空气源热泵冷热水机组空气侧换热器结霜规律姚杨，姜益强，马良（哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨15009⑴过对霜形成机理的分析，建立了空气源热泵冷热水机组空气侧换热器的结霜模型，分析了空气的温度、相对湿度、迎面风速等对结霜的影响，得到了结霜量的变化规律，为进一步分析机组结霜工况的性能及采取有效的除霜控制方法提供了依据。

　　空气源热泵冷热水机组在冬季运行时，空气侧换热器表面结霜会降低换热器的传热系数，增加空气侧的流动阻力，减小机组的供热能力。5 ~0°C有雾或雨雪天气是恶劣的运行工况，此时，由于机组结霜严重，蒸发压力过低，常使机组停止运行；机组换向热气除霜时，压缩机润滑油常被带出，造成压缩机缺油；机组结霜严重时，制冷剂蒸发量急剧减少，因回液过多造成液击的可能性大大增加等。

　　上述问题主要取决于机组的结霜与除霜工况和机组的性能。必须对空气源热泵冷热水机组空气侧换热器结霜规律进行深入的研究。

　　基金项目：哈尔滨工业大学校科学研究基金资助项目（mT.200Q26）：姚杨（1963―）女，博士研究生，副教授；马良（1940-）男，教授，博士生导师。

　　1霜形成的机理空气源热泵冷热水机组冬季运行时，当空气侧换热器表面温度低于0°c且低于空气的露点温度时，换热器表面就会结霜。影响结霜的因素很多，如空气的温度、相对湿度、流速、换热器表面的温度等。结霜过程也很复杂，特别是复杂几何形状的翅片管式换热器。霜的形成大致可分为三个时期，即结晶生长期、霜层生长期和霜层充分生长期11.l.i结晶生长期当空气接触到低于其露点温度的冷壁面时，空气中的水分就会凝结成彼此相隔一定距离的结晶胚胎。水蒸气进一步凝结后，会形成沿壁面均匀分布的针状或柱状的霜的晶体。这个时期霜层高度增长大，而霜的密度有减少的趋势。

　　1.2霜层生长期当柱状晶体的顶部开始分枝时，就进入霜层姚杨，等：空气源热泵冷热水机组空气侧换热器结霜规律状的霜层，霜层表面趋向平坦。这个时期霜层高度增长缓慢，而密度增加较快。

　　1.3霜层充分生长期当霜层表面几乎成为平面时，进入霜层充分生长期。这以后，霜层的形状基本不变。霜层是由冰的结晶和结晶之间的空气组成，这就决定了霜层的一大特点，即霜是由冰晶构成的多孔性松散物质。

　　对霜层结构，国外学者提出各种各样的霜层模型，主要有霜的多孔模型、冰柱模型、多孔一冰柱混合模型等。每种模型各有其特点和局限性，本文将采用多孔模型建立结霜模型。

　　2结霜模型的建立霜的积累速率mfr由进出室外换热器空气湿度的变化决定，即为空气进、出换热器的含湿量，kgcg.由于霜的多孔性和分子扩散作用，在表面温度低于0°C的换热器上，沉降为霜的水分一部分用以提高霜层的厚度，一部分用以增加霜的密度121，即目前，计算用于霜密度变化的结霜量变化率均采用中的公式，但通过推导、计算，发现用该公式计算有误，使得采用该公式计算时mP>mfr.为此，建议采用根据理想气体状态方程和Clapeyron―Clausius方程推导出的下式计算用于霜密度变化的结霜量变化率：采用结霜模型和换热器传热特性模型对该换热器在不同工况下的结霜情况进行了模拟分析，得到了结霜量的变化规律，见~4.为空气温度和迎面风速一定（0°C、2.50m/s）时，不同相对湿度（65，75，85）下结霜量随时间的变化。由可见，随着相对湿度的增加，结霜量明显增加，这是由于相对湿度大空气中所含的水分多，温度降低使结霜量增加。为空气相对表1计算工况工况编号空气温度厂C相对湿度/风量/m3°蒸发温度，C过热度冷凝温度/C过冷度制冷剂流量/kg°s哈尔滨工业大学学报不同迎面风速下结霜量随时间的变化图i不同相对湿度下结霜量随时间的变化湿度75、迎面风速2.50m、一1时，不同温度下结霜量随时间的变化。由可见，随着温度的降低（由0°C降到一4°C），结霜量明显减少。这是因为相对湿度一定时，温度越低，空气中所含的水分越少，温度降低使结霜量减少。为不同工况下霜在不同管排间的积累量，管排数从制冷剂入口开始算起，该换热器在空气流动方向上的管排数为4排。由可见，越靠近制冷剂入口的管子，结霜越多，这与许多实验结果、观察结果相符。为空气温度、相对湿度一定（0°C、85）时，不同迎面风速（0.75量随时间的变化。由可见，随着风速的增加，结霜量明显减少，但在风速由3.50m/s增加到4.00m/s时，结霜量的变化很小，而阻力增加很大。因此，对于冬季运行的空气源热泵冷热水机组，可考虑采用适当增加空气侧换热器风量的方法以延缓结霜。

　　4结论（1）建议采用作者根据理想气体状态方程和Clapeyron―Clausius方程推导出的计算用于霜密度变化的结霜量变化率的公式。

　　（2）在空气流动方向上不同管排间结霜量不同。

　　（3）本文为延缓机组结霜并采取有效的除霜控制方法提供了依据。