分段化霜在家用分体空调上的应用研究

邵英

（珠海格力电器股份有限公司制冷技术研究院 广东珠海 519070）

1 引言

目前空调采用的化霜方式以逆循环化霜为主，化霜时为防止室内有冷风吹出会将室内风机关闭，造成室内制热的不连续，由于要向室内侧取热，因此不仅降低了制热周期的制热量，同时也降低了人体的热舒适性。

热气旁通化霜是将压缩机的高温排气旁通一部分到室外换热器进行融霜，融霜热量来源于压缩机，无需向室内取热，室内温度波动较逆循环化霜小，但化霜时室内供热仍然是间断的，在旁通量过大或低温的情况下，还存在压缩机液击的危险，因此限制了其大面积的应用。

空气融霜是冷库上采用的一种融霜方法，利用高于霜温的空气，通过翅片间的空隙，从霜的外部加热霜，融霜同时不影响系统的正常运行，但受空气温度高低的限制，一般只要空气温度高于3℃就可使用[1]。

本文将室外换热器分成上下两部分，制热和化霜同时进行，保证室内有持续的供热，化霜采用热气旁通化霜和空气融霜两种方法，对化霜效果、室内制热效果及对系统性能的影响进行了试验验证。试验结果对实际产品应用具有一定的指导意义。

2 实验测试

2.1 实验装置

利用一套32机进行改装，改后系统图见图1。

截止阀主要用于控制流路的通断，电子膨胀阀用于调节旁通流量的大小。电子膨胀阀规格为16D32。

室外换热器采用单排Ф7，中部空余一排孔未穿管，一根过冷管，排气引入点位于过冷管出口两流路的入口处。

分段化霜时各阀门的开关状态如下：

1）热气旁通分段化霜：

上部融霜：关闭截止阀3，打开截止阀1，调节电子膨胀阀1的开度确定最适合的融霜开度，融霜完毕后各阀全部打开。

下部融霜：关闭截止阀4，打开截止阀2，调节电子膨胀阀2的开度确定最适合的融霜开度，融霜完毕后各阀全部打开。

2）空气融霜分段化霜：

上部融霜：截止阀1、电子膨胀阀1保持关闭，关闭截止阀3，进行融霜，融霜结束后打开截止阀3。

下部融霜：截止阀2、电子膨胀阀2保持关闭，关闭截止阀4，进行融霜，融霜结束后打开截止阀4。

为保证化霜过程中室内的持续供热，实验过程中室内外风机均不关闭。

3 实验结果及分析

3.1 热气旁通实验

实验工况选择最容易结霜的恶劣化霜实验工况：20/-，0/0。由于上部化霜后融霜水会流到下部的霜层上形成冰，加大下部化霜的难度，因此在实验中均采用先下部后上部的化霜顺序。

3.1.1 采用Ф6旁通管

原机排气管采用Ф6管，为防止旁通流量过大，旁通管采用Ф6。实验过程中将支路上的截止阀全部打开，逐步调节电子膨胀阀开度，开度较小时化霜慢并且化不干净，无法进行连续的化霜。最后将开度加大到500B时才能勉强进行3个化霜周期，实验数据见表1。

从表1可以看出，选择开度500B的热气旁通，即使运行15分钟就进行第一次化霜，化霜时间仍比较长，下部3分钟，上部6分钟，且上部化6分钟后仍不是非常干净；又运行7分钟后进行第二次化霜，下部还是3分钟，上部6分钟化霜时间，下部的U型过冷管结冰，上部有余霜化不净；第三次运行20分钟后化霜，下部需要6分钟，上部需要18分钟，化霜太长，没等上部化霜干净，下部又结了很厚的霜层。分析产生如上现象的原因有两个：本身旁通的制冷剂流量过小（旁通管径的原因）和电子膨胀阀的阀孔内径过小造成的节流损失浪费了一部分热量，针对如上两个原因分别进行取消电子膨胀阀和增大旁通管径的方法进行试验验证。

表1 Ф6旁通管热气旁通分段化霜参数表

表2 Ф6旁通管取消电子膨胀阀热气旁通分段化霜参数表

3.1.2 采用Ф6旁通管取消电子膨胀阀

用Ф6的短管代替电子膨胀阀，实验中采用截止阀打开不同圈数来调节进入旁通支路的制冷剂量，看此方案是否可以实现连续化霜，实验数据见表2。

通过表2可以看出，取消电子膨胀阀后旁通流量有所增加，化霜时间有所减少，可以实现4个连续的化霜周期，在开2圈到2.5圈的时候（截止阀需要4.5圈全部打开/关闭），基本可以实现化霜干净，但底部的过冷管仍有冰残留。说明电子膨胀阀的使用确实会造成一部分节流损失，导致所需旁通流量加大。

3.1.3 采用Ф9.52旁通管

仅将旁通管由Ф6改为Ф9.52，截止阀和电子膨胀阀位置不变，利用截止阀控制通断，电子膨胀阀调节流量。实验数据见表3。

采用Ф9.52旁通管后，旁通流量明显加大，电子膨胀阀开度在150B左右即可完成化霜，并且化霜时间短，底部过冷管的霜也可以化掉，但化霜时的出风温度较Ф6旁通管时降低了约2～3℃,，化霜时的吸气温度也较Ф6旁通管时提高了7～8℃，说明旁通流量还是有些偏大，牺牲了一些室内的制热量。结合前面的两个实验可知，Ф9.52旁通管加电子膨胀阀的方案并未达到最优的调节，还存在优化的空间，可从降低热损失的角度，尝试采用Ф7或Ф8的旁通管配合大口径阀的方案。

1）化霜效果图

表3 Ф9.52旁通管热气旁通分段化霜参数表

表5 热气旁通分段化霜能力参数

两个化霜周期后，化霜前、完成下部化霜、全部结束化霜的效果图见表4。

2）制热能力与出风温度

用150B/250B的开度组合进行热气旁通分段化霜实验，2个小时内的制热能力及出风温度分别见表5和图2。

由表5可以看出，热气旁通分段化霜的制热量和能效比还是比较高的。由图2可以看出，采用热气旁通的化霜方式室内出风温度波动比较小，说明热气旁通化霜方式室内温度场较均匀，室内更舒适。因此，可以得出，室外0/0℃工况下，采用Ф9.52旁通管配合电子膨胀阀化霜，可以实现连续的化霜周期，膨胀阀开度组合在下部化霜150B、上部化霜250B的情况下较优。适当调节旁通管径和电子膨胀阀大小的组合可在化霜效果和室内出风温度间取得一个平衡点。

3.2 空气融霜实验

考虑到空气融霜不适合在低温及结霜量较大的工况下使用，本实验采用室外2/1℃工况，实验数据见表6。

表6共进行四次实验，每次运行时间20分钟，第一次与第二次霜很快化干净，运行时间非常短，从第三次化霜开始，化霜速度明显减慢，分析原因可能是前两次化霜时间短，霜虽然已经化完，但仍残留一部分的水分未蒸发完全，运行中残留的水结成冰晶，增加了后续化霜的难度。但表6能充分说明采用空气融霜方案在室外工况2/1℃时是可行的。

表6 空气融霜分段化霜参数表

表7 空气融霜分段化霜能力参数

空气融霜分段化霜与逆循环化霜制热能力与出风温度对比分别见表7、图3。

由表7可以看出，热气旁通分段化霜的制热量和能效比还是比较高的。由图3可以看出，采用热气旁通的化霜方式室内出风温度波动比较小，说明热气旁通化霜方式室内温度场较均匀，室内更舒适。

4 结论

通过不同化霜方案的试验测试，可以得出如下结论：

1）分段化霜可实现化霜时室内的连续供热，室内温度波动较逆循环化霜小；

2）热气旁通分段化霜在室外工况0/0℃、运行时间为15～20min的情况下能够实现连续运行四个化霜周期，且化霜效果较好；

3）热气旁通分段化霜中旁通管径和阀的使用会增加热量损失，导致所需旁通流量加大。实验中采用Ф9.52旁通管和16电子膨胀阀化霜效果较好，但出风温度偏低约29℃，存在进一步优化的空间，可尝试采用Ф7或Ф8的旁通管配合大口径阀的方案；

4）热气旁通分段化霜的化霜效果和室内出风温度是一个矛盾体，应用中需在两者之间进行取舍和平衡；

5）空气融霜分段化霜在室外工况2/1℃、运行时间为20min的情况下能够实现连续运行四个化霜周期，且化霜效果较好；

6）过冷管部分采用换热器上的融霜水进行融霜，因此在进行多个化霜周期后会出现结冰的现象，难于化干净，因此分段除霜不适合用在有过冷管的换热器上，但可作为一种辅助的化霜方法，用于提高能力和能效比。

[1]王斌,李晓虎等.空气融霜系统介绍.第七届全国食品冷藏链大会论文集.青岛,2010.

[2]石文星,李先庭,邵双全.房间空调器热气旁通法除霜分析及实验研究.制冷学报,2000,(2):29-35.

[3]黄东,袁秀玲,陈蕴光.风冷热泵冷热水机组热气旁通除霜与逆循环除霜的性能比较.中国制冷学会2005年制冷空调学术年会,中国,2005:408-414.