空氣源熱泵除霜控制方法研究現(xiàn)狀及展望

王灃浩 馬龍霞 王志華 樓業(yè)春 劉孜璇

(1 西安交通大學(xué)人居環(huán)境與建筑工程學(xué)院 西安 710049；2 西安交通大學(xué)建筑節(jié)能研究中心 西安 710049)

空氣源熱泵因高效、節(jié)能、環(huán)保而被廣泛應(yīng)用，但冬季制熱當(dāng)室外空氣溫度較低且濕度較大時(shí)易出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。結(jié)霜后機(jī)組換熱惡化，供熱量驟減，甚至停機(jī)。因此必須適時(shí)除霜，以保證系統(tǒng)高效運(yùn)行。除霜是利用電流、振動(dòng)等方式在霜層周圍構(gòu)建電場(chǎng)、磁場(chǎng)使霜的結(jié)構(gòu)變得脆弱，易于與室外蒸發(fā)器外表面分離；或在室外蒸發(fā)器表面設(shè)有特殊涂層，使霜不易附著在蒸發(fā)器表面，該技術(shù)也稱為抑霜。還可以通過(guò)電加熱、制冷劑逆循環(huán)、熱氣旁通、相變材料(PCM)蓄能等方法來(lái)化霜。抑霜與除霜方法具體做法如表1所示?？諝庠礋岜迷趯?shí)際除霜時(shí)由于除霜起止點(diǎn)的選擇不當(dāng)所導(dǎo)致的“誤除霜”故障時(shí)有發(fā)生，除霜過(guò)早會(huì)導(dǎo)致除霜操作頻繁，增大功耗；除霜過(guò)晚會(huì)導(dǎo)致機(jī)組制熱量下降，室內(nèi)熱舒適性變差[1]。Wang W.等[2]發(fā)現(xiàn)采用確定的時(shí)間段除霜，近68%的除霜是非必要的，且導(dǎo)致系統(tǒng)COP降低40%以上。Wang W.等[3]還對(duì)兩種典型的“誤除霜”現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，第一種是空氣源熱泵結(jié)霜后一個(gè)多小時(shí)才開始除霜，機(jī)組COP和制熱能力分別降低了17.4%和29%；第二種是空氣源熱泵在運(yùn)行6 h內(nèi)未結(jié)霜而除霜3次，制熱效率下降4.2%。所以，最佳除霜控制點(diǎn)的合理選擇對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定性、節(jié)能性起著關(guān)鍵的作用。本文總結(jié)和分析了現(xiàn)有除霜控制方法，指出現(xiàn)有除霜控制方法的局限性，分別從人工智能除霜控制方法的研究，抑霜技術(shù)與除霜控制方法的結(jié)合，除霜控制方法的評(píng)價(jià)體系方面對(duì)今后的研究方向作出展望。

表1 抑霜和除霜方法Tab.1 Methods of inhibiting frosting and defrosting

1 直接測(cè)量霜厚的除霜控制方法

霜層厚度是影響空氣源熱泵結(jié)霜性能最重要、最直接的因素，若可以準(zhǔn)確測(cè)量，可以為除霜控制點(diǎn)的選擇提供可靠依據(jù)。

1.1 激光測(cè)厚

激光測(cè)厚技術(shù)是利用兩個(gè)激光位移傳感器上下對(duì)射，分別測(cè)量霜層上表面和下表面的位置，通過(guò)計(jì)算得到霜層厚度。激光測(cè)厚的優(yōu)點(diǎn)在于它采用的是非接觸式測(cè)量，相對(duì)接觸式測(cè)厚儀更精準(zhǔn)，且不會(huì)因?yàn)槟p而損失精度。董金锠等[4]用激光測(cè)厚技術(shù)對(duì)蒸發(fā)器的結(jié)霜速率進(jìn)行了實(shí)時(shí)測(cè)定。Qu Kaiyang等[5]通過(guò)激光測(cè)厚儀觀察到，霜層存在緩慢增長(zhǎng)和急劇增長(zhǎng)交替出現(xiàn)的規(guī)律。

1.2 顯微成像

顯微成像技術(shù)是通過(guò)顯微攝相機(jī)獲取結(jié)霜高清二維圖像，再利用圖像處理技術(shù)對(duì)結(jié)霜圖像進(jìn)行處理，輸出霜層厚度的方法。吳曉敏等[6]利用放大倍數(shù)為175的顯微鏡頭，觀測(cè)到結(jié)霜并非簡(jiǎn)單的水蒸氣凝華過(guò)程，而是經(jīng)歷了水珠生成、長(zhǎng)大、凍結(jié)、霜晶生成和成長(zhǎng)的多姿多態(tài)的過(guò)程。Wang Chichuan等[7]利用顯微攝像機(jī)觀察霜分子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在有電場(chǎng)干擾時(shí)霜分子被拉向電極，細(xì)且脆弱。

1.3 探針測(cè)微儀

探針測(cè)微儀測(cè)霜層厚度技術(shù)是利用探針與霜層表面間的原子發(fā)生相互作用，掃描獲得霜層三維圖像的方法。張海英等[9]利用CSMP2000掃描探針顯微鏡觀測(cè)鋁和銅表面的結(jié)霜過(guò)程，發(fā)現(xiàn)鋁表面較銅表面光潔度好，霜沉降量小。M.Fossa等[10]利用探針測(cè)微儀研究霜層生長(zhǎng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)霜層厚度的最大值一般出現(xiàn)在空氣相對(duì)濕度較大的地方。

1.4 光-電轉(zhuǎn)換

光-電轉(zhuǎn)換是通過(guò)輸出電壓感應(yīng)光強(qiáng)變化，當(dāng)光束沒有被霜層阻擋(無(wú)霜時(shí))輸出低電壓；若光束被霜層阻擋(有霜時(shí))輸出高電壓，整個(gè)過(guò)程以光為媒介實(shí)現(xiàn)電-光-電的轉(zhuǎn)換與傳輸。J.S.Byun等[11]利用光電傳感器進(jìn)行除霜控制研究，發(fā)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換方法比時(shí)間除霜控制法制熱量高5.5%；在霜層對(duì)室外蒸發(fā)器盤管的覆蓋率小于45%時(shí)除霜效率最高。Ge Yijing等[12]提出了利用管狀光電傳感器的除霜控制方法，并通過(guò)研究表明應(yīng)在室外換熱器表面大部分已被霜覆蓋，壓縮機(jī)吸氣溫度降低9 ℃，排氣溫度提高16 ℃，制熱量下降30%時(shí)開始除霜。

1.5 圖像處理

利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行除霜控制的過(guò)程包括，結(jié)霜圖像采集、目標(biāo)區(qū)域設(shè)置、灰度分析、邊緣確定、霜層厚度輸出。韓勇等[13-14]利用圖像處理技術(shù)研究除霜控制點(diǎn)，引入室外換熱器翅片表面結(jié)霜程度系數(shù)P，并以P為0.5和0.08做為除霜啟停的判定條件。

直接測(cè)量霜層厚度的除霜控制方法充分利用了結(jié)霜時(shí)霜層先緩慢生長(zhǎng)后急劇增長(zhǎng)的規(guī)律，根據(jù)霜層厚度變化判斷空氣源熱泵運(yùn)行特性，確定除霜的起始點(diǎn)，各方法的特點(diǎn)如表2所示。該方法精確度較高，但易受操作空間、環(huán)境條件、造價(jià)等因素制約，難以應(yīng)用于實(shí)際工程。

表2 直接測(cè)量霜層厚度的除霜控制方法Tab.2 Defrost control methods for measuring frost thickness directly

2 間接監(jiān)測(cè)結(jié)霜程度的除霜控制方法

間接監(jiān)測(cè)結(jié)霜程度的除霜控制方法是通過(guò)監(jiān)測(cè)空氣溫度、濕度等結(jié)霜因素的變化，判斷結(jié)霜程度，確定除霜的起始點(diǎn)；通過(guò)蒸發(fā)溫度、制熱量等機(jī)組性能指標(biāo)變化判斷除霜程度，確定除霜的結(jié)束點(diǎn)。

2.1 基于結(jié)霜因素

1)定時(shí)除霜控制法

定時(shí)除霜控制法是通過(guò)固定壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間和除霜時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行除霜控制，通常每60～90 min為一個(gè)除霜周期[15]。定時(shí)除霜法一般考慮了最惡劣的天氣情況，因此無(wú)霜除霜故障時(shí)有發(fā)生。Song Mengjie等[16]根據(jù)空氣源熱泵在不同結(jié)霜量下的機(jī)組性能(圖1)，對(duì)定時(shí)除霜控制進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)結(jié)霜量為933 g時(shí)開始除霜，除霜效率最高。

圖1 結(jié)霜量、除霜效率隨時(shí)間的變化[16]Fig.1 The variation of frosting quantity and defrosting efficiency with time[16]

2)溫度除霜控制法

溫度除霜控制法是通過(guò)監(jiān)測(cè)蒸發(fā)器表面溫度及其變化率確定除霜起止點(diǎn)的方法。M.H.Kim等[17]基于溫度除霜控制法，定性測(cè)量蒸發(fā)器表面溫度的變化趨勢(shì)，通過(guò)有效質(zhì)量流分?jǐn)?shù)(假設(shè)流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣只有一部分被冷卻，其余維持進(jìn)口溫度)進(jìn)行除霜控制，發(fā)現(xiàn)溫度法比定時(shí)法誤除霜率誤差減少了40%。Song Mengjie等[18]為了確定最佳的除霜結(jié)束管壁溫度，采用逆循環(huán)除霜方法對(duì)一個(gè)多回路室外制冷劑循環(huán)的空氣源熱泵機(jī)組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)得室外制冷劑出口管壁最低溫度如圖2所示。將整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間用5個(gè)階段6個(gè)節(jié)點(diǎn)表示，并通過(guò)分析對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)翅片表面溫度、壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間、盤管表面入口和出口溫度等，得出除霜結(jié)束時(shí)管壁溫度范圍為20～25 ℃，22 ℃左右最佳。

圖2 室外制冷劑出口管壁最低溫度[18]Fig.2 Minimum temperature of outdoor refrigerant outlet wall[18]

3)溫度-時(shí)間除霜控制方法(T-T)

單獨(dú)基于時(shí)間或溫度的除霜控制方法可能會(huì)導(dǎo)致在室外蒸發(fā)器表面未結(jié)霜或微結(jié)霜時(shí)除霜，在必要時(shí)卻不進(jìn)行除霜。溫度-時(shí)間(Temperature-Time，T-T)除霜控制方法是根據(jù)室外換熱器盤管表面溫度和壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間兩個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行除霜控制。王偉等[19]利用T-T法對(duì)5組空氣源熱泵進(jìn)行除霜實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相同工況，5組機(jī)組均存在最佳除霜周期；在不同結(jié)霜工況，機(jī)組的最佳除霜周期會(huì)發(fā)生變化。朱佳鶴等[20]對(duì)北京地區(qū)利用T-T法進(jìn)行除霜控制的空氣源熱泵進(jìn)行了連續(xù)60天的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)在此期間測(cè)試機(jī)組共除霜1 737次，其中1 211次為無(wú)霜除霜，有效供熱量損失占總供熱量的3.5%。

4)溫差-時(shí)間除霜控制法

溫差-時(shí)間除霜控制方法的提出緣于機(jī)組在冬季制熱時(shí)室外盤管換熱器內(nèi)的制冷劑和室外空氣之間會(huì)保持一定的溫差。盤管表面結(jié)霜后，進(jìn)風(fēng)溫度和盤管溫度差值增大，當(dāng)該溫差達(dá)到機(jī)組溫差設(shè)定值且距上一次的除霜間隔也已達(dá)到設(shè)定值，機(jī)組進(jìn)入除霜模式。當(dāng)盤管溫度上升至設(shè)定值或除霜時(shí)間達(dá)到設(shè)定的最長(zhǎng)除霜時(shí)間時(shí)除霜結(jié)束。

5)溫度-濕度-時(shí)間除霜控制方法(T-H-T)

溫度-濕度-時(shí)間(Temperature-Humidity-Time,T-H-T)除霜控制法是在T-T法的基礎(chǔ)上考慮了室外空氣濕度對(duì)結(jié)霜的影響。首先需要確定機(jī)組運(yùn)行工況所在的結(jié)霜區(qū)域，然后根據(jù)結(jié)霜圖譜[21](圖3)推薦的不同結(jié)霜區(qū)域?qū)?yīng)的除霜時(shí)間確定除霜起始點(diǎn)，通過(guò)蒸發(fā)器盤管表面溫度變化確定除霜結(jié)束點(diǎn)。王偉等[22]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比T-H-T和T-T除霜控制方法，發(fā)現(xiàn)T-H-T能有效避免誤除霜，并使機(jī)組COP提升12%。Zheng Xuejing等[23]將T-H-T與圖像處理技術(shù)結(jié)合，提出了溫度-濕度-圖像處理(Temperature-Humidity-Image，T-H-I)除霜控制方法，用結(jié)霜系數(shù)P表征結(jié)霜程度，P=0.3除霜開始，P=0.05除霜結(jié)束。

圖3 空氣源熱泵結(jié)霜區(qū)域圖[21]Fig.3 Frosting map for air source heat pump[21]

6)空氣壓差除霜控制法

結(jié)霜時(shí)，室外換熱器的空氣流通阻力隨著霜層厚度的增加而增大，相應(yīng)的換熱器進(jìn)出風(fēng)口的壓差增大。Y.Chung等[24]實(shí)驗(yàn)研究了壓差傳感器除霜控制法的可行性，發(fā)現(xiàn)壓差傳感器的最佳位置為5和6點(diǎn)的平均值(圖4所示為室外蒸發(fā)器側(cè)視圖及壓差傳感器位置)，利用壓差除霜控制法的除霜時(shí)間均方根誤差為6.4%，制熱量均方根誤差為5.1%，且該方法對(duì)換熱器和風(fēng)機(jī)規(guī)格相差較小的不同空氣源熱泵具有很好的適應(yīng)性。

圖4 室外蒸發(fā)器側(cè)視圖及壓差傳感器位置[24]Fig.4 Outdoor evaporator side view and position of differential pressure sensor[24]

2.2 基于機(jī)組性能指標(biāo)變化

1)最大平均制熱量、平均性能最優(yōu)

在一個(gè)制熱周期(制熱時(shí)間τ+除霜時(shí)間τd)內(nèi)，B時(shí)刻內(nèi)的平均供熱量為累計(jì)供熱量(面積OAB)與時(shí)間B的比值，所以在平均制熱量最大的點(diǎn)(D點(diǎn))除霜可以保證機(jī)組有最大的平均制熱能力[25](圖5所示為空氣源熱泵平均制熱量變化)。該方法理論意義較強(qiáng)，但機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行時(shí)平均制熱量最大的點(diǎn)很難確定。邢震等[26]提出了一種基于平均性能最優(yōu)的空氣源熱泵除霜控制方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量分析了空氣源熱泵在整個(gè)結(jié)除霜循環(huán)中的總耗功、總制熱量以及平均COP的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)空氣源熱泵機(jī)組選擇以性能惡化點(diǎn)作為除霜開始時(shí)刻時(shí)，系統(tǒng)在整個(gè)結(jié)除霜循環(huán)中平均COP達(dá)到最大。

圖5 空氣源熱泵平均制熱量變化[25]Fig.5 Variation of average heat of air source heat pump[25]

2)制冷劑過(guò)熱度除霜控制法

空氣源熱泵結(jié)霜后，制冷劑從空氣側(cè)吸收的熱量減少，室外換熱器內(nèi)制冷劑氣態(tài)飽和點(diǎn)向室外換熱器出口移動(dòng)，導(dǎo)致制冷劑過(guò)熱區(qū)減小，出口制冷劑過(guò)熱度(由室外換熱器出口處制冷劑壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度和制冷劑溫度計(jì)算)得到降低。Jiang Yiqiang等[27]提出了一種基于制冷劑過(guò)熱度的除霜控制方法，為了驗(yàn)證該控制方法的有效性，進(jìn)行了模擬結(jié)霜和除霜工況的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用制冷劑過(guò)熱度除霜控制方法可以實(shí)現(xiàn)在熱泵機(jī)組運(yùn)行性能迅速惡化之前啟動(dòng)除霜，更為合理。

上述間接監(jiān)測(cè)結(jié)霜程度的除霜控制方法的特點(diǎn)如表3所示，該方法無(wú)需專門測(cè)量霜層厚度的附加設(shè)備，僅通過(guò)影響結(jié)霜的因素和結(jié)霜后機(jī)組的制熱量、性能等的變化可以判斷結(jié)霜情況。從最早的機(jī)械式定時(shí)除霜控制法，到考慮環(huán)境溫度和濕度、制冷劑過(guò)熱度等參數(shù)變化的控制方法提出，學(xué)者們對(duì)除霜控制方法的研究愈發(fā)深入。我國(guó)幅員遼闊、區(qū)域之間的氣候差異大，且目前市場(chǎng)商用空氣源熱泵大多采用該方法，以溫度-時(shí)間控制法最為普遍，但空氣源熱泵設(shè)備規(guī)格不一，除霜控制方法的除霜起止條件設(shè)定值與室外氣象參數(shù)、設(shè)備規(guī)格(如換熱器大小)的關(guān)系值得被關(guān)注，以提高該方法的氣候適用性和設(shè)備適用性。

表3 間接監(jiān)測(cè)結(jié)霜程度的除霜控制方法Tab.3 Defrosting control method for indirect monitoring of frosting degree

3 基于智能算法的除霜控制方法

隨著科技的進(jìn)步，除霜控制方法也日趨智能化，基于智能算法的除霜控制方法是輸入室外空氣溫度、濕度、壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間等變量，通過(guò)一定的算法和除霜控制規(guī)則輸出除霜控制條件，控制除霜?jiǎng)幼鞯膯⑼！?/p>

3.1 自修正

自修正除霜控制方法是通過(guò)輸入變量(最小熱泵工作時(shí)間等)，根據(jù)提前設(shè)定好的除霜控制規(guī)則輸出除霜結(jié)果并評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)除霜控制規(guī)則進(jìn)行自修正，如模糊自修正、溫差自修正。該方法是在間接監(jiān)測(cè)結(jié)霜程度除霜控制方法的基礎(chǔ)上通過(guò)智能算法實(shí)現(xiàn)自校正的一種智能化除霜控制方法。王鐵軍等[28]在不同環(huán)境條件下對(duì)比溫差法和模糊自修正方法，發(fā)現(xiàn)模糊自修正除霜控制技術(shù)對(duì)環(huán)境有廣泛的適應(yīng)性和良好的工作性能。曾曉程等[29]也表示，溫差自修正除霜控制方法已應(yīng)用于揚(yáng)子空調(diào)器公司的24、48、72匹空氣能熱泵冷熱水機(jī)組和全部熱泵型空調(diào)器產(chǎn)品，在性能優(yōu)化和能效等級(jí)提升中產(chǎn)生積極效果。

3.2 模糊智能控制

模糊智能除霜控制方法是將表征結(jié)霜程度和除霜情況的參數(shù)(室外空氣溫濕度、壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間)等作為輸入變量，通過(guò)對(duì)輸入變量的模糊化處理及模糊推理后，根據(jù)除霜效果判斷模糊控制規(guī)則是否合適，若不合適修改規(guī)則。如此周期性不斷循環(huán)，最大限度保證除霜系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行狀況進(jìn)行適時(shí)除霜。江樂新等[30]設(shè)計(jì)了空氣源熱泵熱水機(jī)組模糊除霜控制除霜方案，從輸入量模糊化模塊、模糊推理模塊、除霜控制模塊、除霜監(jiān)控、規(guī)則調(diào)整模塊等方面對(duì)模糊除霜控制器進(jìn)行了深入研究。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，模糊除霜控制有助于空氣源熱泵熱水機(jī)組除霜性能的改進(jìn)和提升。胡斌等[31]采用智能除霜技術(shù)，通過(guò)分析環(huán)境溫度、蒸發(fā)溫度、回水溫度的變化特點(diǎn)，智能分區(qū)，精確選擇合適的除霜方案，確保除霜效果的同時(shí)最大程度減小對(duì)末端供熱的影響。

3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行除霜控制，是通過(guò)設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量，建立基于某種算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)霜量、除霜時(shí)長(zhǎng)、除霜間隔等預(yù)測(cè)模型，以此確定除霜起止點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)合理的除霜自動(dòng)控制。申江等[32]將室外空氣物性參數(shù)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量，建立基于BP算法訓(xùn)練的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)霜量預(yù)測(cè)模型，并利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練與測(cè)試，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值非常接近。王偉等[33]采用廣義人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)方法，建立空氣源熱泵名義制熱量損失系數(shù)的預(yù)測(cè)模型，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)模型相關(guān)系數(shù)大于0.9，期望偏差百分?jǐn)?shù)小于6.5%，模型學(xué)習(xí)訓(xùn)練效果及通用能力表現(xiàn)良好。

基于智能算法的除霜控制方法是一種人工基于智能算法的空氣源熱泵結(jié)霜故障診斷和除霜預(yù)測(cè)方法，特點(diǎn)如表4所示。該方法的關(guān)鍵在于控制邏輯制定是否合理，根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)得到的控制邏輯有一定的局限性和片面性，若根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)置控制邏輯又存在工作量太大的問(wèn)題。市場(chǎng)上商用空氣源熱泵一般都設(shè)置有智能除霜模式，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)誤除霜現(xiàn)象屢見不鮮，如今大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，利用人工智能技術(shù)優(yōu)化除霜控制方法的研究亟待深入研究。

表4 基于智能算法的除霜控制方法Tab.4 Defrosting control methods based on intelligent algorithm

4 優(yōu)化的除霜控制方法

隨著人們對(duì)空氣源熱泵除霜控制方法研究的不斷深入，還有很多除霜控制方法被提出。Y.Chung等[34]提出通過(guò)結(jié)霜量預(yù)測(cè)蒸發(fā)器體積堵塞率來(lái)確定除霜開始時(shí)間的方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了預(yù)測(cè)結(jié)果的真實(shí)性，同時(shí)表明該方法在非均勻霜層分布下具有很好的魯棒性。Li Zhaoyang等[35]提出在空氣源熱泵制熱量結(jié)霜損失系數(shù)最小時(shí)開始除霜能效最大。Qu Minglu等[36]提出對(duì)基于熱能存儲(chǔ)的逆循環(huán)除霜空氣源熱泵，當(dāng)?shù)蜏匮h(huán)的壓縮機(jī)頻率控制在90 Hz，高溫循環(huán)的膨脹閥開度在80%時(shí)除霜效果最好。林金煌等[37]提出了基于室內(nèi)熱舒適的除霜控制法，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在室外溫度為-5 ℃、相對(duì)濕度為80%時(shí)采用該方法，相比定時(shí)法和溫差-時(shí)間法室內(nèi)溫降平均減小1～2 ℃。黃智強(qiáng)等[38]提出可以通過(guò)對(duì)比除霜后蒸發(fā)器表面不同區(qū)域感溫包的差值來(lái)判斷除霜是否徹底。這些方法的提出實(shí)際上是對(duì)前述除霜控制方法的優(yōu)化，表5所示為幾種優(yōu)化的除霜控制方法的除霜判定依據(jù)及判定基礎(chǔ)。恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)體系可以提升不同除霜控制方法在不同區(qū)域及不同設(shè)備的除霜控制效果，現(xiàn)有除霜控制方法均側(cè)重于判定除霜的一個(gè)參數(shù)而非多個(gè)參數(shù)，且未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，因此以除霜耗能、機(jī)組穩(wěn)定性、室內(nèi)人體熱舒適度為評(píng)價(jià)指標(biāo)的除霜控制方法評(píng)價(jià)體系亟待提出。

表5 其他除霜控制方法Tab.5 Other defrosting control methods

5 結(jié)論

本文總結(jié)分析了現(xiàn)有空氣源熱泵除霜控制方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了今后空氣源熱泵除霜控制方法的研究方向，主要結(jié)論如下：

1)直接測(cè)量霜層厚度的方法可以直觀監(jiān)測(cè)結(jié)霜程度，精度較高，但易受到操作空間、造價(jià)等因素制約，難以應(yīng)用于空氣源熱泵機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行；間接監(jiān)測(cè)結(jié)霜程度的除霜控制方法因操作簡(jiǎn)單、無(wú)需額外附屬設(shè)備在空氣源熱泵中廣泛應(yīng)用，以溫度-時(shí)間法最普遍，今后應(yīng)重點(diǎn)研究不同區(qū)域除霜開始及結(jié)束時(shí)蒸發(fā)器翅片溫度等參數(shù)設(shè)定值的取值范圍，以及該設(shè)定值與空氣源設(shè)備種類(如換熱器大小等)的關(guān)系，以提高除霜控制方法對(duì)區(qū)域和品牌的適用性；基于智能算法的除霜控制方法需要充足且正確的訓(xùn)練樣本才能制定準(zhǔn)確的除霜控制邏輯，如今大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，利用人工智能技術(shù)進(jìn)行除霜控制方法的研究亟待深入。

2)抑霜因無(wú)能耗或能耗小而備受關(guān)注，若能從源頭抑制或延緩結(jié)霜，將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)空氣源熱泵的發(fā)展。應(yīng)通過(guò)改變換熱器形狀、結(jié)構(gòu)，在換熱器表面敷設(shè)防結(jié)霜涂層等方法抑制霜的形成，結(jié)合合理的除霜控制方法，實(shí)現(xiàn)除霜次數(shù)最少、除霜能耗最低、機(jī)組穩(wěn)定性最高，同時(shí)能保證室內(nèi)熱舒適。

3)適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)體系可以提升不同除霜控制方法在不同區(qū)域及不同設(shè)備的除霜控制效果。建議提出以一個(gè)除霜周期內(nèi)除霜耗能、機(jī)組穩(wěn)定性、室內(nèi)人體熱舒適度為評(píng)價(jià)指標(biāo)的除霜控制方法評(píng)價(jià)體系，以實(shí)現(xiàn)除霜控制效果最大化和經(jīng)濟(jì)化。