鏈接：技術(shù)：熱泵型空調(diào)額定制熱室外換熱器結(jié)霜原因分析及對(duì)策

來(lái)源：朱晉清

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本文將以空氣熱泵空調(diào)開(kāi)發(fā)過(guò)程中在額定制熱工況下室外機(jī)換熱器出現(xiàn)結(jié)霜的變頻空調(diào)器為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)換熱器結(jié)霜機(jī)理分析，分析換熱器結(jié)霜的原因及對(duì)策，為后續(xù)解決變頻空氣熱泵空調(diào)在額定制熱工況下結(jié)霜問(wèn)題提供參考。

1、換熱器結(jié)霜機(jī)理
空氣熱泵空調(diào)在低溫高濕環(huán)境極易出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，而且結(jié)霜過(guò)程極其復(fù)雜，涉及到環(huán)境溫濕度、空氣流量、換熱器翅片類(lèi)型及間距、翅片表面特性以及霜層結(jié)構(gòu)等眾多影響因素，但換熱器結(jié)霜機(jī)理相同。
在額定制熱工況下，室外機(jī)換熱器用于制冷劑蒸發(fā)，空氣流經(jīng)換熱器時(shí)，如果換熱器翅片和盤(pán)管溫度低于空氣露點(diǎn)溫度，且換熱器翅片和盤(pán)管表面溫度低于0℃時(shí)，其所含的水分就會(huì)析出并附著于翅片和盤(pán)管表面形成霜層。

2、額定制熱工況結(jié)霜影響及分析
依據(jù) GB/T7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》第5.1.2條規(guī)定：
“熱泵型空調(diào)器的熱泵額定（高溫）制熱量應(yīng)不低于其額定制冷量；對(duì)于額定制冷量不大于7.1 kW 的分體式熱泵空調(diào)器，其熱泵額定（高溫）制熱量應(yīng)不低于其額定制冷量的1.1倍；
依據(jù) GB/T7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》第5.2.4規(guī)定：
熱泵的實(shí)測(cè)制熱量不應(yīng)小于熱泵額定制熱量的95 %”，空調(diào)在額定制熱工況下運(yùn)行時(shí)，室外機(jī)換熱器不應(yīng)該出現(xiàn)結(jié)霜，否則制熱量可能不滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)5.1.2條和5.2.4條規(guī)定的要求，也會(huì)導(dǎo)致用戶(hù)熱舒適性體驗(yàn)差。
某 50 變頻 3 級(jí)房間空調(diào)器，在額定制熱工況運(yùn)行室外換熱器出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，其系統(tǒng)配置表 1 所示， 室外換熱器結(jié)霜現(xiàn)象如圖 1 所示。

2.1 空調(diào)在額定制熱工況下結(jié)霜常見(jiàn)原因分析及對(duì)策

2.1.1 制冷劑循環(huán)量不足
在額定制熱工況下，如果制熱流向室外換熱的進(jìn)口溫度小于 0 ℃，則表明在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑在蒸發(fā)側(cè)的流量不足。當(dāng)制冷劑不足時(shí)，蒸發(fā)壓力和冷凝壓力都將降低，用壓力表檢測(cè)高低壓側(cè)壓力會(huì)發(fā)現(xiàn)低于正常壓力，換熱器低壓側(cè)壓力低于正常壓力，蒸發(fā)溫度會(huì)降低并在表面局部結(jié)霜甚至出現(xiàn)冰層。
主要對(duì)策：減短毛細(xì)管或增加制冷劑以增大系統(tǒng)流量。

2.1.2 制冷劑循環(huán)量過(guò)大
在額定制熱工況下，制熱流向室外換熱器的出口溫度小于 0 ℃ , 室外換熱器的進(jìn)口溫度大于1℃ , 則表明空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑流量太大，制冷劑蒸發(fā)不完全導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)霜。
主要對(duì)策：
①加長(zhǎng)毛細(xì)管或減少制冷劑。
②提高室外風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（同時(shí)要考慮室外機(jī)的噪聲）。
③變頻空調(diào)在滿(mǎn)足制熱量前提下，盡可能降低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率;
④更改冷凝器走管，提高換熱器的換熱效率。
⑤加大室外機(jī)冷凝器。出于成本考慮，大部分廠商都是采用前四個(gè)對(duì)策方案解決因制冷劑蒸發(fā)不完全導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)霜問(wèn)題。

2.1.3 室外換熱器分液不均
分液不均勻也是導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)霜主要原因之一，常見(jiàn)分液不均勻一般為兩種:
一種是分流器設(shè)計(jì)不合理，分流器本身分液不均勻?qū)е聯(lián)Q熱器分液不均；
一種是換熱器流路設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致各流路分液不均。
當(dāng)某一路或幾路制冷劑流量不足時(shí)，流量不足的流路蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度偏低，并出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。當(dāng)某一路或幾路 制冷劑流量過(guò)大，制冷劑蒸發(fā)不完全，也會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器 出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。主要對(duì)策：選用分液均勻分流器和設(shè)計(jì)合理?yè)Q熱器流路，使各流路分液均勻。

2.2 方案驗(yàn)證
從圖 1 室外機(jī)結(jié)霜現(xiàn)象可見(jiàn)，結(jié)霜主要在換熱器上部和中下部，初步分析室外換熱器分液不均勻是結(jié)霜主要原因，通過(guò)采集換熱器溫度數(shù)據(jù)，如表 2 所示，各流路進(jìn)口溫度均為正值，出口 1 和出口 3 溫度為負(fù)值，分析是室外換熱器第 1 流路和第 3 流路制冷劑流量過(guò)大，蒸發(fā)不完全導(dǎo)致室外機(jī)換熱器結(jié)霜。
根據(jù)以上分析，制定三種驗(yàn)證方案：
①加大室外風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速
②減低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率
③調(diào)整室外換熱器流路
調(diào)整前后流路方案如圖2和圖3所示

2.3 方案驗(yàn)證情況分析
原機(jī)和三種優(yōu)化方案驗(yàn)證情況如表3所示，該機(jī)型銘牌標(biāo)示額定制熱6800W，國(guó)標(biāo)要求熱泵的實(shí)測(cè)制熱量不應(yīng)小于熱泵額定制熱量的 95%，即實(shí)測(cè)制熱量應(yīng)≥ 6800×0.95=6460W，原機(jī)額定制熱測(cè)試運(yùn)行22min，外機(jī)換熱器開(kāi)始緩慢結(jié)霜能力衰減，實(shí)測(cè)額定制熱量6032W，不滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求。通過(guò)加大室外風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提升室外換熱效率，換熱器出口1和出口3溫度提升1.7℃、0.7℃，但還是低于0 ℃以下，運(yùn)行73min 后換熱器開(kāi)始結(jié)霜，能力較原機(jī)提升300W左右，說(shuō)明該方案對(duì)該機(jī)型室外換熱器結(jié)霜問(wèn)題有改善。

通過(guò)進(jìn)一步降低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，減少制冷劑質(zhì)量流量，出口1和出口3溫度進(jìn)一步提高，運(yùn)行105min 后，室外換熱器才開(kāi)始結(jié)霜，由于壓縮機(jī)運(yùn)行頻率降低，實(shí)測(cè)額定制熱量提升不明顯，但也說(shuō)明降低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，也可以改善該機(jī)型制熱結(jié)霜問(wèn)題。
室外換熱器優(yōu)化流路后，各流路出口溫度分別為1.8℃、1.5℃和2.2℃，連續(xù)運(yùn)行 180min 均未出現(xiàn)制熱能力衰減、換熱器結(jié)霜現(xiàn)象，實(shí)測(cè)額定制熱量6 846 W 滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)要求。在壓力損失允許的 情況下，采用多的過(guò)冷管設(shè)計(jì)可以獲得較好的制冷能力、能效；采用少的過(guò)冷管設(shè)計(jì)可以獲得較好的制熱能力、能效。
室外換熱優(yōu)化流路后過(guò)冷管由原來(lái)5根減為3根，對(duì)制熱性能有提升，但制冷性能會(huì)降低；經(jīng)對(duì)比測(cè)試，額定制冷量降低 80W，全年能效消耗效率 APF 降低0.02，原機(jī)余量較充足，仍滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)要求。

3、結(jié)論與建議
1）對(duì)于額定制熱實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)室外換熱器進(jìn)出口溫度小于 1 ℃，建議工況穩(wěn)定后運(yùn)行3 h再記錄測(cè)試數(shù)據(jù)；如果測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)室外換熱器進(jìn)出口溫度小于 0 ℃，則說(shuō)明換熱器有結(jié)霜隱患，則可以提前結(jié)束實(shí)驗(yàn)。
2）在額定制熱工況下，如果制熱流向室外換熱的進(jìn)口溫度小于0℃，則表明在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑在蒸發(fā)側(cè)的流量不足。制熱流向室外換熱的出口溫度小于0℃，室外換熱的進(jìn)口溫度大于1℃，表明系統(tǒng)流量太大，導(dǎo)致制冷劑蒸發(fā)不完全。
3）如果是室外換熱器制冷劑蒸發(fā)不完全導(dǎo)致結(jié)霜，通過(guò)提升外機(jī)轉(zhuǎn)速，提高室外換熱器蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)溫度和通過(guò)減低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率、加長(zhǎng)毛細(xì)管長(zhǎng)度或減少制冷劑灌注量，可改善換熱器結(jié)霜問(wèn)題。
4）室外換熱器流路不均勻額定制熱結(jié)霜主要原因之一，調(diào)整流路使分流均勻可改善制熱結(jié)霜問(wèn)題，但需同步考慮調(diào)整流路后對(duì)制冷性能的影響。