蓄热除霜在空调系统中的应用

珠海格力电器股份有限公司 赵 亮

广东科学技术职业学院机器人学院 郑婉君

在空调系统制热过程中，当室外换热器表面温度低于0℃，且低于空气的露点温度时，室外换热器表面的水蒸气会冷凝结霜。通过大数据统计发现，传统空调系统化霜过程室内温度降低2～7℃，平均下降4.5℃，化霜过程温度波动大，用户舒适性差。蓄热除霜技术是近年来应用于空调系统的新技术，该技术能有效解决空调化霜过程的舒适性问题，现本文对蓄热除霜技术做一下阐述。

冬季在寒冷地区，尤其是在低温高湿地区，空调制热运行时室外机经常会结霜，结霜后为了保证机组的正常运行，通常过一段时间就会进行一次化霜运行。化霜过程中，因为是反向制冷化霜，室内蒸发器变为低温从室内吸热，为了避免吹冷风，室内的风机一般会停止运行，这样就造成了室内温度的波动。通过大数据统计发现，传统空调系统化霜过程室内温度降低2～7℃，平均下降4.5℃，化霜过程温度波动大，用户舒适性差。结霜和化霜过程严重影响制热效果和舒适性，该过程能耗高，该问题属于行业难题。蓄热除霜技术是近年来应用于空调系统的新技术，该技术能有效解决空调化霜过程的舒适性问题，现本文对蓄热除霜技术做一下阐述。

1 蓄热除霜的原理

以多联机空调系统为例，蓄热模块作为一个选配件，和室内机并联安装。蓄热模块和室内机一样，有气管和液管与外机相连，其中液管上有节流装置，控制蓄热模块中的冷媒流量。制冷模式下，蓄热模块上的节流装置关闭，蓄热模块不起到任何作用，也不影响内机的正常运行。制热模式分为两个阶段，蓄热过程及蓄热化霜过程。蓄热过程，室内机正常制热的同时，蓄热模块节流装置打开，蓄热材料被高温高压的冷媒加热，当蓄热材料达到设定温度时，就会关闭节流装置。蓄热化霜过程，室内机的节流装置关闭，冷媒仅在蓄热模块中流动，低温冷媒通过吸收蓄热模块中的热量蒸发，然后经压缩机给外机换热器化霜。采用蓄热除霜的优点主要有两个，一个是化霜过程冷媒不在室内机流动，所以化霜过程室内机不会从房间吸热，使房间急剧降温，另一个是化霜时间短，由于蓄热材料在蓄热过程吸收了大量的热，并保持了一个较高的温度，所以化霜过程可以较快的加热冷媒用于化霜。

2 蓄热材料的选用

蓄热材料的选用会直接影响蓄热模块的性能，影响化霜时间和房间舒适度，影响生产使用成本和环保性。蓄热材料的选用需要满足家庭的实用性及经济性需求，用于空调的蓄热材料需要具备以下特点：第一，要求材料相变潜热高，储能密度大，这样才能使蓄热模块小型化，避免蓄热模块体积过大，实际使用安装不便或不美观的情况。第二点，蓄热材料的相变温度要合适，相变过程可逆性好，由于通常情况下制热空调的高压侧温度在50℃左右，低温工况下高压侧温度更低，所以要求蓄热材料相变温度不能太高。第三，蓄热材料的导热系数要高，导热系数高就意味着换热快，蓄热过程短，能量损失小，化霜过程时间短，室内温度波动小。第三，要满足环保要求，蓄热材料要求物理、化学性质稳定，材料无毒、无腐蚀、无污染。第四，蓄热材料的经济性，蓄热材料来源广、成本低，才能在人们的日常生活中大规模推广应用。

相变蓄热材料根据熔点，可分为低温相变材料（100℃以下）、中温相变材料（100-250℃）、高温相变材料（250℃以上）。由于空调系统高压温度的限制，用于空调系统的相变蓄热材料一般为低温相变材料。

根据相变材料类型，蓄热材料可分为无机相变材料，有机相变材料，复合相变材料。各类材料的优缺点如表1所示。

表1 蓄热材料的优缺点

3 蓄热模块的结构形式

用于空调的蓄热模块一般有内置式和外置式，内置式的蓄热模块在空调机内部，外置式的蓄热模块一般作为空调机组配件，通常安装在室内侧，安装方法和风管式室内机类似，吊装于天花内，但是无需接风管，也不需要人为操控。

蓄热模块一般分为换热器、蓄热材料、节流装置和电控部件四个部分。换热器和空调内机类似，可以采用管翅式，也可以采用微通道式，换热器的结构需要考虑和蓄热材料的充分换热。蓄热材料填充于换热器周围，并使用容器密封。节流装置一般使用电子膨胀阀，用于控制冷媒流量。电控部件主要用于采集蓄热模块的进出管温度，并通过管温判断蓄热模块的状态，再根据需求控制电子膨胀阀开度调节模块中冷媒的流量。

外置式的蓄热模块根据机组的容量，可单独使用，也可以多个模块并联使用。并联的模块越多，储存的能量也越大，化霜过程可吸收的热量越多，化霜效果也越好。

4 蓄热模块的控制方法

蓄热模块的控制指的是蓄热模块的流量分配，冷媒流量分配策略优劣直接决定了制热效果、蓄热过程和化霜的效果。如果蓄热模块流量过大，那么普通制热内机的流量就会不足，造成制热能力差；如果蓄热模块流量太小，那么会造成蓄热效率低，化霜效果差，达不到预期的效果。蓄热模块的流量控制要综合考虑制热效果及化霜效果。

正常制热模式下，当蓄热材料的温度达到预期要求之后，就减小蓄热模块中的冷媒流量以节约能源，同时增强内机制热效果。当需要化霜时，就控制冷媒流量已达到最佳的换热效果，使化霜既快又彻底。

5 蓄热模块的设计要点

蓄热模块作为一种新型的空调系统的舒适性配件，具有较高的市场推广价值。一般来说，蓄热模块的设计应当遵循以下原则：

（1）选取的蓄热材料应当具备良好的传热性能，由于化霜过程时间短，蓄热模块应当在短时间内将自身的热量迅速的传递到换热器，才能保证化霜迅速又彻底，真正达到舒适性的目的；

（2）蓄热器需要具备易加工性的特点，生产成本不能太高，生产工艺简单，成本低的产品才容易在市场中推广应用，人们才更容易接受；

（3）蓄热模块设计的体积不能太大，应当具备安装的便捷性。因为蓄热模块需要安装于空调机组内部或安装于用户房间内，模块外形太大不利于安装，也影响美观。

结束语：采用蓄热除霜的空调机组在低温工况下具备良好的制热性能，可以有效的提高低温制热量，减小化霜过程中室温的波动，该技术可广泛应用于北方地区或是冬冷夏热地区，在高湿地区的效果应该尤为明显。该技术目前已在多联机系统上应用，并且已有相关产品面市，该技术的应用具有良好的发展前景。