空氣源熱泵用于供熱時(shí)，當(dāng)室外換熱器表面溫度同時(shí)低于0℃和濕空氣對(duì)應(yīng)露點(diǎn)溫度時(shí)，翅片表面很有可能結(jié)霜。為了防止室外換熱器傳熱惡化，并保證空氣能夠順利流過(guò)換熱器翅片，應(yīng)當(dāng)及時(shí)清除翅片表面的積霜。因此，研發(fā)高效的抑霜除霜技術(shù)對(duì)于空氣源熱泵非常重要。

（僅為示意圖，不對(duì)應(yīng)文中任何產(chǎn)品）

1、抑霜技術(shù)

濕度是影響霜形成的關(guān)鍵因素，因此，通過(guò)固體或液體除濕的抑霜技術(shù)得到了充分的發(fā)展。就固體除濕劑而言，主要包括硅膠、硅酸鹽和活性炭；而液體除濕劑主要包括氯化鋰、溴化鋰、氯化鈣和乙二醇，液體除濕劑可以直接噴到空氣進(jìn)口或室外換熱器表面上。除濕不僅降低了空氣的濕度，由于吸附或吸收過(guò)程會(huì)釋放熱量、空氣溫度還會(huì)升高。

然而，固體/液體除濕抑霜技術(shù)主要缺點(diǎn)是需要再生。固體和液體除濕劑都需要再生才能連續(xù)運(yùn)行，這限制了其在空氣源熱泵中的應(yīng)用。其中，相比于固體除濕劑，液體除濕劑的再生溫度明顯要低。

另一種重要的抑霜技術(shù)是改變室外換熱器表面特性的表面處理技術(shù)。如下圖所示，根據(jù)接觸角的不同，材料表面可以被分為親水性、疏水性和超疏水性。親水性表面通過(guò)干擾冰晶形成和水分子固定來(lái)抑制結(jié)霜過(guò)程。

相比于光滑表面，疏水性表面冷凝液滴分布更為稀疏，可以延遲液滴的凍結(jié)并延緩結(jié)霜。而超疏水表面可以通過(guò)在霜形成前“彈出”微小的水滴，這樣能更為有效的抑制結(jié)霜。表面處理技術(shù)高效、廉價(jià)且環(huán)保，但唯一需要解決的問(wèn)題就是表面涂層的長(zhǎng)期有效性。

親水、疏水和超疏水表面的接觸角

此外，相關(guān)研究也提出了超聲波振動(dòng)、空氣射流、外加交流或直流電場(chǎng)和外加磁場(chǎng)的方法，用于防止或延緩結(jié)霜。然而，由于這些技術(shù)都需要昂貴的設(shè)備和較大的能耗，因此很大程度上限制了它們?cè)趯?shí)際工程上的應(yīng)用。

2、除霜方法

相比于抑霜技術(shù)，除霜技術(shù)主要是嘗試及時(shí)有效的清除換熱器表面的霜層。通常來(lái)講，有下圖所示的五種基礎(chǔ)的除霜方式，包括：

（1）壓縮機(jī)停機(jī)除霜；

（2）電熱除霜；

（3）熱水噴淋除霜；

（4）熱氣旁通除霜以及

（5）逆循環(huán)除霜。

其中，逆循環(huán)除霜和熱氣旁通除霜是空氣源熱泵最常見(jiàn)的除霜方式。

在壓縮機(jī)停機(jī)除霜模式中，壓縮機(jī)停機(jī)、室外機(jī)風(fēng)扇持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使室外空氣持續(xù)經(jīng)過(guò)室外換熱器以進(jìn)行除霜。這種方法只有在室外溫度高于0℃時(shí)才能工作，并且除霜時(shí)間長(zhǎng)，但是其成本低廉。此外，可以在室外換熱器上安裝電熱器以加速霜的融化。值得注意的是，由于電是一種高品質(zhì)能源，這限制了電熱除霜在家用空氣源熱泵的應(yīng)用。對(duì)于熱水噴淋除霜，需要在室外熱交換器上噴淋熱水、并同時(shí)關(guān)閉室外機(jī)的風(fēng)扇。熱水除霜方法僅適用于特定場(chǎng)合，而非所有的空氣源熱泵。

逆循環(huán)除霜法是最傳統(tǒng)的空氣源熱泵除霜方法。在除霜過(guò)程中，四通閥換向，室外換熱器作為冷凝器、室內(nèi)換熱器作為蒸發(fā)器，高溫制冷劑流入室外盤(pán)管使霜融化。同時(shí)，為了避免除霜過(guò)程產(chǎn)生不舒適感，室內(nèi)機(jī)的風(fēng)扇也會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

對(duì)于熱氣旁通除霜，壓縮機(jī)排出的制冷劑一部分將進(jìn)入室外換熱器融霜，另一部分進(jìn)入室內(nèi)換熱器制熱，這是工業(yè)用空氣源熱泵機(jī)組普遍采用的方法。該方法避免了逆循環(huán)除霜中出現(xiàn)的反向沖擊和“跑油”問(wèn)題，并且能夠在除霜過(guò)程中使室內(nèi)保持良好的舒適性。

如前所述，逆循環(huán)除霜和熱氣旁通除霜是應(yīng)用最廣泛、最基礎(chǔ)的除霜方法。在此基礎(chǔ)上，還有一些發(fā)展改進(jìn)逆循環(huán)除霜和熱氣旁通除霜的技術(shù)。

利用蓄熱是一種典型的基于逆循環(huán)除霜發(fā)展的新型除霜方法。在這項(xiàng)技術(shù)中，相變材料在熱泵制熱階段蓄存壓縮機(jī)殼體的散熱或多余制熱，其作為熱源用于除霜。這種方式可以有效縮短除霜時(shí)間，提升除霜過(guò)程中的室內(nèi)舒適性，并降低壓縮機(jī)濕壓縮風(fēng)險(xiǎn)。此外，在熱氣旁通除霜的基礎(chǔ)上，還提出了顯熱除霜方法，這種方法將壓縮機(jī)排出部分制冷劑先通過(guò)膨脹閥節(jié)流、再進(jìn)入室外換熱器除霜，適用于大容量空氣源熱泵機(jī)組。

3、除霜控制策略

除了除霜技術(shù)，除霜開(kāi)始和終止的控制方法是影響空氣源熱泵除霜性能的另一個(gè)關(guān)鍵因素?！盁o(wú)霜除霜、有霜不除”將導(dǎo)致糟糕的除霜效果，這在實(shí)際產(chǎn)品中非常常見(jiàn)。

為了獲得合適的除霜開(kāi)始時(shí)間，現(xiàn)有研究提出了時(shí)間控制法、時(shí)間-溫度控制法、時(shí)間-溫差控制法和過(guò)熱度控制法。時(shí)間控制法是目前應(yīng)用最廣泛的控制方法，它以固定的時(shí)間周期自動(dòng)除霜。相比之下，時(shí)間-溫度控制法則還需要測(cè)量室外換熱器的表面溫度，時(shí)間-溫差控制法則需要得到室外空氣與蒸發(fā)器表面的溫差。然而，時(shí)間、溫度并不是導(dǎo)致結(jié)霜的唯一因素，環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和部分負(fù)荷率也會(huì)影響制熱性能和霜的形成。

更智能的除霜方法側(cè)重于“按需除霜”，這些智能除霜啟動(dòng)方法包括：

（1）利用全息干涉技術(shù)測(cè)量霜層的厚度；

（2）使用紅外溫度計(jì)測(cè)量霜層表面溫度；

（3）測(cè)量制冷劑流動(dòng)的穩(wěn)定性；

（4）使用光耦、光電系統(tǒng)或光纖傳感器測(cè)量霜層厚度；

（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)霜量；

（6）分析翅片表面溫度獲得有效質(zhì)量流量分?jǐn)?shù)；

（7）測(cè)量室外機(jī)風(fēng)路壓降或室外機(jī)風(fēng)機(jī)電流。以上提到的這些技術(shù)還不成熟，仍需進(jìn)一步測(cè)試和開(kāi)發(fā)。

目前，除霜終止的控制方法主要基于室外換熱器管翅表面的溫度、制冷劑壓降以及除霜時(shí)間。翅片管表面溫度是最常用來(lái)判斷的方法。當(dāng)其表面溫度達(dá)到設(shè)定的終止溫度時(shí)，空氣源熱泵將退出除霜進(jìn)入制熱模式。設(shè)置的終止溫度取決于室外工況和不同的要求，對(duì)于室外機(jī)多回路的空氣源熱泵機(jī)組，檢測(cè)最下面盤(pán)管出口表面的溫度是最常用的方法。