空調結霜機理及常見的除霜方法

   進入冬季，許多人會運行空調加熱模式進行加熱。在相對寒冷的地區，冬季平均氣溫低于零，空調運行過程中室外機組熱交換器會結霜，隨著運行條件的惡化，如果不結霜，霜越厚，不僅加熱效果差，還會損壞風扇葉片，損壞壓縮機，因此風冷熱泵空調需要除霜運行。今天，小將介紹空調結霜機理和常用的除霜方法。

   1、空調運行結霜機理

   首選，空調室外機換熱器上必須有水才能結霜。然后就涉及到冷凝了。當換熱器翅片表面溫度低于當時空氣對應的露點溫度時，空氣中的水會在翅片上形成冷凝，這是一種常見的自然現象。

   在寒冷地區，當空調運行加熱時，室外換熱器的翅片溫度相對較低，通常為0℃下面，凝結水會凝結成小冰晶，隨著運行時間的延長，換熱器會結霜。

   在一般空調運行條件下，干球、濕球的溫度為2℃/1℃或干、濕球溫度為0℃附近，結霜最嚴重。由于此時空氣濕度大，含水量大，露點溫度剛好為0℃下表(見下表:干球、濕球溫度為2℃/1℃露點溫度為-0.26℃)，如果產生冷凝，則換熱器表面溫度為0℃此時干球溫度與露點溫度之差僅為2.26℃，常見的熱泵空調很容易滿足這個條件，所以很容易形成霜凍。在空調試驗條件下，室外干濕球溫度為2℃/1℃作為低溫加熱試驗工況。

   空調制熱常見工況空氣參數對照表

   從結霜機制來看，溫度越低越容易結霜，因為溫度越低，露點溫度越低。從上表可以看出，干球溫度與露點溫度的差異越來越大。有時空調運行時，換熱器的表面溫度會高于當時空氣的露點溫度，所以不會凝結。如果沒有凝結水，結霜就不能說了。因此，在低溫條件下，如-15℃下面，結霜不嚴重，有時甚至不結霜。

   2、霜層的危害

   冬季空調外霜會導致加熱效果差，也會影響空調機的使用壽命，嚴重造成一些不必要的空調損壞，具體危害原理如下：

   1.霜層導熱系數低，覆蓋在換熱器表面。當霜層厚度達到一定程度時，相當于在換熱器表面增加保溫層，換熱效果迅速惡化。

   2、大多數空調換熱器通過空氣流量換熱，霜的存在堵塞，增加空氣流量阻力，嚴重降低通風量，降低換熱能力，進一步加速霜的產生。

   3、霜的積累越來越厚，可能會碰撞到風扇，損壞風扇。霜太多，可能導致頻繁霜不干凈，加熱效果差，能耗增加，加劇熱泵的運行。

   3、常見的除霜方法

   1、逆向制冷除霜

   逆向制冷除霜是空調最常見的方式之一，系統結構和控制方法相對簡單，制冷系統增加四通閥，當控制系統檢測滿足除霜條件時，四通閥切換，從加熱狀態切換到制冷狀態，室外熱交換器散熱，用熱空氣進行除霜。

   除霜過程：

   控制系統檢測符合霜條件 - 壓縮機降頻或停機-室內外風扇停止運行-四通閥電磁閥動作，切換為制冷狀態-壓縮機運行，高溫制冷劑進入室外換熱器-化霜開始-符合霜凍結束條件-壓縮機降頻或停機-四通閥電磁閥動作，切換為加熱狀態-壓縮機重新啟動，室內外風機啟動-化霜結束。

   2、電熱霜

   電加熱霜是在換熱器中安裝電加熱器件，連接控制系統，簡單易實現，但從能耗角度看，不經濟，通常作為逆向制冷霜的補充。但在一些沒有逆向除霜功能的設備中，電加熱霜是一種簡單易行的方法。

   除霜過程：

   系統檢測符合化霜條件―壓縮機停機―室內外風機停機―電加熱通電―符合霜凍結束條件―電加熱斷電―壓縮機在室內外啟動―除霜結束。

   3、蓄熱霜

   蓄熱霜是在制冷系統上增加蓄熱模塊，利用機器運行產生的余熱，通過蓄熱模塊收集這部分余熱，然后在需要霜凍時利用這部分熱量。一般來說，蓄熱模塊適合壓縮機外殼，吸收壓縮機運行過程中產生的熱量。

   從能耗角度看，蓄熱霜能耗低，經濟性好，是近年來發展迅速的霜凍方法之一。但制冷系統復雜，控制技術難度大，成本高，通常可以在高端設備上看到。

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   上述逆向制冷霜，室內機不僅不加熱，而且需要吸收室內熱量，用戶體驗效果相對較差。熱旁路可以補充逆向制冷霜的不足，同時不吸收室內熱量，甚至提供熱量。

   熱氣旁通除霜方法不需要改變空調設備的加熱循環，只需在制冷系統中增加旁通閥，連接壓縮機出口和冷凝器出口，如下圖所示：

   化霜過程：

   控制系統檢測符合化霜條件―室外風機停止―打開旁通閥進行除霜―符合霜凍結束條件―關閉旁通閥，打開室外風機―除霜結束。

   優點：

   工藝無需停止壓縮機，無需切換四通閥，對室內溫度影響小，舒適性好。

   缺點：

   熱空氣旁通霜的熱源不從室內機吸收，僅靠壓縮機的輸入功率，除霜熱量小。因此，除霜時間長，適用于霜層較少的場合。其次，熱空氣將冷凝器除霜冷凝成液體后，不蒸發直接進入壓縮機。雖然有氣液分離器，但也可能出現壓縮機液擊問題，影響壓縮機的可靠性。因此，有必要合理控制除霜時間或加熱氣化，確保壓縮機吸入為氣態制冷劑。如何準確判斷不同工況下的霜厚，如何保證壓縮機吸入的制冷劑狀態，已成為該方法應用的技術瓶頸。