房間空調器除霜方式的探討

黃科華，徐東峰

（1.江蘇正飛建設有限公司；2.泰州市城市建設投資有限公司，江蘇泰州 225300）

房間空調器除霜方式的探討

黃科華1，徐東峰2

（1.江蘇正飛建設有限公司；2.泰州市城市建設投資有限公司，江蘇泰州 225300）

分析了當前房間空調器的除霜方式，指出了存在的問題，并提出了解決方案。經試驗驗證，該方案可以減少25%的化霜次數，提高低溫制熱效果。

除霜方式；低溫制熱量

當風冷式熱泵空調器制熱運行時，蒸發盤管的表面溫度低于被冷卻空氣的露點溫度，空氣中的水蒸汽必然經歷一個從氣態到固態的相變過程，以較疏松的冰晶層形式堆積在換熱器表面上，形成霜層。在結霜的初期，由于冰晶體使傳熱表面變得粗糙并增大了換熱面積，結霜過程放出的潛熱有利于換熱系數的提高，傳熱得到改善[1]。但是，隨著霜層的加厚，換熱器熱阻增加，且換熱器空氣流通面積變窄，空氣流量減少，風阻加大，風機功率增加，結果換熱器換熱能力大幅度下降。如果不及時除霜，整機的運行性能及效率將大大降低。對于小型房間空調器而言，在環溫較低時，機組因為結霜、除霜帶來的熱量損失占總制熱量的15%以上。因而，如何及時、有效、快速地進行除霜，是提高房間空調器低溫制熱性能的重要因素。

除霜控制的技術關鍵在于解決兩個問題：（1）在適當霜層厚度的時候進行進入除霜控制，并在恰當的時候退出除霜模式，做到制熱量最大，損失最小；（2）有效、快速地進行除霜，減少除霜時間⑵。據此，對房間空調器的除霜控制模式及其效果進行探討。

1 現行除霜方式

1.1 定時除霜

定時除霜為最原始的除霜方式，目前多用于冷庫等大型冷凍裝置，工作原理是在規定的時間內進入化霜模式[2]。其最大的優點是結構簡單，成本低，可靠性高。缺點是不能夠根據實際的使用條件、霜層厚度進行準確判斷，熱損失大，屬于機械式化霜，對于房間空調器是不適宜的。

1.2 室外換熱器溫度與制熱時間控制除霜

室外換熱器的盤管管溫的檢測是由設在盤管上的溫度傳感器完成，傳感器可以是機械式溫包或熱敏電阻，時間值由定時器完成。具體的溫度和時間值根據不同的系統由試驗確定，這是當前較常用的除霜模式。

制熱運行后計時器開始工作，達到設定時間t≥t設后再檢測換熱器管溫，若管溫低于設定溫度，即t管≤t設，則進入化霜模式，否則不進行化霜。該模式只有設定時間和換熱器管溫同時滿足條件后才能進入化霜模式。

這種化霜模式設計簡單，但存在一個問題，當達到設定時間后，即便霜層不足以影響制熱效果，甚至沒有霜層，但由于管溫達到設定溫度，化霜條件成立，仍進行化霜，這樣導致化霜次數增加，浪費能量。特別對于低溫制熱工況，由于低溫環境，空氣相對濕度并不高，霜層少有積累，這種情況將尤為嚴重。在試驗中發現，機組在-7℃以下，環境較為干燥，室外冷凝器不易結霜，但由于管溫達到設定溫度，機組每45分鐘化霜一次，其化霜的次數基本接近定時化霜方式。圖1、圖2為在不同的環境溫度條件下進化霜時的室內出風溫度的變化曲線，由圖1曲線看，機組因室外結霜，室內溫度下降，制熱量下降，進入化霜，由圖2曲線看，機組室內溫度未出現下降趨勢，制熱量正常，室外并未結霜的情況下，由于化霜條件成立而進入化霜，給低溫制熱量帶來較大的損失。

2 新化霜模式

2.1 室外雙傳感器配合模式

為解決室外低溫、低濕度條件下進入條件誤判的問題，設計了一種新的檢測流程，增加室外環境溫度傳感器，通過實驗建立室外環境溫度與蒸發盤管化霜溫度的對應關系，根據不同的室外溫度確定不同的管溫來判斷室外霜層的厚度。通過檢測外界空氣Tb和室外換熱器管溫Ta來確定是否處于結霜范圍之內或結霜范圍之外。當溫度條件處于結霜范圍之內，且達到設定時間后才開始除霜。對應關系見圖3。

此方法多用一只室外溫度傳感器，但是結霜的檢測比較準確，可以有效的解決化霜判斷的死區，減少除霜次數，提高制熱效率。在程控上實現比較簡單，除霜的檢測、判斷可靠。

2.2 根據室內換熱器確定除霜模式

除霜的最終目的是解決室外換熱器效率降低而帶來的制熱量降低問題。試驗表明系統正常情況下的機組，制熱量與室外換熱器效率存在單一關聯，即室外換熱器結霜，導致效率降低，制熱量下降，而在室內風量一定情況下，制熱量又可以用進出風溫度的差值來表征。考慮到目前國內外的小型房間空調器基本上都沒有測量出風溫度的傳感器，室內出風溫度和室內換熱器的管溫存在一定的聯系，室內管溫下降的程度即反映了室外換熱器的結霜程度，可以使用室內管溫來代替室內出風溫度。制熱運行后，檢測進風溫度和室內管溫，作為判斷結霜的輸入條件，這是一種間接檢測方法，但是更能準確反映結霜狀態和對制熱量的需求。其理論上可行，難點在于兩個方面：（1）控制條件復雜，需要進行大量的實驗來確定判斷條件的普遍性，并對一些特殊條件進行修正；（2）如何準確判斷霜層是否化盡，并及時退出除霜模式，需要大量實驗，進行模糊決策。

通過大量實驗確認，設立室內溫度變化的基準值△Tjz，制熱運行后，隨著結霜的進行，霜層加厚，換熱能力下降，室內管溫下降，實時檢測室內管溫變化值△T，

當△T/△Tjz小于設定值時，進入除霜模式。△T/△Tjz的設定值根據實驗確定。

當室內溫度（20℃/15℃）室外溫度（-4℃）情況下，按目前常見的除霜模式，除霜周期為49分鐘，其中除霜時間4分鐘，而新的根據室內換熱器溫度確定的除霜模式除霜周期為68分鐘，其中除霜時間45分鐘。兩種方法相比：新除霜模式設計的空調器在低溫情況下更準確的反映了結霜狀況，減少化霜次數25%以上，增加了低溫制熱量。

3 結論

（1）準確判定機組的結霜情況需要充分考慮室外的濕度狀況，現行的除霜模式在低溫、低濕條件下單一使用室外管溫來判斷可能造成無謂化霜，降低制熱效果。

（2）提出使用室內管溫間接判斷結霜狀況的方法，經實驗驗證在低溫狀況下可以減少25%的化霜次數，增強制熱效果，提高低溫制熱量。

[1]余寧.通風與空調系統安裝[M].北京:中國建筑工業出版社,2006.

[2]徐榮晉.暖通空調設備工程師實務手冊[M].北京:機械工業出版社,2006.

Discussing the Defrosting Mode of Room AirConditioner

HUANG Ke-hua1,XU Dong-feng2
(JiangsuZhengfeiEngineeringEonstructionCO.,LTD,TaizhouJiangsu225300,China)

This article analyzed the defrostingmode of room air-conditioner,had pointed out the existence question,and proposed the solution.Thisplanmay reduce the defrosting number,improve theheating capacity in the low temperature.

defrost;heating capacity in the low temperature

TM925.1

B

1671-0142（2011）03-0113-02

黃科華（1980-），男，江蘇常州人.助理工程師.

（責任編輯 施 翔）