400 空气源热泵-除霜-控制

400 空气源热泵-除霜-控制

背景

除霜问题在很多领域都存在，如空气源热泵、冰箱、冷库等。

除霜控制的基本内容是确定何时开始除霜、如何控制除霜参数、何时停止除霜。

如果除霜开始过早，室外换热器表面还没有多少霜就除霜，会浪费能量；除霜开始过晚，室外换热器表面霜层过厚，会影响热泵制热量，较厚霜层运行时热泵的制热系数也偏低。

除霜过程中如果对室外换热器加热功率偏低，会使除霜时间过长；如果加热功率过大，采用换热器内的热泵工质加热等方法可能使液态热泵工质进入压缩机，或影响室内侧舒适性等。

室外换热器表面霜层已融除完毕如果不及时停止除霜，会造成能量浪费；如果霜层还没有除尽排净就停止除霜，会使热泵开机制热运行时室外换热器迅速结冰和结霜。

总体而言，理想的除霜控制是相关硬件简单可靠，该除霜时开始除霜，除霜过程快速、节能、安全、舒适、可靠，该停止除霜时结束除霜，关键是如何判断和实现。

空气参数-时间法

通过传感器测量进出室外换热器空气的温湿度，结合运行时间确定结霜量，进而实现除霜开始和结束控制。

风压-风机参数法

室外换热器表面结霜后，空气流过换热器的阻力发生变化，风机前后压力变化，风机风量、电流等均变化，根据上述参数也可进行除霜控制。

热泵工质参数法

室外换热器表面有霜层后，换热器内的热泵工质参数也与无霜时明显不同，如蒸发温度和压力下降，制热量下降等，也可作为除霜控制的依据。

换热管-翅片参数法

室外换热器表面有霜后，不但换热管或翅片表面与环境空气之间的温差等热参数发生变化，其他参数，如电、声、光等与空气之间的传递参数也有明显变化，也可作为除霜控制的参考。

机器视觉法

通过成像器件和图像分析算法，判定室外换热器表面霜的有无、多少等，也可作为除霜控制参考。

除霜过程控制

装置类型、用户要求、环境条件、除霜方法等不同，对除霜控制均有不同要求。

如不同地区的空气源热泵，根据当地气候条件，室外换热器的翅片间距不同，对允许的霜层厚度也不同，除霜开始的判定也不同。

不同的除霜方法消耗的能量类型不同。如电热法、热气旁通法等消耗的除霜能量是电能；逆循环法、蓄热法等消耗的除霜能量是热泵制取的热能；就除霜耗能成本而言，同样消耗1MJ除霜能量，电能的成本可能是热能的2～4倍。

不同的除霜方法对除霜过程的精细控制要求也不同，如热气旁通法，开始除霜时关闭室外换热器供液电磁阀后压缩机可继续短时间运行把室外换热器器中的多余热泵工质排入冷凝器和贮液器并防止返流，使除霜过程中在压缩机、室外换热器之间循环的热泵工质数量适宜；且该除霜方法的热能来源主要是压缩机运行消耗的电能，也通过适宜调控使除霜时间、热泵工质的过热度等均适宜等。

组合控制

实际应用时，可能需要对多种除霜控制策略进行组合，或以此为基础实现智能除霜控制，以避免误操作，实现除霜过程的精细控制。

这是由于采用单一控制策略时可能会出现误操作；如基于空气温湿度的除霜控制，当传感器探头故障或与空气接触不畅时可能会出现误操；基于风机参数控制除霜时，局部短时大风可能影响参数稳定性；基于热泵工质控制除霜时，膨胀阀调节、压缩机调节、工质泄漏等均可能干扰除霜判断；基于机器视觉时，柳絮等污染物可能引起误操作等。

控制硬件

控制策略的实现需要控制硬件，控制硬件包括仪表（如温度传感器等）、控制器（如温度控制器、单片机、PLC等）、执行器（如电热件、变频器、电磁阀等）等。

除霜控制设计时需要根据具体装置和项目对控制硬件进行优化，好的控制硬件应该便宜、简单、可靠。

如某些情况下，简单的温度-湿度-时间-电热除霜控制可能就有很好的效果，温湿度控制器、时间控制器和电热元件总计可能百元左右。

有些情况下可能需要采用PLC等为基础的精细除霜控制，相关硬件成本可能千元以上。

除霜控制发展

除霜控制方面还有很多课题，如除霜方法方面，现有除霜方法的精细优化，新的低能耗、快速、安全除霜方法开发等。

除霜控制策略方面，如除霜控制参数的优选，除霜开停的精细控制，基于参数冗余或多层次参数分析的除霜控制可靠性，有自适应、自整定功能的智能除霜控制，除霜控制或执行件故障时系统的自保护或软处理等。

除霜控制硬件方面，如适应除霜要求的专用传感器及安装组件，低成本、操作方便、功能适宜、可靠性好的专用除霜控制器等。