徐斌

摘 要：本文分析了空氣源熱泵的結(jié)霜現(xiàn)象及其對(duì)設(shè)備造成的傷害，簡單總結(jié)了空氣源熱泵除霜方法，以及這些方法存在的問題，提出了降低空氣濕度的思想，探討了解決空氣源熱泵冬季供熱過程中結(jié)霜的問題。在冬季運(yùn)行時(shí)，霜的形成問題降低了空氣源熱泵的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；結(jié)霜；降濕除霜

1 緒論

空氣源熱泵是一種將熱能從低熱量的熱源輸送到高水平熱源的設(shè)備，它也是一項(xiàng)引起全世界關(guān)注的節(jié)能技術(shù)?？諝庠礋岜美每諝庵械臒崃孔鳛榈蜏?zé)嵩?，而我們所生活的地球上空氣是無窮盡的，所以，氣源熱泵的運(yùn)行成本并不是很高。空氣源熱泵可以利用一點(diǎn)點(diǎn)電力能源，壓縮空氣中大量的低溫?zé)崮埽⑵渥優(yōu)楦邷責(zé)崮?，沒有復(fù)雜的和額外的裝置，不存在繁復(fù)的冷卻水管路，并且能源節(jié)約的效果顯著?？諝庠礋岜玫牟僮鬟^程沒有廢水產(chǎn)生，鍋爐的使用并沒有造成污染，為能源使用和環(huán)境保護(hù)之間的共處提供了解決方案和思路，符合當(dāng)今節(jié)能減排和能源科學(xué)利用的現(xiàn)代社會(huì)觀念。與此同時(shí)，空氣源熱泵工作范圍非常寬泛、有著良好的性能、環(huán)境溫度濕度等等指標(biāo)不會(huì)對(duì)其造成影響、占地面積不大、維護(hù)成本也不是很高，種種優(yōu)點(diǎn)使得空氣源熱泵得到各個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用。

針對(duì)空氣源熱泵來講，如今在技術(shù)上較難解決的是冬季作業(yè)中結(jié)霜問題。蒸發(fā)器的結(jié)霜導(dǎo)致了空氣源熱泵的運(yùn)行性能下降和熱交換容量的降低。除霜工藝增加了空氣源熱泵機(jī)組運(yùn)行的不確定性，降低了用戶的體驗(yàn)感。

2 空氣源熱泵結(jié)霜原因

當(dāng)空氣中的水蒸汽溫度低于空氣露點(diǎn)的管和導(dǎo)熱性較強(qiáng)的金屬片接觸時(shí)，在外部空氣熱交換器中發(fā)生相變冰凍的情況。結(jié)霜不只是溫度的作用與表現(xiàn)，當(dāng)溫度非常低的時(shí)候，空氣中的含水率就越低，此時(shí)的結(jié)霜現(xiàn)象也不一定非常劇烈。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看到，當(dāng)氣溫不高于零下5攝氏度，即便相對(duì)濕度不低，空氣中的水分含量只有每公斤兩到三克，這樣水分含量不會(huì)導(dǎo)致劇烈的結(jié)霜問題。

在冰霜形成之初，分布式的冰晶與翅片相似，這種現(xiàn)象就提高傳熱表面的不均勻度和表面積，可以提高傳熱的強(qiáng)度。然而，隨著日積月累，熱交換器的表面逐漸被冰晶覆蓋，形成較厚的一層霜層。霜層內(nèi)部有著微小空隙，而且可能是互相連通的，具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致熱導(dǎo)熱阻的提升，這是影響傳熱效果的主要原因。所以，整個(gè)空氣源熱泵系統(tǒng)傳熱系數(shù)減小，系統(tǒng)傳熱性能下降，對(duì)于電能的利用率也是不斷減少。

3 降濕防結(jié)霜方法

3.1抑制生霜方法

一種提高空氣源熱泵結(jié)霜/除霜周期性能的方法是抑制室外熱交換器表面霜的生長，或者延緩霜的形成。根據(jù)目前統(tǒng)計(jì)的研究數(shù)據(jù)分析來看，主要從四個(gè)方面對(duì)蒸發(fā)器的霜面進(jìn)行了改進(jìn)：

（1）換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。為了減少導(dǎo)熱性較強(qiáng)的金屬片前方邊緣的霜凍，Ogaw a K等科學(xué)家提出了一種通過金屬片分割的方法，來提高結(jié)霜條件下的換熱器性能。有些科學(xué)家對(duì)變螺距換熱器的性能進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)分析，證實(shí)了在熱交換器前排的大直徑金屬片的使用對(duì)降低壓降和增加傳熱效果十分有用。目前，該方法得到越來越試驗(yàn)證明，在實(shí)際中已得到廣泛使用。

（2）導(dǎo)熱性較強(qiáng)的金屬片材表面進(jìn)行涂層處理。金屬片表面涂層可以改變材料表面的吉布斯自由能（free energy），進(jìn)而改善金屬片表面性能，這種材料又可以被分為非極性涂料和極性涂料。

（3）應(yīng)用電場(chǎng)抑制霜的形成。應(yīng)用適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)強(qiáng)度換熱器，由于電場(chǎng)力的影響，霜層的產(chǎn)生和發(fā)展受到限制，霜晶體容易折斷，電力場(chǎng)一般被分為AC電場(chǎng)和DC電場(chǎng)

3.2壓縮和除濕的方法

通過壓縮和冷卻空氣，空氣中的水分可以凝結(jié)成液態(tài)水。冷凝水被排放并加熱以獲得較低的空氣含水率。然而，壓縮除濕法的一個(gè)主要問題是壓縮過程中的功耗過大、能源消耗巨大，不能實(shí)現(xiàn)較大范圍的除濕。這些不足之處限制了壓縮除濕法的應(yīng)用區(qū)間，這種方法并不符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展的社會(huì)要求，碳排放量過于巨大，不適合與自然協(xié)同的發(fā)展前景。

3.3低溫降濕法

低溫降濕法來抑制空氣源熱泵結(jié)霜主要是通過空氣中水分的含量隨空氣溫度的降低而降低的原理，室外空氣通過冷卻器外壁，然后通過表面冷卻盤進(jìn)行降溫。空氣溫度的越來越低，空氣中的水蒸氣含量保持動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。在空氣冷卻到露點(diǎn)溫度之下時(shí)，空氣中的水蒸氣凝結(jié)成水之后流走，凝結(jié)的水被排出之后可以減少空氣中水的絕對(duì)含量，從而達(dá)到除濕的效果。

3.4溶液除濕法

溶液除濕主要是指LiBr溶液等鹽溶液，利用這些溶液吸收了大量的水分。鹽溶液用于吸收空氣中的水蒸氣，從而實(shí)現(xiàn)空氣除濕的效果。除濕系統(tǒng)的主要組成部分是除濕機(jī)、蓄熱器和循環(huán)水泵。除濕器會(huì)將吸收劑噴灑在空氣中?？諝庵械乃謺?huì)被鹽溶液吸收，從而以達(dá)到除濕目的。最后通過循環(huán)水泵將吸收水分的鹽溶液注入到蓄熱器中，通過加熱線圈使加熱的再生空氣與之接觸。鹽溶液中的水分由于熱量蒸發(fā)而蒸發(fā)，與再生空氣一起排出。

4 結(jié)語

（1）反循環(huán)除霜、熱氣體旁路除霜等現(xiàn)有方法不單單會(huì)影響暖通設(shè)備的正常操作，還會(huì)造成能源大規(guī)模消耗，使系統(tǒng)運(yùn)行效率一直處于低位，這種方式除霜效果并不是很好。

（2）使用降低濕度的設(shè)備，減少空氣源熱泵表面空氣濕度，又因?yàn)槁饵c(diǎn)溫度與空氣濕度密切相關(guān)，所以表面換熱器的空氣濕度要低于霜點(diǎn)濕度，這樣就可以防止空氣源熱泵系統(tǒng)從空氣中吸收大量的水分，使得換熱器表面的結(jié)霜現(xiàn)象加重，進(jìn)而使得熱泵的性能收到干擾。雖然有不同大小的空氣除濕方法活躍在不同領(lǐng)域中，但是隨著科技發(fā)展、隨著可研人員進(jìn)一步攻關(guān)，在空氣源熱泵供熱和結(jié)霜的問題上一定會(huì)得到妥善解決，空氣源熱泵的使用范圍和領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)展，使用空間進(jìn)一步擴(kuò)大，使用效率進(jìn)一步提高。

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