分段化霜在家用分體空調(diào)上的應(yīng)用研究

邵英

（珠海格力電器股份有限公司制冷技術(shù)研究院 廣東珠海 519070）

1 引言

目前空調(diào)采用的化霜方式以逆循環(huán)化霜為主，化霜時(shí)為防止室內(nèi)有冷風(fēng)吹出會(huì)將室內(nèi)風(fēng)機(jī)關(guān)閉，造成室內(nèi)制熱的不連續(xù)，由于要向室內(nèi)側(cè)取熱，因此不僅降低了制熱周期的制熱量，同時(shí)也降低了人體的熱舒適性。

熱氣旁通化霜是將壓縮機(jī)的高溫排氣旁通一部分到室外換熱器進(jìn)行融霜，融霜熱量來(lái)源于壓縮機(jī)，無(wú)需向室內(nèi)取熱，室內(nèi)溫度波動(dòng)較逆循環(huán)化霜小，但化霜時(shí)室內(nèi)供熱仍然是間斷的，在旁通量過(guò)大或低溫的情況下，還存在壓縮機(jī)液擊的危險(xiǎn)，因此限制了其大面積的應(yīng)用。

空氣融霜是冷庫(kù)上采用的一種融霜方法，利用高于霜溫的空氣，通過(guò)翅片間的空隙，從霜的外部加熱霜，融霜同時(shí)不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但受空氣溫度高低的限制，一般只要空氣溫度高于3℃就可使用[1]。

本文將室外換熱器分成上下兩部分，制熱和化霜同時(shí)進(jìn)行，保證室內(nèi)有持續(xù)的供熱，化霜采用熱氣旁通化霜和空氣融霜兩種方法，對(duì)化霜效果、室內(nèi)制熱效果及對(duì)系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

利用一套32機(jī)進(jìn)行改裝，改后系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1。

截止閥主要用于控制流路的通斷，電子膨脹閥用于調(diào)節(jié)旁通流量的大小。電子膨脹閥規(guī)格為16D32。

室外換熱器采用單排Ф7，中部空余一排孔未穿管，一根過(guò)冷管，排氣引入點(diǎn)位于過(guò)冷管出口兩流路的入口處。

分段化霜時(shí)各閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)如下：

1）熱氣旁通分段化霜：

上部融霜：關(guān)閉截止閥3，打開(kāi)截止閥1，調(diào)節(jié)電子膨脹閥1的開(kāi)度確定最適合的融霜開(kāi)度，融霜完畢后各閥全部打開(kāi)。

下部融霜：關(guān)閉截止閥4，打開(kāi)截止閥2，調(diào)節(jié)電子膨脹閥2的開(kāi)度確定最適合的融霜開(kāi)度，融霜完畢后各閥全部打開(kāi)。

2）空氣融霜分段化霜：

上部融霜：截止閥1、電子膨脹閥1保持關(guān)閉，關(guān)閉截止閥3，進(jìn)行融霜，融霜結(jié)束后打開(kāi)截止閥3。

下部融霜：截止閥2、電子膨脹閥2保持關(guān)閉，關(guān)閉截止閥4，進(jìn)行融霜，融霜結(jié)束后打開(kāi)截止閥4。

為保證化霜過(guò)程中室內(nèi)的持續(xù)供熱，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中室內(nèi)外風(fēng)機(jī)均不關(guān)閉。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 熱氣旁通實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)工況選擇最容易結(jié)霜的惡劣化霜實(shí)驗(yàn)工況：20/-，0/0。由于上部化霜后融霜水會(huì)流到下部的霜層上形成冰，加大下部化霜的難度，因此在實(shí)驗(yàn)中均采用先下部后上部的化霜順序。

3.1.1 采用Ф6旁通管

原機(jī)排氣管采用Ф6管，為防止旁通流量過(guò)大，旁通管采用Ф6。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將支路上的截止閥全部打開(kāi)，逐步調(diào)節(jié)電子膨脹閥開(kāi)度，開(kāi)度較小時(shí)化霜慢并且化不干凈，無(wú)法進(jìn)行連續(xù)的化霜。最后將開(kāi)度加大到500B時(shí)才能勉強(qiáng)進(jìn)行3個(gè)化霜周期，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表1可以看出，選擇開(kāi)度500B的熱氣旁通，即使運(yùn)行15分鐘就進(jìn)行第一次化霜，化霜時(shí)間仍比較長(zhǎng)，下部3分鐘，上部6分鐘，且上部化6分鐘后仍不是非常干凈；又運(yùn)行7分鐘后進(jìn)行第二次化霜，下部還是3分鐘，上部6分鐘化霜時(shí)間，下部的U型過(guò)冷管結(jié)冰，上部有余霜化不凈；第三次運(yùn)行20分鐘后化霜，下部需要6分鐘，上部需要18分鐘，化霜太長(zhǎng)，沒(méi)等上部化霜干凈，下部又結(jié)了很厚的霜層。分析產(chǎn)生如上現(xiàn)象的原因有兩個(gè)：本身旁通的制冷劑流量過(guò)?。ㄅ酝ü軓降脑颍┖碗娮优蛎涢y的閥孔內(nèi)徑過(guò)小造成的節(jié)流損失浪費(fèi)了一部分熱量，針對(duì)如上兩個(gè)原因分別進(jìn)行取消電子膨脹閥和增大旁通管徑的方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

表1 Ф6旁通管熱氣旁通分段化霜參數(shù)表

表2 Ф6旁通管取消電子膨脹閥熱氣旁通分段化霜參數(shù)表

3.1.2 采用Ф6旁通管取消電子膨脹閥

用Ф6的短管代替電子膨脹閥，實(shí)驗(yàn)中采用截止閥打開(kāi)不同圈數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入旁通支路的制冷劑量，看此方案是否可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化霜，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

通過(guò)表2可以看出，取消電子膨脹閥后旁通流量有所增加，化霜時(shí)間有所減少，可以實(shí)現(xiàn)4個(gè)連續(xù)的化霜周期，在開(kāi)2圈到2.5圈的時(shí)候（截止閥需要4.5圈全部打開(kāi)/關(guān)閉），基本可以實(shí)現(xiàn)化霜干凈，但底部的過(guò)冷管仍有冰殘留。說(shuō)明電子膨脹閥的使用確實(shí)會(huì)造成一部分節(jié)流損失，導(dǎo)致所需旁通流量加大。

3.1.3 采用Ф9.52旁通管

僅將旁通管由Ф6改為Ф9.52，截止閥和電子膨脹閥位置不變，利用截止閥控制通斷，電子膨脹閥調(diào)節(jié)流量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

采用Ф9.52旁通管后，旁通流量明顯加大，電子膨脹閥開(kāi)度在150B左右即可完成化霜，并且化霜時(shí)間短，底部過(guò)冷管的霜也可以化掉，但化霜時(shí)的出風(fēng)溫度較Ф6旁通管時(shí)降低了約2～3℃,，化霜時(shí)的吸氣溫度也較Ф6旁通管時(shí)提高了7～8℃，說(shuō)明旁通流量還是有些偏大，犧牲了一些室內(nèi)的制熱量。結(jié)合前面的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可知，Ф9.52旁通管加電子膨脹閥的方案并未達(dá)到最優(yōu)的調(diào)節(jié)，還存在優(yōu)化的空間，可從降低熱損失的角度，嘗試采用Ф7或Ф8的旁通管配合大口徑閥的方案。

1）化霜效果圖

表3 Ф9.52旁通管熱氣旁通分段化霜參數(shù)表

表5 熱氣旁通分段化霜能力參數(shù)

兩個(gè)化霜周期后，化霜前、完成下部化霜、全部結(jié)束化霜的效果圖見(jiàn)表4。

2）制熱能力與出風(fēng)溫度

用150B/250B的開(kāi)度組合進(jìn)行熱氣旁通分段化霜實(shí)驗(yàn)，2個(gè)小時(shí)內(nèi)的制熱能力及出風(fēng)溫度分別見(jiàn)表5和圖2。

由表5可以看出，熱氣旁通分段化霜的制熱量和能效比還是比較高的。由圖2可以看出，采用熱氣旁通的化霜方式室內(nèi)出風(fēng)溫度波動(dòng)比較小，說(shuō)明熱氣旁通化霜方式室內(nèi)溫度場(chǎng)較均勻，室內(nèi)更舒適。因此，可以得出，室外0/0℃工況下，采用Ф9.52旁通管配合電子膨脹閥化霜，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的化霜周期，膨脹閥開(kāi)度組合在下部化霜150B、上部化霜250B的情況下較優(yōu)。適當(dāng)調(diào)節(jié)旁通管徑和電子膨脹閥大小的組合可在化霜效果和室內(nèi)出風(fēng)溫度間取得一個(gè)平衡點(diǎn)。

3.2 空氣融霜實(shí)驗(yàn)

考慮到空氣融霜不適合在低溫及結(jié)霜量較大的工況下使用，本實(shí)驗(yàn)采用室外2/1℃工況，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6共進(jìn)行四次實(shí)驗(yàn)，每次運(yùn)行時(shí)間20分鐘，第一次與第二次霜很快化干凈，運(yùn)行時(shí)間非常短，從第三次化霜開(kāi)始，化霜速度明顯減慢，分析原因可能是前兩次化霜時(shí)間短，霜雖然已經(jīng)化完，但仍殘留一部分的水分未蒸發(fā)完全，運(yùn)行中殘留的水結(jié)成冰晶，增加了后續(xù)化霜的難度。但表6能充分說(shuō)明采用空氣融霜方案在室外工況2/1℃時(shí)是可行的。

表6 空氣融霜分段化霜參數(shù)表

表7 空氣融霜分段化霜能力參數(shù)

空氣融霜分段化霜與逆循環(huán)化霜制熱能力與出風(fēng)溫度對(duì)比分別見(jiàn)表7、圖3。

由表7可以看出，熱氣旁通分段化霜的制熱量和能效比還是比較高的。由圖3可以看出，采用熱氣旁通的化霜方式室內(nèi)出風(fēng)溫度波動(dòng)比較小，說(shuō)明熱氣旁通化霜方式室內(nèi)溫度場(chǎng)較均勻，室內(nèi)更舒適。

4 結(jié)論

通過(guò)不同化霜方案的試驗(yàn)測(cè)試，可以得出如下結(jié)論：

1）分段化霜可實(shí)現(xiàn)化霜時(shí)室內(nèi)的連續(xù)供熱，室內(nèi)溫度波動(dòng)較逆循環(huán)化霜小；

2）熱氣旁通分段化霜在室外工況0/0℃、運(yùn)行時(shí)間為15～20min的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運(yùn)行四個(gè)化霜周期，且化霜效果較好；

3）熱氣旁通分段化霜中旁通管徑和閥的使用會(huì)增加熱量損失，導(dǎo)致所需旁通流量加大。實(shí)驗(yàn)中采用Ф9.52旁通管和16電子膨脹閥化霜效果較好，但出風(fēng)溫度偏低約29℃，存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間，可嘗試采用Ф7或Ф8的旁通管配合大口徑閥的方案；

4）熱氣旁通分段化霜的化霜效果和室內(nèi)出風(fēng)溫度是一個(gè)矛盾體，應(yīng)用中需在兩者之間進(jìn)行取舍和平衡；

5）空氣融霜分段化霜在室外工況2/1℃、運(yùn)行時(shí)間為20min的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運(yùn)行四個(gè)化霜周期，且化霜效果較好；

6）過(guò)冷管部分采用換熱器上的融霜水進(jìn)行融霜，因此在進(jìn)行多個(gè)化霜周期后會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象，難于化干凈，因此分段除霜不適合用在有過(guò)冷管的換熱器上，但可作為一種輔助的化霜方法，用于提高能力和能效比。

[1]王斌,李曉虎等.空氣融霜系統(tǒng)介紹.第七屆全國(guó)食品冷藏鏈大會(huì)論文集.青島,2010.

[2]石文星,李先庭,邵雙全.房間空調(diào)器熱氣旁通法除霜分析及實(shí)驗(yàn)研究.制冷學(xué)報(bào),2000,(2):29-35.

[3]黃東,袁秀玲,陳蘊(yùn)光.風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組熱氣旁通除霜與逆循環(huán)除霜的性能比較.中國(guó)制冷學(xué)會(huì)2005年制冷空調(diào)學(xué)術(shù)年會(huì),中國(guó),2005:408-414.