风冷热泵的优劣势分析及风冷热泵的除霜方法和原理

小组成员：*********风冷热泵除霜方式及原理优势风冷热泵的优劣

风冷热泵冷热水机组作为中央空调的冷热源，其优点是一机二用，在机组内部至少增加了一个四通换向阀，能做到制冷和制热工况的切换，提高了机组的利用率。

制冷时，冷凝器采用风冷，省去了水冷冷水机组所需的冷却水系统；

制热时，采用热泵运行方式，节能且无使用锅炉造成的对环境的污染。劣势

但从风冷热泵冷热水机组实际运行的效果看这类机组在气温偏低且相对湿度较高的地区如长江流域制热运行时还不太理想。其主要原因是蒸发器结霜及除霜造成机组供热能力下降。结霜原因

风冷热泵机组在冬季制热运行时，其肋片盘管换热器起蒸发器的作用，由于蒸发温度较低，盘管表面的温度也随之下降，甚至低于0℃。当室外空气在风机驱动下流经盘管时，其所含的水分就会析出并附着于盘管表面形成霜层。

空气相对湿度越大，盘管结霜就越严重。在长江流域的气候条件下，当室外空气的相对湿度小于50%时，肋片盘管则很少会结霜。当室外空气温度低于-5℃时，随着温度进一步下降，空气就趋于干燥，结霜减少。实际运行表明，当室外空气温度在-2～7℃，而相对湿度大于50%时，肋片盘管的结霜情况最严重。结霜对风冷热泵机组的危害01一、影响导热热阻

霜层增加了导热热阻，降低了蒸发器的传热系数。在结霜的早期，由于霜层增加了传热表面的粗糙度及表面积，使总传热系数有所增加，而随着霜层增厚，导热热阻的影响逐渐成为影响传热系数的主要方面时，总传热系数又开始下降。二、影响空气流量

霜层的增加加大了空气流过翅片管蒸发器的阻力，降低了空气流量，对蒸发器性能的这一影响是结霜负面影响的主要方面。

由于这些负面影响，风冷热泵在结霜工况下工作时，随着霜层的增厚，将出现蒸发温度下降、制热量下降、风机性能衰减，电流加大等现象而使风冷热泵机组不能正常工作。除霜方法0204

电加热除霜换向法热氟除霜法热氟除霜的改进——热气除霜法0103除霜方法及其原理NO.

01电加热除霜

电加热法是最简单的除霜方法。它的思路是在室外换热器上安装适当功率的电阻，当室外换热器上积霜严重时，开启电气开关，电热丝通电发热融霜。

电加热除霜电路控制中有融霜时间控制器，一个单刀双掷开关和一个电动马达，马达带动传动齿轮进行记时。除霜方法及其原理NO.

01电加热除霜

制热阶段：在制热运行工况下，单刀双掷开关使供液电磁阀线圈得电，进行正常的制热循环。从压缩机出来的高温高压蒸汽进入室内冷凝器，液化为中温高压液体，通过膨胀阀节流，转化为低压低温的汽液二相混合物，再经供液电磁阀进入热泵的表面式换热器中蒸发吸热，最后转化为低压低温的汽体而被压缩机抽回，从而完成一个制热循环。除霜方法及其原理NO.

01电加热除霜除霜阶段：当除霜时间到达时，单刀双掷开关使供液电磁阀线圈失电断开，压缩机吸汽压力下降，当降至压力控制器的下限时，压力控制器触点跳开，制热循环停止运行。而由于交流接触器线圈的得电，使其触点闭合电加热丝通电加热对蒸发器进行除霜霜。恢复制热阶段：融霜结束时，供液电磁阀线圈得电，恢复正常的制热循环。三个阶段在融霜时间控制器的作用下进行循环。除霜方法及其原理NO.

01电加热除霜缺点：增加自控元件，故障率较高

压缩机停开频繁，能耗大除霜方法及其原理NO.

02换向法

当室外换热器有霜产生，影响正常的换热效果时，利用热泵双向制冷制热，可以通过四通换向阀将制热过程转换成制冷过程，这样热泵从室内吸热排到室外换热器，以融化室外换热器上的积霜。这种方法不需要附加任何设备，只需在需要除霜时让四通换向阀动作即可。除霜方法及其原理NO.

02换向法缺点：（1）在除霜这段时间内，非但不能向室内提供热量，反而会从室内吸收热量，导致室内温度下降，影响舒适性；（2）四通换向阀动作频繁，噪音大且容易磨损；（3）对于功率较大的机组，由于其管径较大，不能配备四通阀，还要专门设计带有8个阀门的转换管路。除霜方法及其原理NO.

03热氟除霜法

在制冷系统中从压缩机的排气口至冷凝器的管子间与供液电磁阀至冷风机的管子间接上一个双稳态电磁阀，则可以利用压缩机内高温高压的制冷剂（以氟化物为主）除霜。

待融霜结束后，温控器发出信号，双稳态电磁阀关闭，融霜回路断开，系统又回到制热工况，完成一个融霜循环。

另外，为避免融霜完成后，压缩机吸入高温高压气体导致机体过热，可在吸汽回路中加装一个回热器。除霜方法及其原理NO.

03热氟除霜法除霜方法及其原理NO.

03热氟除霜法原理：当感温元件测定的温度到达融霜温度时，室外风机停转，供液电磁阀关闭。同时，温控器给双稳态电磁阀施加一个反向脉冲电信号，双稳态电磁阀打开，将制冷系统的高压气体（来自压缩机）旁路并送给室外换热器（即蒸发器），进行融霜。高温高压气体在冷风机中放热冷却后被压缩机吸回。此时，凝结在室外换热器表面的霜层，由于受到来自表面换热器内部的高温高压气体放出的热量加热，在与金属表面的接触处融化为水，其粘附力下降。霜层靠自身重量而掉入接水盘中，从接水盘的排水管排出。实现除霜目的。除霜方法及其原理NO.

04热敷除霜的改进—热气除霜法

热气旁通除霜是通过旁通回路，将压缩机的高温排气直接引入室外换热器来除霜的。在除霜过程中，室内外换热器风扇停止运行，除霜的热量来源为压缩机所消耗的电力和压缩机壳体的蓄热量两部分。其基本原理和上面的热氟除霜相似，只是其控制机构更加精确和复杂，能够做到按需除霜，避免了过于频繁的从压缩机中抽气，降低了压缩机的效率。NO.

04除霜方法及其原理NO.

04热敷除霜的改进—热气除霜法

使用了一个气液分离器，分离出的液体就保存在分离器中，气体经过压缩机再加热后用来融霜。这样随着除霜的进行，液态制冷剂连续不断地返回到气液分离器中，贮存在室外换热器盘管内的制冷剂质量逐渐减少，使制冷剂的温度逐渐上升，强化了除霜效果。NO.

04除霜方法及其原理NO.

04热敷除霜的改进—热气除霜法

每组翅片盘管设有一个热气旁通电磁阀和主电磁阀，除霜时相应的热气旁通电磁阀打开，主电磁阀关闭，利用排气放出的热量达到融霜的目的。融霜结束后，热气旁通电磁阀关闭，主电磁阀打开，该组翅片盘管正常运转，即可进行下一组翅片盘管融霜。在整个除霜过程中，供热和除霜同时进行，其除霜损失明显少于四通阀换向反循环除霜方法。

NO.

04与四通阀换向反循环除霜进行比较：除霜方法及其原理NO.

04热敷除霜的改进—热气除霜法1)压缩机液压缩问题

四通换向阀换向时，使机组由制热循环变为制冷循环，系统的吸气压力和排气压力变化剧烈，对压缩机及其它元件造成很大冲击。同时在除霜开始时，由于水侧换热器的压力突然变小，使除霜之前供冷凝器用的液体制冷剂大量返回压缩机，容易造成压缩机液压缩。NO.

04四通阀换向反循环除霜存在的可靠性问题：2)除霜开始阶段的低压衰减过程，有的系统往往衰减到低压保护值以下，影响了压缩机的寿命；四通阀频繁动作，使可靠性变差。3)除霜结束阶段容易出现高压保护造成故障停机。除霜方法及其原理NO.

04热敷除霜的改进—热气除霜法

当进入除霜程序时，机组仍保持制热工作循环，在压缩机的排气侧分出一股高温气体进入需要除霜的空气侧换热器，使高温气体在高于5℃发生相变放出潜热达到除霜目的。

除霜后的制冷剂液体进入另外一侧正常制热的换热器继续蒸发，这样，这部分制冷剂仍发挥了制热的功效，蒸发后变为气体避免了压缩机因除霜造成的回液可能。在整个除霜过程中，由于避免了机组制冷循环和制热循环的相互转换，压缩机的吸、排气状态基本保持稳定，从而解决了四通阀换向反循环除霜存在的可靠性隐患。NO.

04热气旁通除霜流程可靠性分析除霜方法及其原理NO.

04热敷除霜的改进—热气除霜法NO.

04除霜时间

根据有关文献摘录，发现除霜损失约占热泵总能耗损失的10.2%，而由于除霜控制方法问题，大约27%的除霜功能是在翅片表面结霜不严重，不需要除霜的情况下进入除霜循环的。目前常用的一些方法，或多或少都存在一些问题，如发生多余的除霜动作，或需要除霜时不能及时发出信号等弊病存在。因此，要想真正达到节能的目的，除了选择好的除霜方式外，还要设计出好的控制方法，准确判断除霜时刻，并且及时发出除霜信号。确定除霜时刻的指标

第一类只简单控制时间，如早期的热泵在冬季运行时，硬性规定其除霜周期为30分钟或40分钟。这种方法的缺点是显而易见的，系统不管室外换热器表面是否有霜，时间一到就开始除霜，能源浪费非常大，不符合节能的原则。确定除霜时刻的指标

第二类以盘管的出风温度作为控制指标，通常先设定一个临界温度t，当出风温度低于这个温度时，开始计时，若30分钟后，温度还是没有回升，则认为积霜严重，开始除霜。这种方法可操作性强，但是经验性太重，t的设置比较关键，t值太高，除霜频繁，系统波动大，t值较低，则除霜不及时，积霜时间过长，同样降低系统的效率。同时，不同的地区，不同的室外气候条件，t值都要做相应的改动，不容易掌握。确定除霜时刻的指标

第三类以压差作为控制量。当室外换热器积霜严重时，会堵塞盘管，引起管道内压力的增大：可是一般压力仪表的测量精度不足，采用高精度的压力元件则成本会增加很多。确定除霜时刻的指标

第四类以风机电流作为指标。因为当室外换热器积霜严重时，风机的阻力增大，相应的表现在风机电流的波动上，但是，引起电流波动的因素很多，以此作为确定除霜时间的指标，容易引起误报。确定除霜时刻的指标

第五类以盘管内制冷剂的流速来判断。监测盘管内制冷剂的流速并比较其与无霜盘管的差值，当差值大于某一定值后，启动除霜工况。

第六类，以室外盘管的温度梯度作为判断标准。后两种在很多文献中都得到了认可，比较切实可行。除霜存在的问题

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