.4 表面改性

目前，通過(guò)改變冷表面特性來(lái)抑制結(jié)霜的研究較多。接觸角是衡量表面特性變化的重要參數(shù)之一。如圖14所示為不同表面上液滴。由圖14可知，接觸角θ<90°的面為親水表面，90°<θ<150°為疏水表面，θ>150°為超疏水表面。如表3所示，與裸表面和親水表面相比，超疏水表面可有效降低結(jié)霜厚度和質(zhì)量。同時(shí)，超疏水表面的壓降和總傳熱性能較好。

圖14 不同特性表面上液滴 [13]Fig.14 A droplet for hydrophilic, hydrophobic and superhydrophobic surfaces

參數(shù)裸露表面親水表面超疏水表面霜厚度/mm0.820.750.68霜質(zhì)量/kg0.3020.2670.215壓降很高中很低總傳熱/kJ2 437.72 667.93 047.2

目前，多數(shù)研究集中于疏水和超疏水表面對(duì)結(jié)霜過(guò)程的抑制效果。特別是超疏水表面，可有效抑制冷凝水的形成及冰凍過(guò)程。Liu Zhongliang等[52]利用磁控濺射技術(shù)制作了微納米結(jié)構(gòu)超疏水表面(θ=162°)，并對(duì)比了該表面與普通金屬銅表面上凝結(jié)水的冰凍特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)開始60 s后普通金屬銅表面的冷凝液滴完全冰凍，超疏水表面在620 s后才出現(xiàn)少量的冷凝液滴，并長(zhǎng)時(shí)間保持液態(tài)。Wang Hao等[53]研究對(duì)比了-7.2 ℃、相對(duì)濕度為55%時(shí)，裸銅面(θ=64°)、疏水面(θ=120°)和超疏水面(θ=155°)的結(jié)霜特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，裸銅表面在50 s后開始出現(xiàn)霜晶，疏水表面120 s后出現(xiàn)霜晶，超疏水表面在600 s后幾乎沒有結(jié)霜。原因可能為：1)較大的接觸角導(dǎo)致形成冷凝水的勢(shì)壘較大，不易形成冷凝水，且已形成的冷凝水與表面的接觸面積小、熱阻大、換熱量小，不易結(jié)霜[54-55]；2)表面上Cassie狀態(tài)(滾動(dòng)角較小)冷凝液滴的自跳現(xiàn)象，使得超疏水表面具有較好的抗凝露和抗結(jié)霜性能[55-56]。

超疏水表面除了對(duì)冷凝水的形成和冰凍過(guò)程有抑制作用，對(duì)霜層的生長(zhǎng)過(guò)程也有明顯的抑制作用。汪峰等[54]采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量并對(duì)比了超疏水表面(θ=159.7°)和親水表面(θ=15°)結(jié)霜厚度隨時(shí)間的變化規(guī)律，如圖15所示。由圖15可知，發(fā)現(xiàn)超疏水表面結(jié)霜時(shí)間比親水表面結(jié)霜時(shí)間延遲5 min；實(shí)驗(yàn)60 min時(shí)，超疏水表面霜層高度(0.95 mm)比親水表面(1.73 mm)減少45%；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種表面上結(jié)霜厚度差增大。這是因?yàn)楸鶅鲆旱闻c超疏水表面的接觸面積較小(見圖16)，導(dǎo)致冷表面與冰凍液滴間的熱阻較大，當(dāng)冰凍液滴表面形成霜層后，超疏水表面向霜層表面的傳熱比親水表面難，導(dǎo)致超疏水表面霜層生長(zhǎng)比親水表面慢[54]。

圖15 不同特性表面對(duì)結(jié)霜厚度的影響[54]Fig.15 Comparison of frost thickness on different characteristic surfaces

圖16 不同特性表面冷凝液滴冰凍對(duì)比[54]Fig.16 Comparison of droplets being frozen on different characteristics surfaces

需要注意的是，部分超疏水表面在冷凝過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)疏水失效的現(xiàn)象。這可能與冷凝過(guò)程中表面微結(jié)構(gòu)間隙中的空氣被移除密切相關(guān)。因此，為了避免表面的疏水性失效，有必要研發(fā)性能良好的超疏水表面加工技術(shù)。另外，在不結(jié)霜條件下，關(guān)于超疏水表面與空氣換熱特性方面的研究還較少。

同時(shí)，為防止水橋現(xiàn)象，目前工程應(yīng)用空氣源熱泵的蒸發(fā)換熱器鋁翅片均采用“親水鋁箔”制造?？梢?，要采用超疏水表面改性對(duì)實(shí)際蒸發(fā)器的結(jié)霜過(guò)程進(jìn)行有效抑制，還需結(jié)合換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多種措施進(jìn)行綜合考慮。

5 結(jié)論

本文在對(duì)冷表面結(jié)霜機(jī)理研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)述的基礎(chǔ)上，總結(jié)了影響霜層生長(zhǎng)的各種因素和除霜/抑霜技術(shù)，綜述了3種主要空氣源熱泵除霜方法的研究現(xiàn)狀，分析了改變空氣參數(shù)、換熱器結(jié)構(gòu)和冷表面溫度的抑霜效果，概括了表面改性抑霜技術(shù)的研究進(jìn)展。主要結(jié)論如下：

1)結(jié)霜過(guò)程不僅是一個(gè)氣液固或氣固相變過(guò)程，也是一個(gè)復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過(guò)程；由于受各種因素的相互影響，霜層導(dǎo)熱系數(shù)的精確檢測(cè)較為困難，全面反映其變化的通用模型尚未看到；目前存在的模型多數(shù)依賴于一定工況的實(shí)驗(yàn)值，誤差較大(5%～50%)。

2)針對(duì)逆循環(huán)除霜過(guò)程中存在的能量來(lái)源不足、效率低、除霜不均勻等缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)、模擬及技術(shù)改進(jìn)研究已獲得較大改善。但關(guān)于相變蓄能材料、除霜能量來(lái)源和減輕融霜水流動(dòng)對(duì)除霜特性負(fù)面影響的措施等還有待深入探討。且多回路室外盤管均勻除霜的實(shí)驗(yàn)研究還不夠系統(tǒng)、模型不夠完善。

3)熱氣旁通減輕了逆循環(huán)除霜時(shí)室內(nèi)舒適性惡化的問(wèn)題。但熱氣旁通除霜的熱量全部來(lái)自壓縮機(jī)，除霜時(shí)間較長(zhǎng)，除霜不干凈；當(dāng)霜層較厚且密度較大時(shí)，室內(nèi)環(huán)境會(huì)變差，壓縮機(jī)可靠性會(huì)受到影響。因此，應(yīng)結(jié)合變頻壓縮機(jī)、電加熱、余熱回收、閥門開度等手段進(jìn)一步優(yōu)化。

4)電加熱除霜提高了室內(nèi)舒適性和系統(tǒng)COP，但其除霜效率還偏低，合理的電加熱部件安裝位置尚未提出；對(duì)不同環(huán)境下，電加熱除霜的性能、空氣與霜層和冷表面的傳熱傳質(zhì)機(jī)理等還有待深入研究。

5)冷表面溫度和空氣濕度對(duì)結(jié)霜過(guò)程的影響最顯著。但關(guān)于控制冷表面溫度和空氣濕度來(lái)抑霜的研究還較少。另外，表面疏水或超疏水性處理可有效抑制結(jié)霜過(guò)程，但仍會(huì)出現(xiàn)疏水失效現(xiàn)象，故超疏水性材料和表面加工技術(shù)還有待深入研究。同時(shí)，超疏水表面與空氣換熱特性方面的研究還較少。

綜上所述，對(duì)比除霜方式，與逆循環(huán)和熱氣旁通相比，電加熱除霜可提供較好的室內(nèi)環(huán)境和較高的系統(tǒng)除霜性能。不同除霜方式適合不同地區(qū)和使用場(chǎng)合，需要加強(qiáng)除霜對(duì)舒適性和能耗影響的研究。對(duì)比抑霜技術(shù)，今后應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，結(jié)合改變空氣參數(shù)、表面處理和添加外場(chǎng)等措施，探索霜層形成各個(gè)階段(冷凝水形成、冷凝水冰凍、霜層回融和塌陷等)的抑制效果。