蓄熱除霜在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

珠海格力電器股份有限公司 趙 亮

廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)器人學(xué)院 鄭婉君

在空調(diào)系統(tǒng)制熱過程中，當(dāng)室外換熱器表面溫度低于0℃，且低于空氣的露點溫度時，室外換熱器表面的水蒸氣會冷凝結(jié)霜。通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)化霜過程室內(nèi)溫度降低2～7℃，平均下降4.5℃，化霜過程溫度波動大，用戶舒適性差。蓄熱除霜技術(shù)是近年來應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)的新技術(shù)，該技術(shù)能有效解決空調(diào)化霜過程的舒適性問題，現(xiàn)本文對蓄熱除霜技術(shù)做一下闡述。

冬季在寒冷地區(qū)，尤其是在低溫高濕地區(qū)，空調(diào)制熱運(yùn)行時室外機(jī)經(jīng)常會結(jié)霜，結(jié)霜后為了保證機(jī)組的正常運(yùn)行，通常過一段時間就會進(jìn)行一次化霜運(yùn)行?；^程中，因為是反向制冷化霜，室內(nèi)蒸發(fā)器變?yōu)榈蜏貜氖覂?nèi)吸熱，為了避免吹冷風(fēng)，室內(nèi)的風(fēng)機(jī)一般會停止運(yùn)行，這樣就造成了室內(nèi)溫度的波動。通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)化霜過程室內(nèi)溫度降低2～7℃，平均下降4.5℃，化霜過程溫度波動大，用戶舒適性差。結(jié)霜和化霜過程嚴(yán)重影響制熱效果和舒適性，該過程能耗高，該問題屬于行業(yè)難題。蓄熱除霜技術(shù)是近年來應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)的新技術(shù)，該技術(shù)能有效解決空調(diào)化霜過程的舒適性問題，現(xiàn)本文對蓄熱除霜技術(shù)做一下闡述。

1 蓄熱除霜的原理

以多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)為例，蓄熱模塊作為一個選配件，和室內(nèi)機(jī)并聯(lián)安裝。蓄熱模塊和室內(nèi)機(jī)一樣，有氣管和液管與外機(jī)相連，其中液管上有節(jié)流裝置，控制蓄熱模塊中的冷媒流量。制冷模式下，蓄熱模塊上的節(jié)流裝置關(guān)閉，蓄熱模塊不起到任何作用，也不影響內(nèi)機(jī)的正常運(yùn)行。制熱模式分為兩個階段，蓄熱過程及蓄熱化霜過程。蓄熱過程，室內(nèi)機(jī)正常制熱的同時，蓄熱模塊節(jié)流裝置打開，蓄熱材料被高溫高壓的冷媒加熱，當(dāng)蓄熱材料達(dá)到設(shè)定溫度時，就會關(guān)閉節(jié)流裝置。蓄熱化霜過程，室內(nèi)機(jī)的節(jié)流裝置關(guān)閉，冷媒僅在蓄熱模塊中流動，低溫冷媒通過吸收蓄熱模塊中的熱量蒸發(fā)，然后經(jīng)壓縮機(jī)給外機(jī)換熱器化霜。采用蓄熱除霜的優(yōu)點主要有兩個，一個是化霜過程冷媒不在室內(nèi)機(jī)流動，所以化霜過程室內(nèi)機(jī)不會從房間吸熱，使房間急劇降溫，另一個是化霜時間短，由于蓄熱材料在蓄熱過程吸收了大量的熱，并保持了一個較高的溫度，所以化霜過程可以較快的加熱冷媒用于化霜。

2 蓄熱材料的選用

蓄熱材料的選用會直接影響蓄熱模塊的性能，影響化霜時間和房間舒適度，影響生產(chǎn)使用成本和環(huán)保性。蓄熱材料的選用需要滿足家庭的實用性及經(jīng)濟(jì)性需求，用于空調(diào)的蓄熱材料需要具備以下特點：第一，要求材料相變潛熱高，儲能密度大，這樣才能使蓄熱模塊小型化，避免蓄熱模塊體積過大，實際使用安裝不便或不美觀的情況。第二點，蓄熱材料的相變溫度要合適，相變過程可逆性好，由于通常情況下制熱空調(diào)的高壓側(cè)溫度在50℃左右，低溫工況下高壓側(cè)溫度更低，所以要求蓄熱材料相變溫度不能太高。第三，蓄熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)要高，導(dǎo)熱系數(shù)高就意味著換熱快，蓄熱過程短，能量損失小，化霜過程時間短，室內(nèi)溫度波動小。第三，要滿足環(huán)保要求，蓄熱材料要求物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，材料無毒、無腐蝕、無污染。第四，蓄熱材料的經(jīng)濟(jì)性，蓄熱材料來源廣、成本低，才能在人們的日常生活中大規(guī)模推廣應(yīng)用。

相變蓄熱材料根據(jù)熔點，可分為低溫相變材料（100℃以下）、中溫相變材料（100-250℃）、高溫相變材料（250℃以上）。由于空調(diào)系統(tǒng)高壓溫度的限制，用于空調(diào)系統(tǒng)的相變蓄熱材料一般為低溫相變材料。

根據(jù)相變材料類型，蓄熱材料可分為無機(jī)相變材料，有機(jī)相變材料，復(fù)合相變材料。各類材料的優(yōu)缺點如表1所示。

表1 蓄熱材料的優(yōu)缺點

3 蓄熱模塊的結(jié)構(gòu)形式

用于空調(diào)的蓄熱模塊一般有內(nèi)置式和外置式，內(nèi)置式的蓄熱模塊在空調(diào)機(jī)內(nèi)部，外置式的蓄熱模塊一般作為空調(diào)機(jī)組配件，通常安裝在室內(nèi)側(cè)，安裝方法和風(fēng)管式室內(nèi)機(jī)類似，吊裝于天花內(nèi)，但是無需接風(fēng)管，也不需要人為操控。

蓄熱模塊一般分為換熱器、蓄熱材料、節(jié)流裝置和電控部件四個部分。換熱器和空調(diào)內(nèi)機(jī)類似，可以采用管翅式，也可以采用微通道式，換熱器的結(jié)構(gòu)需要考慮和蓄熱材料的充分換熱。蓄熱材料填充于換熱器周圍，并使用容器密封。節(jié)流裝置一般使用電子膨脹閥，用于控制冷媒流量。電控部件主要用于采集蓄熱模塊的進(jìn)出管溫度，并通過管溫判斷蓄熱模塊的狀態(tài)，再根據(jù)需求控制電子膨脹閥開度調(diào)節(jié)模塊中冷媒的流量。

外置式的蓄熱模塊根據(jù)機(jī)組的容量，可單獨(dú)使用，也可以多個模塊并聯(lián)使用。并聯(lián)的模塊越多，儲存的能量也越大，化霜過程可吸收的熱量越多，化霜效果也越好。

4 蓄熱模塊的控制方法

蓄熱模塊的控制指的是蓄熱模塊的流量分配，冷媒流量分配策略優(yōu)劣直接決定了制熱效果、蓄熱過程和化霜的效果。如果蓄熱模塊流量過大，那么普通制熱內(nèi)機(jī)的流量就會不足，造成制熱能力差；如果蓄熱模塊流量太小，那么會造成蓄熱效率低，化霜效果差，達(dá)不到預(yù)期的效果。蓄熱模塊的流量控制要綜合考慮制熱效果及化霜效果。

正常制熱模式下，當(dāng)蓄熱材料的溫度達(dá)到預(yù)期要求之后，就減小蓄熱模塊中的冷媒流量以節(jié)約能源，同時增強(qiáng)內(nèi)機(jī)制熱效果。當(dāng)需要化霜時，就控制冷媒流量已達(dá)到最佳的換熱效果，使化霜既快又徹底。

5 蓄熱模塊的設(shè)計要點

蓄熱模塊作為一種新型的空調(diào)系統(tǒng)的舒適性配件，具有較高的市場推廣價值。一般來說，蓄熱模塊的設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：

（1）選取的蓄熱材料應(yīng)當(dāng)具備良好的傳熱性能，由于化霜過程時間短，蓄熱模塊應(yīng)當(dāng)在短時間內(nèi)將自身的熱量迅速的傳遞到換熱器，才能保證化霜迅速又徹底，真正達(dá)到舒適性的目的；

（2）蓄熱器需要具備易加工性的特點，生產(chǎn)成本不能太高，生產(chǎn)工藝簡單，成本低的產(chǎn)品才容易在市場中推廣應(yīng)用，人們才更容易接受；

（3）蓄熱模塊設(shè)計的體積不能太大，應(yīng)當(dāng)具備安裝的便捷性。因為蓄熱模塊需要安裝于空調(diào)機(jī)組內(nèi)部或安裝于用戶房間內(nèi)，模塊外形太大不利于安裝，也影響美觀。

結(jié)束語：采用蓄熱除霜的空調(diào)機(jī)組在低溫工況下具備良好的制熱性能，可以有效的提高低溫制熱量，減小化霜過程中室溫的波動，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于北方地區(qū)或是冬冷夏熱地區(qū)，在高濕地區(qū)的效果應(yīng)該尤為明顯。該技術(shù)目前已在多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)上應(yīng)用，并且已有相關(guān)產(chǎn)品面市，該技術(shù)的應(yīng)用具有良好的發(fā)展前景。