Foodjx导读：空气源热泵处于冬季制热工况,当热源侧换热器表面的温度低于空气露点温度且低于0℃时,换热器表面可能会结霜。不少学者对除霜进行了研究,如空气除霜、电热除霜和热气除霜等。笔者提出一种新的除霜方式以供选择。
　　
　　1·原理
　　
　　制热时,从冷凝器出来的制冷剂仍有较高的温度。对于冷热风机组来说,一般不低于32℃（20℃进风,40℃冷凝温度）;对于冷热水机组来说,一般不低于40℃（热水进水40℃）。而结霜的蒸发温度低于0℃。制冷剂经冷凝器进入蒸发器这一段有较大的显热可以用来除霜。正常的制冷剂循环是1—2—3—4—1（见图1）。
　　　　如果使状态点3的制冷剂直接进入蒸发器的结霜部位,并过冷到点5,再节流到点6,进入蒸发器,蒸发到点1,进入压缩机压缩到点2,进入冷凝器冷凝到点3,这构成了附加过冷除霜的制热循环。
　　
　　2·计算分析
　　
　　先计算制冷剂过冷放出的热量能否满足化霜需要的热量。
　　
　　R22制冷剂质量流量以1kg/s计算。
　　
　　因空气结霜的可能范围为-12.8℃
　　
　　按图1,用于除霜的热量为
　　
　　qf=h3-h5（1）
　　
　　式中:h3和h5分别为点3和点5对应的焓值（kJ/kg）。按照假设条件,点3和点5对应的温度分别为32℃和20℃。使用软件Solkane5.0计算得h3=239.35kJ/kg,h5=224.29kJ/kg,因此
　　
　　qf=239.35-224.29=15.06（2）
　　
　　蒸发器中的蒸发热量为qo=h1-h6（3）式中:h1和h6分别为点1和点6对应的焓值（kJ/kg）。蒸发器中制冷剂和空气的平均对数温差按10℃计算,则计算制冷剂的蒸发温度为-7.4℃。设制冷剂的蒸发过热度为11℃,用Solkane5.0计算得h1=415.13kJ/kg。节流前后焓值不变:h5=h6,代入式（3）得
　　
　　qo=145.13-224.29=190.84（4）
　　
　　使用“天正暖通7.5”计算标准大气压下空气状态参数为:
　　
　　hr=18.76kJ/kg干空气
　　
　　dr=5.14g/kg干空气
　　
　　hc=9.44kJ/kg干空气
　　
　　dc=3.77g/kg干空气
　　
　　式中:hr和dr分别为蒸发器入口处的焓值和含湿量;hc和dc分别为蒸发器出口处的焓值和含湿量。R22流量为1kg/s时所对应的蒸发器风量为：
　　　　蒸发器在0℃以上时,其中的水分就开始析出,但在往下流的过程中不断被冷却。设其在流到水盘之前已经结霜,结霜量为
　　
　　m=g（dr-dc）（6）
　　
　　水的凝固热为qs=335kJ/kg[2],对应R22流量为1kg/s时所需的融霜热量为
　　
　　qm=335m/1000（7）
　　
　　将相关数值代入式（5）~式（7）得
　　
　　qm=9.397kJ/kg（8）
　　
　　比较式（2）与式（8）得qf>qm,即制冷剂的过热量足以融化蒸发器表面的霜。
　　
　　3·系统流程
　　
　　图2为一个有4个流程的翅片式换热器除霜系统。　　制热时,4个电磁阀（L,M,N和P）只打开一个,由换热器（此时为冷凝器）出来的液态制冷剂,从打开的电磁阀进入翅片换热器进行过冷放热除霜,再进入与打开电磁阀所对应的气液分离器（E,F,G或H）。从气液分离器出液口出来的制冷剂进入集液管J,再经节流阀R进入分配器K,经过单向阀进入余下的a,b,c和d中的3个管路进入蒸发器蒸发,气态制冷剂进入对应的气液分离器,然后从出气口汇集到集气管I。
　　
　　如果电磁阀P打开,L,M和N关闭,则从换热器出来的液态制冷剂,从管路d进入翅片换热器的下部进行融霜,从p管路进入气液分离器H,从出液口出来经过单向阀由管路r进入集液管J,再经过节流阀R进入分配器K,因管路v中的单向阀关闭,故节流后的制冷剂经管路s,t和u流过单向阀,分别从管路a,b和c进入翅片换热器,蒸发后的气体分别从管路e,h和m进入气液分离器E,F和G,并从其出气口分别经管路g,k和o汇集到集气管I。
　　
　　制冷时,4个电磁阀全部打开,高温气态制冷剂经气液分离器E,F,G和H,从管路e,h,m和p进入翅片换热器。冷凝后的液态制冷剂经管路a,b,c和d,电磁阀L,M,N和P进入节流阀S,减压后的制冷剂进入换热器,再经过四通换向阀回到压缩机。
　　
　　制冷电磁阀的价格比较昂贵,可用价格比较便宜的四通换向阀与单向阀的组合来代替。图2中的气液分离器既要可靠工作,又不能太昂贵,可以按图3所示结构设计、制造。
　　　　制热时,处于过冷管路的气液分离器,过冷液体从混合管进入分离器。活塞在弹簧的弹力和浮力的双重作用下向上移动并密封气管,液体从底部液管流出;处于翅片换热器蒸发回路中的气液分离器,蒸发后的制冷剂气体从混合管进入,活塞的重力大于弹簧与气体浮力的合力,活塞下移并密封底部液管,气体从顶部气管流出。
　　
　　制冷时,从压缩机出来的制冷剂气体从顶部气管进入,此时活塞处于底部并密封液管,气体从混合管流出进入翅片式换热器。
　　
　　4·特点
　　
　　与其他除霜型式相比,笔者所提出的系统有以下特点:
　　
　　1）在正常制热的同时进行除霜,不影响采暖。
　　
　　2）除霜时虽然蒸发器的蒸发换热面积有所减小,使制热量有降低的趋势,但过冷度的增加将减少节流后的气体闪发量,使液态制冷剂比重加大,增加吸热量,从而弥补换热面积的减小带来的制热量损失。
　　
　　3）通过设置不同电磁阀开启时间的长短,可以更好地适应翅片换热器在不同环境、不同部位的除霜需求。
　　
　　4）除霜不需要任何其他能量。
　　
　　5）设置在微霜时,就将霜除掉,从而使机组在无霜状态下运行。
　　
　　5·结束语
　　
　　制冷剂过冷所放出的热量远大于除霜需要的热量,制冷剂过冷除霜过程具有其自身的特点,是一种可选用的新的除霜方式。