空氣源熱泵降濕防結(jié)霜方法研究

徐斌

摘 要：本文分析了空氣源熱泵的結(jié)霜現(xiàn)象及其對設(shè)備造成的傷害，簡單總結(jié)了空氣源熱泵除霜方法，以及這些方法存在的問題，提出了降低空氣濕度的思想，探討了解決空氣源熱泵冬季供熱過程中結(jié)霜的問題。在冬季運(yùn)行時，霜的形成問題降低了空氣源熱泵的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；結(jié)霜；降濕除霜

1 緒論

空氣源熱泵是一種將熱能從低熱量的熱源輸送到高水平熱源的設(shè)備，它也是一項(xiàng)引起全世界關(guān)注的節(jié)能技術(shù)?？諝庠礋岜美每諝庵械臒崃孔鳛榈蜏?zé)嵩?，而我們所生活的地球上空氣是無窮盡的，所以，氣源熱泵的運(yùn)行成本并不是很高。空氣源熱泵可以利用一點(diǎn)點(diǎn)電力能源，壓縮空氣中大量的低溫?zé)崮?，并將其變?yōu)楦邷責(zé)崮?，沒有復(fù)雜的和額外的裝置，不存在繁復(fù)的冷卻水管路，并且能源節(jié)約的效果顯著?？諝庠礋岜玫牟僮鬟^程沒有廢水產(chǎn)生，鍋爐的使用并沒有造成污染，為能源使用和環(huán)境保護(hù)之間的共處提供了解決方案和思路，符合當(dāng)今節(jié)能減排和能源科學(xué)利用的現(xiàn)代社會觀念。與此同時，空氣源熱泵工作范圍非常寬泛、有著良好的性能、環(huán)境溫度濕度等等指標(biāo)不會對其造成影響、占地面積不大、維護(hù)成本也不是很高，種種優(yōu)點(diǎn)使得空氣源熱泵得到各個行業(yè)廣泛應(yīng)用。

針對空氣源熱泵來講，如今在技術(shù)上較難解決的是冬季作業(yè)中結(jié)霜問題。蒸發(fā)器的結(jié)霜導(dǎo)致了空氣源熱泵的運(yùn)行性能下降和熱交換容量的降低。除霜工藝增加了空氣源熱泵機(jī)組運(yùn)行的不確定性，降低了用戶的體驗(yàn)感。

2 空氣源熱泵結(jié)霜原因

當(dāng)空氣中的水蒸汽溫度低于空氣露點(diǎn)的管和導(dǎo)熱性較強(qiáng)的金屬片接觸時，在外部空氣熱交換器中發(fā)生相變冰凍的情況。結(jié)霜不只是溫度的作用與表現(xiàn)，當(dāng)溫度非常低的時候，空氣中的含水率就越低，此時的結(jié)霜現(xiàn)象也不一定非常劇烈。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看到，當(dāng)氣溫不高于零下5攝氏度，即便相對濕度不低，空氣中的水分含量只有每公斤兩到三克，這樣水分含量不會導(dǎo)致劇烈的結(jié)霜問題。

在冰霜形成之初，分布式的冰晶與翅片相似，這種現(xiàn)象就提高傳熱表面的不均勻度和表面積，可以提高傳熱的強(qiáng)度。然而，隨著日積月累，熱交換器的表面逐漸被冰晶覆蓋，形成較厚的一層霜層。霜層內(nèi)部有著微小空隙，而且可能是互相連通的，具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致熱導(dǎo)熱阻的提升，這是影響傳熱效果的主要原因。所以，整個空氣源熱泵系統(tǒng)傳熱系數(shù)減小，系統(tǒng)傳熱性能下降，對于電能的利用率也是不斷減少。

3 降濕防結(jié)霜方法

3.1抑制生霜方法

一種提高空氣源熱泵結(jié)霜/除霜周期性能的方法是抑制室外熱交換器表面霜的生長，或者延緩霜的形成。根據(jù)目前統(tǒng)計(jì)的研究數(shù)據(jù)分析來看，主要從四個方面對蒸發(fā)器的霜面進(jìn)行了改進(jìn)：

（1）換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。為了減少導(dǎo)熱性較強(qiáng)的金屬片前方邊緣的霜凍，Ogaw a K等科學(xué)家提出了一種通過金屬片分割的方法，來提高結(jié)霜條件下的換熱器性能。有些科學(xué)家對變螺距換熱器的性能進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)分析，證實(shí)了在熱交換器前排的大直徑金屬片的使用對降低壓降和增加傳熱效果十分有用。目前，該方法得到越來越試驗(yàn)證明，在實(shí)際中已得到廣泛使用。

（2）導(dǎo)熱性較強(qiáng)的金屬片材表面進(jìn)行涂層處理。金屬片表面涂層可以改變材料表面的吉布斯自由能（free energy），進(jìn)而改善金屬片表面性能，這種材料又可以被分為非極性涂料和極性涂料。

（3）應(yīng)用電場抑制霜的形成。應(yīng)用適當(dāng)?shù)碾妶鰪?qiáng)度換熱器，由于電場力的影響，霜層的產(chǎn)生和發(fā)展受到限制，霜晶體容易折斷，電力場一般被分為AC電場和DC電場

3.2壓縮和除濕的方法

通過壓縮和冷卻空氣，空氣中的水分可以凝結(jié)成液態(tài)水。冷凝水被排放并加熱以獲得較低的空氣含水率。然而，壓縮除濕法的一個主要問題是壓縮過程中的功耗過大、能源消耗巨大，不能實(shí)現(xiàn)較大范圍的除濕。這些不足之處限制了壓縮除濕法的應(yīng)用區(qū)間，這種方法并不符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展的社會要求，碳排放量過于巨大，不適合與自然協(xié)同的發(fā)展前景。

3.3低溫降濕法

低溫降濕法來抑制空氣源熱泵結(jié)霜主要是通過空氣中水分的含量隨空氣溫度的降低而降低的原理，室外空氣通過冷卻器外壁，然后通過表面冷卻盤進(jìn)行降溫?？諝鉁囟鹊脑絹碓降停諝庵械乃魵夂勘３謩討B(tài)平衡的狀態(tài)。在空氣冷卻到露點(diǎn)溫度之下時，空氣中的水蒸氣凝結(jié)成水之后流走，凝結(jié)的水被排出之后可以減少空氣中水的絕對含量，從而達(dá)到除濕的效果。

3.4溶液除濕法

溶液除濕主要是指LiBr溶液等鹽溶液，利用這些溶液吸收了大量的水分。鹽溶液用于吸收空氣中的水蒸氣，從而實(shí)現(xiàn)空氣除濕的效果。除濕系統(tǒng)的主要組成部分是除濕機(jī)、蓄熱器和循環(huán)水泵。除濕器會將吸收劑噴灑在空氣中?？諝庵械乃謺畸}溶液吸收，從而以達(dá)到除濕目的。最后通過循環(huán)水泵將吸收水分的鹽溶液注入到蓄熱器中，通過加熱線圈使加熱的再生空氣與之接觸。鹽溶液中的水分由于熱量蒸發(fā)而蒸發(fā)，與再生空氣一起排出。

4 結(jié)語

（1）反循環(huán)除霜、熱氣體旁路除霜等現(xiàn)有方法不單單會影響暖通設(shè)備的正常操作，還會造成能源大規(guī)模消耗，使系統(tǒng)運(yùn)行效率一直處于低位，這種方式除霜效果并不是很好。

（2）使用降低濕度的設(shè)備，減少空氣源熱泵表面空氣濕度，又因?yàn)槁饵c(diǎn)溫度與空氣濕度密切相關(guān)，所以表面換熱器的空氣濕度要低于霜點(diǎn)濕度，這樣就可以防止空氣源熱泵系統(tǒng)從空氣中吸收大量的水分，使得換熱器表面的結(jié)霜現(xiàn)象加重，進(jìn)而使得熱泵的性能收到干擾。雖然有不同大小的空氣除濕方法活躍在不同領(lǐng)域中，但是隨著科技發(fā)展、隨著可研人員進(jìn)一步攻關(guān)，在空氣源熱泵供熱和結(jié)霜的問題上一定會得到妥善解決，空氣源熱泵的使用范圍和領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)展，使用空間進(jìn)一步擴(kuò)大，使用效率進(jìn)一步提高。

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