近幾年來(lái)，空氣熱泵空調備受市場(chǎng)關(guān)注和歡迎。但空氣熱泵空調也存在不足：如熱泵型空調冬季制熱室外機容易結霜，制熱效果不理想；在一些低溫高濕環(huán)境中，制熱時(shí)長(cháng)較短以及頻繁除霜導致房間溫度頻繁波動(dòng)，用戶(hù)熱舒適性體驗差等。

　　本文我們將通過(guò)對變頻空氣能熱泵空調換熱器結霜機理分析，分析換熱器結霜的原因及對策，為后續解決變頻空氣熱泵空調在額定制熱工況下結霜問(wèn)題提供參考。

　　1、換熱器結霜機理

　　空氣熱泵空調在低溫高濕環(huán)境極易出現結霜現象，而且結霜過(guò)程極其復雜，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構等眾多影響因素，但換熱器結霜機理相同。

　　在額定制熱工況下，室外機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(zhù)于翅片和盤(pán)管表面形成霜層。

　　2、額定制熱工況結霜影響及分析

　　GB/T7725-2004《房間空氣調節器》第 5.1.2 條規定：

　　“熱泵型空調器的熱泵額定（高溫）制熱量應不低于其額定制冷量；對于額定制冷量不大于 7.1 kW 的分體式熱泵空調器，其熱泵額定（高溫）制熱量應不低于其額定制冷量的 1.1 倍；

　　GB/T7725-2004《房間空氣調節器》第 5.2.4 規定：

　　熱泵的實(shí)測制熱量不應小于熱泵額定制熱量的 95 %”，空調在額定制熱工況下運行時(shí)，室外機換熱器不應該出現結霜，否則制熱量可能不滿(mǎn)足國標 5.1.2 條和 5.2.4 條規定的要求，也會(huì )導致用戶(hù)熱舒適性體驗差。

　　某 50 變頻 3 級房間空調器，在額定制熱工況運行室外換熱器出現結霜現象，其系統配置表 1 所示， 室外換 熱器結霜現象如圖 1 所示。

　　2.1 空調在額定制熱工況下結霜常見(jiàn)原因分析及對策

　　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 ℃，則表明在空調系統內制冷劑在蒸發(fā)側的流量不足。當制冷劑不足時(shí)，蒸發(fā)壓力和冷凝壓力都將降低，用壓力表檢測高低壓側壓力會(huì )發(fā)現低于正常壓力，換熱器低壓側壓力低于正常壓力，蒸發(fā)溫度會(huì )降低并在表面局部結霜甚至出現冰層。

　　主要對策：

　　減短毛細管或增加制冷劑以增大系統流量。

　　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 調系統內制冷劑流量太大，制冷劑蒸發(fā)不完全導致?lián)Q熱器結霜。

　　主要對策：

　?、偌娱L(cháng)毛細管或減少制冷劑。

　?、谔岣呤彝?a target="_blank" class="keylink">風(fēng)機的轉速（同時(shí)要考慮室外機的噪聲）。

　?、?a href="http://www.cddfhmzs.com" target="_blank" class="keylink">變頻空調在滿(mǎn)足制熱量前提下，盡可能降低壓縮機運行頻率。

　?、芨睦淠髯吖?，提高換熱器的換熱效率。

　?、菁哟笫彝鈾C冷凝器。出于成本考慮，大部分廠(chǎng)商都是采用前四個(gè)對策方案解決因制冷劑蒸發(fā)不完全導致?lián)Q熱器結霜問(wèn)題。

　　2.1.3 室外換熱器分液不均

　　分液不均勻也是導致?lián)Q熱器結霜主要原因之一，常見(jiàn)分液不均勻一般為兩種，一種是分流器設計不合理，分流器本身分液不均勻導致?lián)Q熱器分液不均；另外一種是換熱器流路設計不合理，導致各流路分液不均。當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，并出現結霜現象。

　　當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 )導致?lián)Q熱器出現結霜現象。主要對策：選用分液均勻分流器和設計合理?yè)Q熱器流路，使各流路分液均勻。

　　2.2 方案驗證   

　　從圖 1 室外機結霜現象可見(jiàn)，結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霜主要原因，通過(guò)采集換熱器溫度數據，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)不完全導致室外機換熱器結霜。

　　根據以上分析，制定三種驗證方案：

　?、偌哟笫彝怙L(fēng)機轉速；

　?、跍p低壓縮機運行頻率；

　?、壅{整室外換熱器流路，調整前后流路方案如圖 2 和圖 3 所示；

　　2.3 方案驗證情況分析    

　　原機和三種優(yōu)化方案驗證情況如表 3 所示，該機型銘牌標示額定制熱 6 800 W，國標要求熱泵的實(shí)測制熱量不應小于熱泵額定制熱量的 95 %，即實(shí)測制熱量應≥ 6 800×0.95=6 460 W，原機額定制熱測試運行22 min，外機換熱器開(kāi)始緩慢結霜能力衰減，實(shí)測額定制熱量 6 032 W，不滿(mǎn)足國標要求。

　　通過(guò)加大室外風(fēng)機轉速，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，運行73 min 后換熱器開(kāi)始結霜，能力較原機提升 300 W 左右，說(shuō)明該方案對該機型室外換熱器結霜問(wèn)題有改善。

　　通過(guò)進(jìn)一步 降低壓縮機運行頻率，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，運行 105 min后，室外換熱器才開(kāi)始結霜，由于壓縮機運行頻率降低，實(shí)測額定制熱量提升不明顯，但也說(shuō)明降低壓縮機運行頻率，也可以改善該機型制熱結霜問(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 ℃，連續運行 180 min 均未出現制熱能力衰減、換熱器結霜現象，實(shí)測額定制熱量 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)冷管設計可以獲得較好的制冷能力、能效；采用少的過(guò)冷管設計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，對制熱性能有提升，但制冷性能會(huì )降低；經(jīng)對比測試，額定制冷量降低 80 W，全年能效消耗效率 APF 降 低 0.02，原機余量較充足，仍滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)要求。

　　3、結論與建議

　　1）對于額定制熱實(shí)驗過(guò)程中，如果發(fā)現室外換熱器進(jìn)出口溫度小于 1 ℃，建議工況穩定后運行 3 h 再記錄測試數據；如果測試過(guò)程中發(fā)現室外換熱器進(jìn)出口溫度小于 0 ℃，則說(shuō)明換熱器有結霜隱患，則可以提前結束實(shí)驗。

　　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 ℃，則表明在空調系統內制冷劑在蒸發(fā)側的流量不足。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 ℃，表明系統流量太大，導致制冷劑蒸發(fā)不完全。

　　3）如果是室外換熱器制冷劑蒸發(fā)不完全導致結霜，通過(guò)提升外機轉速，提高室外換熱器蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)溫度和通過(guò)減低壓縮機運行頻率、加長(cháng)毛細管長(cháng)度或減少制冷劑灌注量，可改善換熱器結霜問(wèn)題。

　　4）室外換熱器流路不均勻額定制熱結霜主要原因之一，調整流路使分流均勻可改善制熱結霜問(wèn)題，但需同步考慮調整流路后對制冷性能的影響。