冬季空调化霜常识
刘建/2013-01-07
在冬季制热时，市场信息反馈问题最多的是制热效果不好，而空调化霜问题又是最为突出的故障点。一些品牌空调宣扬“智能化霜，有霜化霜，无霜不化”、“电磁阀热气旁通除霜”等技术突破，并将其作为创新点进行展示。
化霜问题，不仅是所有空调冬季制热所经历的过程，实际上，除霜问题一直是制冷行业的一个探索课题。我国地域辽阔，冬季南北温差大，热泵型空调很难做到一机适用多个地区的地理环境。下图为部分城市冬季空调运行室外参数，从结霜分界线来看，此线以北由于温湿度较低，影响热泵空调冬季使用的因素不是机组结霜，而是机组在低温下的性能系数。而在沿线以南，机组存在结霜的问题，这时结霜问题才是影响空调制热效果的主要因素。 我国部分城市冬季空调运行室外参数
现将服务网点反馈的热泵空调化霜实践经验及搜集的制冷技术学术成果整理成常识性简介提供给大家，以便服务好市场。
1.结霜过程概述
日落公园 机组冬季制热运行时，室外翅片盘管换热器作为蒸发器，其表面温度低于环境空气温度。当翅片盘管表面温度低于空气露点温度时，空气中的水蒸汽便会凝结；当此温度开始低于0℃时；凝露便以疏松的冰晶体形式堆积在翅片管表面上而形成霜。下图为某制冷技术重点实验室通过显微照相法对两类翅片型换热器的空气源热泵样机所做的结霜跟踪实验图。 平片热泵机组动态结霜曲线图
条缝片热泵机组动态结霜曲线图
印度支那联邦 从图中可以看出，在湿度较高的环境中，室外换热器表面霜层生长大致可分为三个阶段： 初始阶段、减速生长段及加速生长段。平片式在结霜初始阶段，霜层厚度增长速率逐渐加快，各种工况下霜层厚度增长速度均在第10~20分钟达到最大值，而后逐渐减小进入霜层生长的第二阶段。在霜层减速生长段，霜层厚度的增长速率明显放慢。结霜循环周期的最后20~30分钟时段为第三阶段，即霜层加速生长段，在此时段内霜层厚度增长速度大大加快，根据工况条件的不同，霜层厚度增长速率可达到第二阶段的数倍以上。霜层厚度增长曲线在后半段形成上凹型。条缝翅片热泵机组与平片热泵机组的霜层生长阶段特性、霜层形态变化相似，不同之处在于：相对湿度为60%的所有工况及相对湿度为70%且环境温度低于0℃的工况，表面霜层厚度出现一段几乎不增加的时段，而对应与该时段的结霜量仍然近乎匀速增长，说明此时段内湿空气与霜层间的水蒸汽质量交换完全用于增加霜层密度。 霜层厚度与环境温度、结霜时间关系图
上图为各种工况下霜层厚度均达到实验规定值时所需的时间曲线，由图可见对于不同的室外空气相对湿度工况，在环境温度为0℃时室外换热器翅片表面霜层厚度达到实验规定值所需的时间最短。说明由于进风温度在此温度范围内时空气含湿量较大，同时管壁面温度低，最适合霜的生长；进风温度低于此温度时，虽然管壁面温度更低，但空气含湿量却比较小，因此结霜速率较小；而当进风高于此温度时，虽然空气含湿量较大，但壁面温度相对较高，也不易结霜。
进一步实验分析，将同一相对湿度、不同室外空气干球温度工况的霜层厚度进行比较，在相对湿度为65%~90%的范围内，室外空气温度为0~3℃时霜层厚度曲线始终处于其它工况下的霜层厚度曲线之上，属于严重结霜温度区间。另外，室外机平翅片和条缝翅片结霜时平均迎风面风速时的比较，无霜时，两种翅片类型的换热器平均迎风速几乎相同。结霜初期，低湿工况下，平翅片变化缓慢，条缝片在结霜后风机流量即迅速下降。说明条缝翅片通道内气流受到翅片开缝的强烈扰动，平均迎风风速的减少将导致霜层厚度增长速度加快。相对湿度大于80%的工况时，在霜层生长的第三阶段，霜层将翅片间隙完全堵塞，翅片开缝对气流的扰动增强换热作用消失，两者的曲线变化接近相同。
2.结霜影响因素
伞齿轮
风冷热泵机组在冬季制热运行时，室外盘管换热器从低温区域吸收能量，霜层的形成和影响因素复杂，根据技术文献分析，其主要因素有冷却面、气流速度、室外气候条件及时间。
2.1 冷却面因素
冷却面因素指的是翅片换热器的温度和形状结构。温度因素：当盘管表面温度低于0℃，且低于入口处空气的露点温度时，空气中水分就会析出并在蒸发器表面形成霜层。盘管表面与入口空气之间的温差越大，结霜速度越快，结霜也越严重。换热器的结构因素：包括翅片边缘效应；翅片间距；沿气流方向管排数；翅片表面粗糙度。
2.2 气流速度
瓶装饮用纯净水标准 在强制对流的情况下，气流的流速对霜层的形成有较大影响。迎面风速很小时，盘管结霜较快，且霜层厚度增加较快；当迎面风速较大时，则结霜状况明显改善。这主要是因为风速降低，使负荷减小，造成蒸发温度快速下降，使结霜速度加快；而风速增大，使负荷
增大，蒸发温度上升，温差减小，降低了结霜的倾向。不同迎面风速下的实验曲线(见图)可证明这点。
风速对蒸发温度的影响曲线
2.3 气候条件
温度和湿度：空气相对湿度越大，盘管结霜就越严重。当室外空气的相对湿度小于50%
时，翅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，翅片盘管工作时特别容易结霜。下图中湿度对蒸发温度的影响曲线，可看出一段时间内湿度较大时(<=80%)的蒸发温度比湿度较低时的蒸发温度高，然而在某一时刻后，蒸发温度下降至比湿度较低时的蒸发温度更低。这是因为在前一个时段湿度较大造成蒸发器负荷大，因而蒸发温度高；随着结霜不断加剧，霜层厚度将超过湿度较小时的结霜厚度，故蒸发温度降至更低；而且结霜后霜层也更厚，风量比湿度较小时的风量小。
激光射击
湿度对蒸发温度的影响曲线
3.结霜对风冷热泵机组的危害
蒸发器结霜对风冷热泵机组的运行产生的负面影响主要在三个方面：
3.1 影响空气循环风量，风机性能衰减
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，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，将在蒸发器与风机工作区之间出现负压区、风机性能衰减，电流加大等现象而使风冷热泵机组无法进行强制对流换热。
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3.2 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，总传热系数开始下降。
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