空气源热泵冬季供暖除霜:3)加热除霜法

加热除霜法是将热气旁通除霜与冷媒直接加热技术相结合,基本解决了逆循环除霜热气旁通除霜无法克服的问题。

加热除霜的实现方式为:空调器制热运行→判断需要除霜→室内风机超低速运转、二通阀开、加热器开→电子膨胀阀开大→除霜完成→正常制热

空气源热泵 冬季供暖 加热除霜

图:加热除霜法原理图

加热除霜技术的一个关键点是冷媒加热器的设计。加热器的额定功率是影响化霜速度的一个重要参数。额定功率高,系统的除霜速度就快。由于家用空调体积比较小,加之成本因素,加热器的体积不应设计太大。由于加热器的表面与冷媒直接接触进行对流换热,加热器的表面温度不能过高。过高的表面温度会使润滑油碳化,从而影响压缩机寿命。而加热器的表面温度直接受加热器额定功率的影响。所以选择合适的加热器额定功率是加热器设计的关键。

4.1 加热除霜方式的优点

加热除霜方式最关键的技术就是在压缩机吸气端增加了一个加热器。化霜时,四通阀不换向,压缩机不停机,室内可以实现持续供热。加热除霜方式具有如下优点:

(1)除霜时房间的舒适性好

化霜的同时可以持续向室内供热。采用加热除霜方式,房间温度波动在3~5℃,比采用逆循环除霜方式的温度波动值小了50%左右。

(2)化霜时间短

采用加热除霜方式,化霜时间一般控制在6~10min。除霜时,加热器供给系统一部分热量,通过压缩机“搬运”到室外换热器上进行融霜,加热器在化霜过程中充当了整个系统冷凝器的角色。

(3)压缩机运行可靠

从室外换热器返回的低温液态冷媒被加热器加热后再流入压缩机吸气端,显著提高了冷媒干度,保证了压缩机可靠运行。

4.2 加热除霜方式的问题

加热除霜方式克服了逆循环除霜和热气旁通除霜方式的一系列缺陷,但是也带来了一些新的问题:

(1)耗电量高

加热除霜的热量来源主要是加热器和压缩机做功,而这两者都直接消耗电能。从根本上来讲,热气旁通除霜是依靠提升压缩机频率从而提升其输出功率而实现化霜,而加热除霜是将这部分依靠提升频率增加的功率用加热器的方式实现了,虽然提升了压缩机可靠性,但是从耗电量这一个层面讲,并不节能。

(2)成本较高

由于采用冷媒直接加热技术,加热器制作工艺复杂,既要保证加热器表面温度不超标,又要保证加热器运行可靠。采用电加热器安全问题也是着重考虑的问题,加热管内部需要嵌入限温器和熔断体等,用来保证加热器在异常情况下能够及时动作。这些都增加了加热除霜方式的成本。

加热除霜克服了逆循环除霜和热气旁通除霜的致命缺点,在家用空调器除霜方式的技术研究上进了一步,与传统的将电加热器直接放置在换热器的表面的端部的电热除霜方式相比,电热利用率高,在家用空调器上应用安装和控制简单,但对技术要求高

参考资料:
[1] 白韡. 家用热泵空调器除霜方式探讨[J]. 家电科技,2015,04:84-87.

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