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空气源热泵地板辐射采暖十年历程回顾之四

2013/05/16

 ——关于空气源热泵的冲霜问题

一、空气源热泵的室外热交换器

在空气源热泵机组中,室外热交换器的作用是在冬季供暖时,从室外空气中吸取热量。它是供暖的源头,当然其工作正常与否是十分重要的。

这类热交换器都是利用如图1所示的铜管铝片串的翅片管,铜管为横置带90°弯管也称蛇形管,铝翅片为竖向串片,用以扩大铜管的换热面积,带翅片的管,可以是三排,由于室外空气在风机的作用下横向冲刷翅片管,所以,管子是如图所示交叉排列,以使各排管获得较大的冲击力,提高传热效率。

            1、翅片管式热交换器示意图

从上述的一类热交换器怎样获得空气中的热量呢?下面举例说明:

例如,室外气温为-12,即室外肋片管换热器外表面进口空气温度为-12,出口空气温度假定为-20,如热泵机组采用R22为制冷剂,制冷剂在铜管内蒸发,由液体变成气体,温度不变为-25压力为2.0kg/c㎡左右,则其热交换的对数温差为=8/0.955=8.3符合有关标准规定。

二、结霜问题:

下面,我们再看上述的翅片管,也即蒸发器上(因为制冷剂以蒸发过程吸收热量)为什么有时会结霜?结霜以后又有什么坏处呢?

霜是空气中的水汽凝结在低于0的固体表面上形成的。

翅片管上结霜为什么严重影响热泵正常运行?

用于空调的翅片管上翅片的间距通常只有2-4mm。一旦开始结霜,会糊住通风道,则热泵就不能从空气中获得足够的热量。同时,蒸发压力和蒸发温度一再降低,结果,结霜更严重,直至翅片管间糊满霜,空气不能通过,回到压缩机的压力也几乎为0,使压缩机不能工作,甚至烧毁。

而如前所述翅片管上的平均温度比吹过它的室外空气低8~12,所以,通常认为当室外空气温度<5时,翅片开始结霜,也即产生除霜问题。

然而冲霜问题是在某时刻一下子发生的吗?

因为,翅片管热交换器上的温度是由铜管至铝片逐渐升高的,即最低的温度是铜管表面,也即先结霜的是串着铝翅片的铜管,而后是铝翅片的根部,最后是铝翅片的尖部。所以,从结霜发生到霜把翅片间的空隙堵死,有一个时间过程。

不难理解,结霜的条件是两个,一个是空气中有一定的水汽即湿量,二是管及翅片上的温度低于0,否则,如高于0只是结露,结露是有利于热泵吸热的,因为,露水蒸发可以放出更多的热。具体来说。空气温度高于8,即使相对湿度100%,可能只结露不结霜。当室外温度为8时,可能只有铜管上结霜,而在空气温度低于5时,如图1所示,其含湿量大时,露点温度甚至接近0

              1不同湿空气温度下露点与相对湿度的关

但是,值得注意的是,由于湿空气性质决定了其温度愈低,其含有的水分,称含湿量就愈低。尽管其相对湿度很高,也是如此,如图2所示。例如空气温度-6-10即使相对温度高达90%~100%,空气中的含湿量每m³中不过2.5~3g,即使结霜也不足为虑了。因此,对于北方寒冷地区,并不是人们所担心的那样—当外温愈低时,供暖负荷愈大,再加上结霜,更加重了热泵的负担。而人们看到的热泵的室外机上糊满了霜是由于热泵工作不正常所致。

              2不同外温下含湿量与相对湿度的关系

如图3,是对一台空气源热泵在不同外界气候下实测的铜管、铝翅片上的结霜状况的描述。

                 3外界气候与结霜状态

三、            结论:

1、除霜问题是空气源热泵技术中的重要问题,目前还有待进一步寻求更好的技术,产品。

2、除霜是在一定的气候条件下才出现的,并且是有周期再现性的。

3、寒冷地区热泵结霜与除霜并不出现在供暖负荷最大时,也就是说不必顾虑在低温及结霜双重不利因素下运行。

4、空气源热泵地板辐射供暖方式中,地板有较大的蓄热性,短时的除霜过程对室温不产生什么影响。

值得注意的是:

5、冬季雪天,由于室外热交换器在风机的作用下将雪花吸到翅片管上,也会发生严重结霜状况,此时,应及时启动“强制除霜”控制功能。

6、除霜过程会产生大量的冷凝水,应有及时排除的技术措施,否则,冰霜会从室外机翅片管底部往上堆积,甚至打碎风机叶片。