四种除霜方法概述

目前主要运用比较多的四种除霜方法：

1）、换向逆循环法；

2）、热气旁通法；

3）、电加热除霜法；

4）、水冲霜方法

2 换向逆循环法

换向逆循环是目前热泵普遍采用的除霜技术。 下图所示为换向逆循环除霜原理。

供热时，室外空气中水蒸气潜热被制冷剂吸收后转化为霜附着在换热器表面，堵塞了翅片通道，阻碍了空气流动，导致供热量下降。此时，四通阀换向，系统以逆循环制冷模式运行，霜层融化排走，随后热泵恢复制热模式。

由于换向除霜仅需一个四通阀，具有空间需求 小、成本低、技术成熟等优点，被广泛采用。但该方法也存在较多问题，如室内舒适度差、凝结水滞留、除霜耗时长、能耗高、能量来源不足、除霜不均匀等；

3 热气旁通法除霜

如下图所示为空气源热泵热气旁通除霜原理。除 霜时，系统不换向，电磁阀开启，关闭风机，压缩机的排气从电磁阀进入蒸发换热器除霜，除霜结束后的制冷剂通过四通阀被压缩机吸入。

与逆循环法相比，热气旁通法可改善室内舒适性 和降低除霜能耗，研究表明，热气旁通除霜性能优于逆循环，其供热量和ＣＯＰ 分别提高５. ７％和８. ５％。除霜后室内恢复正常供热所需时间比逆循环缩短２５％。

热气旁通除霜技术存在的问题还未解决，主要包 括：

１）、除霜时间较长，除霜不干净；

２）、当霜层厚且密度较大时，除霜时间过长，室内舒适性恶化，压缩机可能损坏。

因此建议应结合变频压缩机、电加热、余热回收型热泵、合理的阀门开度和控制策略等进一步深入研究。

4 电加热法除霜

电加热普遍应用于冷风机除霜 和冷库除 霜 。通常，将电热管或电热丝安置在室外换热器表面或镶嵌在换热器翅片内。电加热管安置在换热器前的除霜方式结构简单、设计成本低。

该方法消耗高品质的电能，除霜时部分热量会 散至周围冷环境，增加了能耗，降低了融霜效率；同时，电热丝或热管寿命短，存在安全隐患。特别在制冷系统中，电加热除霜对低温冷库温度场的影响较大。

为解决这一问题，王栋等设计了 电动隔断装置用以阻止 除霜时热量传至周围冷环境。结果表明，增加隔断装置后，电加热除霜时冷风机内温度波动平缓，冷库温度变化波动较小，除霜耗能明显降低，冷负荷降低，除霜时间缩短，除霜效率提高。因此，该方法有待在空气源热泵电加热除霜中进一步应用研究。

5 抑制除霜—空气参数

空气温度、湿度和流速是研究室外空气对结霜影 响的主要参数。其中，温度和湿度的共同作用可导致霜层的形成。如下图 所示，湿空气Ａ 首先冷却至露点温度Ｂ，随后继续冷却下降至过冷温度Ｃ，最后相变过程发生，形成固相霜Ｄ 。

可见，空气温度和湿度是导致空气源热泵冬季运行性能恶化的两个重要

因素。

提高空气的温度与降低空气的湿度，可以抑制结霜的产生；另外，空气流速的增大可能会使换热器冷表面 上初期形成的冷凝水分散并脱离，从而抑制结霜过程。

6 抑制除霜—换热器结构

应尽可能采用大迎风面积、非等间距翅片或大间 距翅片、表面不平整翅片和管排数小的换热器结构，以实现延长结霜周期的目的。

目前，已有室外侧迎风面积、翅片间距、翅片类型和管排数对换热器表面结霜和系统性能影响的研究。研究表明，翅片的非均匀布置和旋流器的使用已证明可以提高蒸发器的热力性能。

7 抑制除霜—冷表面温度

与空气温度、流速和换热器结构相比，冷表面温 度和空气湿度对结霜的影响更显著，实验研究了冷表面温度对结霜过程的影响。结果表明，随冷表面温度降低，霜层形成越快，且霜层形态也由开始的针状变为柱状。

冷表面温度对结霜速率、除霜频 率、结霜高度、结霜量和结霜密度均有显著影响。研究还指出，冷表面温度越低，结霜速率升高，霜层生长高度增大，导致除霜越频繁；另外，冷面温度降低，单位时间结霜量减小，结霜厚度增大，霜层越疏松，这是因为结霜速率快，霜层未能及时回融、塌陷。

综上所述，实现较高的冷表面温度可以有效抑制 结霜过程。

8 抑制除霜—翅片表面改性

目前，通过改变冷表面特性来抑制结霜的研究较 多。接触角是衡量表面特性变化的重要参数之一。如下 所示为不同表面上液滴。

由上图可知，接触角θ ＜９０°的面为亲水表面，９０° ＜ θ ＜ １５０°为疏水表面，θ ＞１５０°为超疏水表面。

如下表 所示，与裸表面和亲水表面相比，超疏水表面可有效降低结霜厚度和质量。同时，超疏水表面的压降和总传热性能较好。

9 总结

本文在对冷表面结霜机理研究现状简述的基础 上，总结了影响霜层生长的各种因素和除霜／ 抑霜技术，综述了３ 种主要空气源热泵除霜方法的研究现状，分析了改变空气参数、换热器结构和冷表面温度的抑霜效果，概括了表面改性抑霜技术的研究进展。

主要结论如下：

１）结霜过程不仅是一个气液固或气固相变过 程，也是一个复杂的传热传质过程；由于受各种因素的相互影响，霜层导热系数的精确检测较为困难，全面反映其变化的通用模型尚未看到；

２）针对逆循环除霜过程中存在的能量来源不 足、效率低、除霜不均匀等缺点，国内外学者通过实验、模拟及技术改进研究已获得较大改善。且多回路室外盘管均匀除霜的实验研究还不够系统、模型不够完善。

３）热气旁通减轻了逆循环除霜时室内舒适性恶 化的问题。但热气旁通除霜的热量全部来自压缩机，除霜时间较长，除霜不干净；当霜层较厚且密度较大时，室内环境会变差，压缩机可靠性会受到影响。因此，应结合变频压缩机、电加热、余热回收、阀门开度等手段进一步优化。

４）电加热除霜提高了室内舒适性和系统ＣＯＰ， 其除霜效率还偏低，合理的电加热部件安装位置尚未提出；对不同环境下，电加热除霜的性能、空气与霜层和冷表面的传热传质机理等还有待深入研究。

５）冷表面温度和空气湿度对结霜过程的影响最 显著。表面疏水或超疏水性处理可有效抑制结霜过程，但仍会出现疏水失效现象，同时，超疏水表面与空气换热特性方面的研究还较少。

综上所述，对比除霜方式，与逆循环和热气旁通 相比，电加热除霜可提供较好的室内环境和较高的系统除霜性能。不同除霜方式适合不同地区和使用场合，需要加强除霜对舒适性和能耗影响的研究。