空氣能熱泵除霜方法

霜層的產生和露的形成機理相似，都是空氣遇到冷表面層時，冷表面層周圍空氣的飽和蒸汽分壓下降，空氣濕度提升，造成 水分從空氣中析出而產生；對于空氣能熱泵，當室外換熱器表面溫度低過周圍空氣露點溫度，而高過水的三相溫度時，空氣中的水蒸氣會在其表面層導致液態凝固并附在上面，這樣就產生了霜層。當空氣能熱泵在結霜工況下工作時，換熱器氣溫差異增大，壓縮機排氣溫度上升，空氣能熱泵機組功耗提升，所以，結霜會嚴重影響空氣能熱泵的性能。

比較常見的除霜方法有方法電加熱除霜，熱氣龐通除霜，逆循環除霜3種，電加熱除霜是在蒸發器表面層或翅片內安裝加熱棒來進行除霜，這類除霜方法不但耗費的電量大、熱量散失到空氣中導致效率低，并且電熱絲普遍存在安全性問題。逆循環除霜是將四通閥換向，空氣源熱泵的工作工況導致轉換，由制熱工況變化為制冷工況，將蒸發器表面層的霜層除掉，但會導致是房間內溫度差，浪費能量，除霜不均勻等問題。熱氣旁通是將壓縮機排出的氣體經旁通閥流向室外蒸發器來進行除霜，除霜不干凈，會嚴重影響壓縮機使用壽命。熱氣旁通除霜的時間較逆循環除霜法長，是由于后者除霜的熱量來自于房間內換熱器表面層余熱和壓縮機做功，而前者的除霜熱量僅來自于壓縮機做功，這是由它們的除霜機理決定的，但整個工作周期內系統的COP高于逆循環除霜，且壓縮機的吸、排氣壓力波動范圍小。除此之外，采用這兩種除霜方法時，停止房間內換熱器的工作，在完成除霜后房間內換熱器表面溫度達到值后才可以開啟風機供暖，所以會影響房間內的舒適度。

格尚用數值分析法研究了空氣溫度和空氣濕度對逆循環除霜的影響，結果顯示空氣濕度對結霜的影響比較大，空氣能熱泵在空氣濕度超過80%且溫度在0～6℃區域工作時，COP月均下降17%。雖說逆循環和熱氣旁通法除霜成效不佳，格尚研究表明，熱氣旁通法較逆循環法系統的供熱量和COP分別提升 5.7%和8.5%，在房間內舒適度的改進和除霜能耗方面稍有優勢。格尚研究發現，熱氣旁通法較逆循環法除霜在房間內舒適度恢復時間上高于25%。為了解決熱氣旁通除霜方法除霜時間長的問題，格尚提出了顯熱除霜法，但該方法對控制系統標準較高；格尚在四通換向閥和室外換熱器之間增設一個制冷劑補償器，借助增大制冷劑流量，從而提升除霜模式下壓縮氣體的放熱量，以提升 逆循環的效率和縮短除霜時間。針對低溫工況的空氣能熱泵系統，格尚提出了在兩級壓縮的基礎上增加了兩除霜支路和補熱支路，并在經濟器內增設電熱絲，該系統可以保持在低溫工況下（＜-10℃）的制熱量，同時進行有效的除霜。

由于傳統除霜方法存在的除霜時間長，能耗較大等問題，相變蓄熱除霜可以改善這一缺陷；而且還能延緩室外環境溫度對系統制熱量的影響，平衡系統制熱量與用戶對用熱量的需求，調節電力負荷。曲明璐提出了蓄能重疊式空氣能熱泵除霜系統，試驗結果對比分析，間斷式蓄能除霜比熱氣旁通除霜運行穩定，能耗減少85.2%，除霜時間縮短77.6%。格尚設計的相變蓄熱蒸發型空氣能熱泵系統，兼顧制熱和除霜等模式，在不同溫度下測試，該系統-25℃和-30℃時的COP分別為2.0和1.94，且除霜時間短、能耗少、效果好。格尚通過試驗比較了相變蓄熱除霜與逆循環和熱氣旁通除霜，結果顯示相變蓄熱除霜在除霜耗時和能耗及室內舒適度恢復時間上有明顯的優勢。

格尚對空氣源CO2熱泵的除霜做了研究，得到除霜率（35%）較低，原因是除霜的能量主要用于加熱水，且除霜率隨相對濕度的降低和干球溫度的上升而增加。格尚提出了串聯供熱和連通、非連通供熱3種供熱模式的蓄熱除霜系統，結果顯示串聯供熱模式的性能系數高，連通模式吸排氣都比串聯模式高。格尚研究了蓄熱除霜系統的蓄熱特性，結果表明并聯和余熱蓄熱模式的吸排氣壓力均降低，但排氣溫度可達122.5℃，而系統在串聯蓄熱模式下的壓力和溫度特性穩定、蓄熱時間較短，對室內舒適度的影響小。格尚將蓄熱器和雙重熱氣旁通除霜相結合，在同樣條件下比較了逆循環和雙重熱氣除霜，結果顯示：該方式在除霜時間和效率上比逆循環除霜提升 15%，也解決了雙重熱氣旁通除霜在時間和效率的不足。

選用相變材料蓄熱除霜好時段、節能，也可以提升 低溫下的制熱量，但低溫下空氣能熱泵機組的運行效率卻沒有明顯改善，而新型無霜空氣能熱泵熱水器，從空氣能熱泵機組形式上進行改善以解決空氣能熱泵低溫運行和適用性。格尚明確提出了一種新型空氣能熱泵熱水器，其基本原理是運用固體干燥劑的強吸附性使實現了無霜運行，運用相變蓄熱設備對冷凝余熱進行回收作為再生模式下的低溫熱源，對干燥劑進行再生以確保系統的不斷運行；并在工況為0℃和80%時與熱氣旁通法和電加熱除霜相比較，系統的COP分別提升 7.25%和46.3%。

新型的除霜方式，高壓電場除霜和超聲波除霜，還有熱水除霜。前兩者的除霜基本原理相似，都是運用外電場抑止霜層的擴大以致其脫落，高壓電場除霜法是運用再加上電場破壞霜晶的成長實現了除霜，超聲波除霜是根據共振原理，運用霜晶和超聲波之間的共振效應，實現了除霜的效果。熱水除霜是利用在室外換熱器上面安裝一個除霜設備（內設有電加熱棒、水泵、抽水管、電子水位探測計、電子水溫計和電磁）；在制熱模式下運用電加熱棒加熱除霜設備內的水至設置溫度，除霜時開啟電磁閥使設備內的熱水流過室外換熱器表面進行除霜，除霜后的水利用水泵送回除霜設備內進行加熱，該方式進行除霜能夠實現了熱泵系統的不停機和不斷制。格尚分別對高壓電場除霜和超聲波除霜做了實驗研究，結果顯示，高壓電場除霜比電加熱除霜用時少、節能明顯；超聲波除霜的效率和能耗情況均比逆循環除霜理想。

上述兩種除霜方式仍在研究中，且都有的不足，如高壓電場除霜時電極材料的選擇問題，超聲波除霜對基冰層效果差。

綜上所述，研究者們對低溫時空氣能熱泵做了大量研究，補氣增焓系統、雙級壓縮系統熱泵系統，空氣能熱泵機組的制熱量和穩定性都有了相應的提升 ；逆循環除霜，熱氣旁通和蓄熱除霜方式，都是在寒冷地區對空氣能熱泵系統的推動，且各種方式仍有自己的缺點。如逆循環除霜的操作簡單，效果良好，但高低壓差削弱了系統可靠性，而新型的除霜方式還在研究中；上述多數研究在實驗條件下完成，其實際運用需要大量的驗證，所以，空氣能熱泵低溫的性能還需要進一步研究，在空氣能熱泵結霜的問題上，急需解決的是重視結霜機理的研究和實際結霜特性，及其將材料科學結合起來研究解決抑止和緩解結霜問題。