蓄熱除霜在空調系統中的應用

珠海格力電器股份有限公司 趙 亮

廣東科學技術職業學院機器人學院 鄭婉君

在空調系統制熱過程中，當室外換熱器表面溫度低于0℃，且低于空氣的露點溫度時，室外換熱器表面的水蒸氣會冷凝結霜。通過大數據統計發現，傳統空調系統化霜過程室內溫度降低2～7℃，平均下降4.5℃，化霜過程溫度波動大，用戶舒適性差。蓄熱除霜技術是近年來應用于空調系統的新技術，該技術能有效解決空調化霜過程的舒適性問題，現本文對蓄熱除霜技術做一下闡述。

冬季在寒冷地區，尤其是在低溫高濕地區，空調制熱運行時室外機經常會結霜，結霜后為了保證機組的正常運行，通常過一段時間就會進行一次化霜運行。化霜過程中，因為是反向制冷化霜，室內蒸發器變為低溫從室內吸熱，為了避免吹冷風，室內的風機一般會停止運行，這樣就造成了室內溫度的波動。通過大數據統計發現，傳統空調系統化霜過程室內溫度降低2～7℃，平均下降4.5℃，化霜過程溫度波動大，用戶舒適性差。結霜和化霜過程嚴重影響制熱效果和舒適性，該過程能耗高，該問題屬于行業難題。蓄熱除霜技術是近年來應用于空調系統的新技術，該技術能有效解決空調化霜過程的舒適性問題，現本文對蓄熱除霜技術做一下闡述。

1 蓄熱除霜的原理

以多聯機空調系統為例，蓄熱模塊作為一個選配件，和室內機并聯安裝。蓄熱模塊和室內機一樣，有氣管和液管與外機相連，其中液管上有節流裝置，控制蓄熱模塊中的冷媒流量。制冷模式下，蓄熱模塊上的節流裝置關閉，蓄熱模塊不起到任何作用，也不影響內機的正常運行。制熱模式分為兩個階段，蓄熱過程及蓄熱化霜過程。蓄熱過程，室內機正常制熱的同時，蓄熱模塊節流裝置打開，蓄熱材料被高溫高壓的冷媒加熱，當蓄熱材料達到設定溫度時，就會關閉節流裝置。蓄熱化霜過程，室內機的節流裝置關閉，冷媒僅在蓄熱模塊中流動，低溫冷媒通過吸收蓄熱模塊中的熱量蒸發，然后經壓縮機給外機換熱器化霜。采用蓄熱除霜的優點主要有兩個，一個是化霜過程冷媒不在室內機流動，所以化霜過程室內機不會從房間吸熱，使房間急劇降溫，另一個是化霜時間短，由于蓄熱材料在蓄熱過程吸收了大量的熱，并保持了一個較高的溫度，所以化霜過程可以較快的加熱冷媒用于化霜。

2 蓄熱材料的選用

蓄熱材料的選用會直接影響蓄熱模塊的性能，影響化霜時間和房間舒適度，影響生產使用成本和環保性。蓄熱材料的選用需要滿足家庭的實用性及經濟性需求，用于空調的蓄熱材料需要具備以下特點：第一，要求材料相變潛熱高，儲能密度大，這樣才能使蓄熱模塊小型化，避免蓄熱模塊體積過大，實際使用安裝不便或不美觀的情況。第二點，蓄熱材料的相變溫度要合適，相變過程可逆性好，由于通常情況下制熱空調的高壓側溫度在50℃左右，低溫工況下高壓側溫度更低，所以要求蓄熱材料相變溫度不能太高。第三，蓄熱材料的導熱系數要高，導熱系數高就意味著換熱快，蓄熱過程短，能量損失小，化霜過程時間短，室內溫度波動小。第三，要滿足環保要求，蓄熱材料要求物理、化學性質穩定，材料無毒、無腐蝕、無污染。第四，蓄熱材料的經濟性，蓄熱材料來源廣、成本低，才能在人們的日常生活中大規模推廣應用。

相變蓄熱材料根據熔點，可分為低溫相變材料（100℃以下）、中溫相變材料（100-250℃）、高溫相變材料（250℃以上）。由于空調系統高壓溫度的限制，用于空調系統的相變蓄熱材料一般為低溫相變材料。

根據相變材料類型，蓄熱材料可分為無機相變材料，有機相變材料，復合相變材料。各類材料的優缺點如表1所示。

表1 蓄熱材料的優缺點

3 蓄熱模塊的結構形式

用于空調的蓄熱模塊一般有內置式和外置式，內置式的蓄熱模塊在空調機內部，外置式的蓄熱模塊一般作為空調機組配件，通常安裝在室內側，安裝方法和風管式室內機類似，吊裝于天花內，但是無需接風管，也不需要人為操控。

蓄熱模塊一般分為換熱器、蓄熱材料、節流裝置和電控部件四個部分。換熱器和空調內機類似，可以采用管翅式，也可以采用微通道式，換熱器的結構需要考慮和蓄熱材料的充分換熱。蓄熱材料填充于換熱器周圍，并使用容器密封。節流裝置一般使用電子膨脹閥，用于控制冷媒流量。電控部件主要用于采集蓄熱模塊的進出管溫度，并通過管溫判斷蓄熱模塊的狀態，再根據需求控制電子膨脹閥開度調節模塊中冷媒的流量。

外置式的蓄熱模塊根據機組的容量，可單獨使用，也可以多個模塊并聯使用。并聯的模塊越多，儲存的能量也越大，化霜過程可吸收的熱量越多，化霜效果也越好。

4 蓄熱模塊的控制方法

蓄熱模塊的控制指的是蓄熱模塊的流量分配，冷媒流量分配策略優劣直接決定了制熱效果、蓄熱過程和化霜的效果。如果蓄熱模塊流量過大，那么普通制熱內機的流量就會不足，造成制熱能力差；如果蓄熱模塊流量太小，那么會造成蓄熱效率低，化霜效果差，達不到預期的效果。蓄熱模塊的流量控制要綜合考慮制熱效果及化霜效果。

正常制熱模式下，當蓄熱材料的溫度達到預期要求之后，就減小蓄熱模塊中的冷媒流量以節約能源，同時增強內機制熱效果。當需要化霜時，就控制冷媒流量已達到最佳的換熱效果，使化霜既快又徹底。

5 蓄熱模塊的設計要點

蓄熱模塊作為一種新型的空調系統的舒適性配件，具有較高的市場推廣價值。一般來說，蓄熱模塊的設計應當遵循以下原則：

（1）選取的蓄熱材料應當具備良好的傳熱性能，由于化霜過程時間短，蓄熱模塊應當在短時間內將自身的熱量迅速的傳遞到換熱器，才能保證化霜迅速又徹底，真正達到舒適性的目的；

（2）蓄熱器需要具備易加工性的特點，生產成本不能太高，生產工藝簡單，成本低的產品才容易在市場中推廣應用，人們才更容易接受；

（3）蓄熱模塊設計的體積不能太大，應當具備安裝的便捷性。因為蓄熱模塊需要安裝于空調機組內部或安裝于用戶房間內，模塊外形太大不利于安裝，也影響美觀。

結束語：采用蓄熱除霜的空調機組在低溫工況下具備良好的制熱性能，可以有效的提高低溫制熱量，減小化霜過程中室溫的波動，該技術可廣泛應用于北方地區或是冬冷夏熱地區，在高濕地區的效果應該尤為明顯。該技術目前已在多聯機系統上應用，并且已有相關產品面市，該技術的應用具有良好的發展前景。