空氣源熱泵融霜控制過程的改進(jìn)思考

郭冰　閆涵

摘 要：文章在分析空氣源熱泵融霜性能的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)改進(jìn)空氣源熱泵融霜控制過程的重要性，提出了一種新的融霜判別條件與過程，實(shí)現(xiàn)了對傳統(tǒng)“時間-溫度-壓力”融霜控制過程的優(yōu)化，納入了對空氣濕度變化因素的考量，達(dá)到了空氣源熱泵融霜控制升級的效果。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵;融霜控制;空氣濕度變化

當(dāng)前，空氣源熱泵得到廣泛應(yīng)用，低溫型空氣源熱泵的開發(fā)進(jìn)一步拓展了空氣源熱泵的應(yīng)用領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，室外側(cè)換熱器的結(jié)霜特性、融霜控制過程為空氣源熱泵的使用難點(diǎn)。為了促使空氣源熱泵發(fā)揮出更好性能，對其融霜控制過程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)極為必要，以獲取更大的市場份額，實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級。

1 ? ?空氣源熱泵融霜性能的分析

第一，結(jié)霜?？梢詫⒔Y(jié)霜進(jìn)一步細(xì)化為結(jié)晶生長期、霜層生長期、霜層充足生長期。當(dāng)前對結(jié)霜過程的研究相對較多，例如，霜在經(jīng)過“生長-融化-再生長”的過程后，其密度會有所增大;有霜情況下的換熱率更低，普遍比無霜狀態(tài)下的換熱率低17%[1]。

第二，抑霜。當(dāng)前，常用的抑霜方法包括：室外換熱器設(shè)-用-備;蒸發(fā)器表面處理;壓縮機(jī)的使用（活塞式壓縮機(jī)的抑霜效果更好，且能夠推動制冷劑質(zhì)量流量的增高）;調(diào)整翅片結(jié)構(gòu);調(diào)節(jié)制冷劑流量等。

第三，除霜。目前，相對常見的除霜方法包括：風(fēng)量調(diào)節(jié)除霜法、蓄能裝置除霜法、室內(nèi)外雙傳感器除霜法、模糊智能控制除霜法、逆循環(huán)除霜法、熱氣旁通除霜法等。

誠然，這些方法實(shí)現(xiàn)了空氣源熱泵融霜性能的優(yōu)化，但是并未從本質(zhì)上解決除霜問題，空氣源熱泵融霜控制過程的改進(jìn)優(yōu)化值得重點(diǎn)探究。

2 ? ?空氣源熱泵融霜控制過程

2.1 ?“時間-溫度-壓力”融霜控制過程

就當(dāng)前的情況來看，空氣源熱泵的融霜控制普遍依托對時間、溫度以及壓力3項參數(shù)進(jìn)行綜合控制完成，具體流程：進(jìn)入融霜條件判斷狀態(tài)后：（1）判定翅片溫度與融霜時間間隔是否滿足設(shè)定值，若不滿足，則進(jìn)入直接進(jìn)入正常制熱狀運(yùn)行狀態(tài);若滿足，則進(jìn)行下一步判斷。（2）判定機(jī)組是否進(jìn)入融霜控制的工況，并檢查各個安全保護(hù)信號的良好程度，若發(fā)存在故障，立即停機(jī)并顯示故障;若正常，則進(jìn)入下一步判斷。（3）判定翅片溫度、除霜時間、冷凝壓力是否滿足融霜終止設(shè)定值，若不滿足融霜結(jié)束條件，返回上一操作再次判斷;若滿足，則可以確定融霜結(jié)束，機(jī)組進(jìn)入正常制熱狀態(tài)運(yùn)行。

上述過程主要依托換熱器表面溫度作為判定依據(jù)，但是在實(shí)際運(yùn)行中，換熱器的表面溫度存在不均勻的現(xiàn)象，因此，無法真實(shí)、準(zhǔn)確地表現(xiàn)出空氣含濕量對結(jié)霜情況的影響，最終導(dǎo)致空氣源熱泵的制熱效率、融霜控制難以達(dá)到理想水平[2]。基于此，展開空氣源熱泵融霜控制過程的優(yōu)化是必然選擇。

2.2 ?融霜判別條件的改進(jìn)

對融霜判別條件進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，能夠避免除霜誤動作的發(fā)生，也能夠解決需要較長時間才能進(jìn)入融霜狀態(tài)（融霜時間過長）的問題。在本次空氣源熱泵融霜控制過程的改進(jìn)中，筆者提出了如下融霜判別流程：對融霜結(jié)束時進(jìn)出口空氣狀態(tài)、蒸發(fā)壓力等參數(shù)進(jìn)行采集與保存;展開進(jìn)出換熱器的露點(diǎn)溫度、空氣含濕量、凝華溫度的參數(shù)計算;明確空氣含濕量差值;對融霜需要時長、翅片表面溫度、蒸發(fā)溫度與環(huán)境溫度的差值進(jìn)行計算與判定，若不滿足融霜結(jié)束條件，返回?fù)Q熱器多項參數(shù)的計算環(huán)節(jié);若滿足，則可以確定融霜結(jié)束，進(jìn)入融霜控制過程。

在改進(jìn)后的融霜判別過程中，融入了對空氣濕度變化因素的考量，能夠影響室外側(cè)換熱器結(jié)霜性能。在“明確空氣含濕量差值”環(huán)節(jié)中，使用的計算公式如下：

換熱器外表面溫度高于0℃時

換熱器外表面溫度低于或等于0℃時

式中，Q（t）代表空氣流量，單位為m3/s;D（t）代表換熱器進(jìn)出口空氣含濕量的差值，單位為g/kg干空氣;ρ（t）代表空氣平均密度，單位為kg/m3;Wt代表從空氣中析出的水蒸氣累加質(zhì)量，單位為kg;t代表時間，單位為s。

利用上述計算公式能夠獲取空氣含濕量差值的累加值，實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵融化霜層時需要的熱量值計算。依托空氣源熱泵的運(yùn)行情況、室外實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，可以獲取空氣源熱泵在轉(zhuǎn)入融霜運(yùn)行狀態(tài)時能夠提供的熱量值。在融霜運(yùn)行狀態(tài)下，對比固定時間內(nèi)得到的兩項熱量值（融霜時需要的熱量值、轉(zhuǎn)入融霜狀態(tài)時能夠提供的熱量值），發(fā)現(xiàn)所得兩熱量值處于平衡狀態(tài)，空氣源熱泵能夠轉(zhuǎn)入融霜運(yùn)行狀態(tài)，且在固定時間內(nèi)完成融霜。

相比于傳統(tǒng)的“時間-溫度-壓力”融霜控制過程，本文的融霜判別優(yōu)化條件能夠更好地保證空氣源熱泵進(jìn)入正確的融霜運(yùn)行狀態(tài)，明顯降低了誤入融霜狀態(tài)的概率。同時，可以完成空氣溫度與換熱器表面溫度差值、蒸發(fā)溫度與換熱器表面溫度差值的計算與判別，進(jìn)一步保證了空氣源熱泵融霜控制的準(zhǔn)確性。當(dāng)兩項差值均達(dá)到設(shè)定值時，空氣源熱泵進(jìn)入融霜狀態(tài)。

3 ? ?結(jié)語

綜上所述，“時間-溫度-壓力”融霜控制過程使得空氣源熱泵的制熱效率、融霜控制難以達(dá)到理想水平，展開融霜控制優(yōu)化有極高的現(xiàn)實(shí)價值。對融霜判別條件進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，融入對空氣濕度變化因素的考量，實(shí)現(xiàn)了誤入融霜狀態(tài)概率的降低，解決了融霜時間過長的問題，推動了空氣源熱泵融霜性能的提升。

[參考文獻(xiàn)]

[1]任宗垟，吳先應(yīng)，范軒，等.變頻空氣源熱泵結(jié)霜特性及除霜優(yōu)化實(shí)驗研究[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2019（11）：6-10.

[2]牛建會，馬國遠(yuǎn)，許樹學(xué)，等.多臺室外機(jī)并聯(lián)輪換除霜空氣源熱泵的實(shí)驗研究[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019（8）：787-792.

作者簡介：郭冰（1987— ），女，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，碩士;研究方向：制冷設(shè)備，熱泵研發(fā)。