空调换热器优化除霜技术分析.pdf

2612023中国家电科技年会论文集0 引言随着空调技术的不断发展及人民对生活水平要求的提高，空调制热功能已经成为大多数空调的标配功能，在没有集体供暖的南方地区，空调制热也是很多家庭冬季使用的取暖方式，因此，空调制热时的用户体验也十分重要。使用制热功能时，低温的外界环境易使空调室外冷凝器发生结霜，南方冬季空气湿度大，在这种低温高湿的情况下，室外机换热器结霜就变得更为严重，因此除霜功能的智能化判断显得格外重要。陆丽华1对国外提出的自适应除霜开展了研究，其除霜效果节能高效。王现林2提出了一种新型外加热源辅助制热空气源热泵系统，化霜期间仍能提供不低于38的出风，舒适性体验得到较大改善。姬安生3采用蓄热，选用十二水磷酸氢二钠作为相变蓄热材料，结果表明，除霜时间，制热量，制热温度波动都极大改善。陈守海4根据制冷剂分布与系统特征规律，提出提高除霜速度及除霜后快速作者简介：乔瀚（1995），男，硕士学位。研究方向：制冷空调。地址：山东省青岛市崂山区松岭路399号。E-mail：。空调换热器优化除霜技术分析乔瀚 闫付强 王树涛 徐春峰 蒋贤国海信（山东）空调有限公司 山东青岛 266000摘 要：空调制热时，尤其在低温高湿的情况下，空调室外冷凝器易结霜。除霜的效果、产生的噪声以及除霜对制热能力的影响都对用户体验产生极大影响，尤其在南方低温高湿度的情况下，结霜严重，不易清除且影响制热能力，进而影响用户制热体验。针对空调在低温高湿的环境下的除霜控制逻辑进行了优化，提出压缩机、四通阀和电子膨胀阀的联合控制技术，通过室外盘管温度与室外环温，智能判断结霜程度，提高了空调室外换热器在低温高湿工况下的除霜效果，能够使系统做到智能判断及时除霜，并提高了相同工况下的制热效果，实现制热的用户体验提升明显。优化了节流阀及四通阀在除霜中的动作，以此降低了除霜噪声。关键词：空调；除霜优化；噪声；制热能力Analysis of optimized defrosting technology for air conditioner heat exchangerQIAO Han YAN Fuqiang WANG Shutao XU Chunfeng JIANG XianguoHisense(Shandong)Air Conditioner Co.,Ltd.Qingdao 266000Abstract:When the heating function of air conditioner is turned on,especially in low temperature and high humidity,the outdoor condenser of air conditioner is easy to frost by ice.The effect of defrosting,the noise and the impact of defrosting of the heating ability have a great impact on the user experience.Especially in the case of low temperature and high humidity in the south,frost formation is serious.It is difficult to remove and affects the heating ability,affecting the users heating experience.Optimizes the defrosting control logic of air conditioner in low temperature and high humidity environment.Through the outdoor coil temperature and outdoor ambient temperature,the frosting degree is intelligently judged.The defrosting effect of air conditioner outdoor heat exchanger in low temperature and high humidity condition is improved.The system can make intelligent judgment and timely defrosting,improve the heating effect under the same working conditions,and realize the significant improvement of user experience in heating.The action of electronic expansion valve and four-way valve in defrosting is optimized,which reduces the noise of defrosting.Keywords:Air conditioner;Optimization of defrost function;Noise;Heating capacity中图分类号：TB6 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.059262 2023中国家电科技年会论文集升温的设计方案建议。除霜的效果及产生的噪声都对用户体验产生极大影响，除霜功能既要有好的除霜效果，又要满足静音及制热需求，田雅颂5对空调器的各部分开展研究，优化了四通阀换向前后的压力差，降低了管路的振动及噪声。本文针对空调除霜的控制逻辑进行了优化，并采用试验对照，对比了优化前后的除霜功能、制热效果及噪声。1 试验方法试验采用某品牌5 P风管机，流程图如图1，制冷循环及制热循环分别为蓝色箭头方向及红色箭头方向（具体颜色请查看论文电子版），在焓差室中进行试验，每次试验前先进行额定制冷试验确定试验机器及实验室处于正常工作状态。之后进行多种工况下的除霜测试，分析除霜优化带来的制热能力及噪声的改善情况。并采用监控对结霜情况进行录制。图1 系统流程图2 除霜逻辑准确除霜的首要是系统能够准确判断换热器结霜情况，为准确评估结霜情况，我们将结霜情况分为三类，并按照三种除霜逻辑处理，其中第一种及第二种除霜模式为优化前常用的除霜逻辑，本文增加第三种判段方式（模式3），来解决低温高湿工况的结霜问题：模式1：在一般的室外低温工况下，通过判断盘管温度（Toutcoil）和压机运行时间来判断是否进入除霜模式，符合则进入除霜模式；模式2：在室外温度过低时，空气湿度很低，此时不易结霜，所以此工况下适当缩短除霜时间占比；模式3：当处于低温高湿工况时，可根据室外盘管温度与环境的温度（Tout）差作为结霜判断标准，不同机型对温差进行判定的值不同，根据试验标定合适温差，达到该温差时进入低温高湿除霜模式，该模式下，制热时长相比模式1更短。为降低除霜时的四通阀换向所产生的噪声，本文提出压缩机、四通阀和电子膨胀阀的联合控制技术。将所有除霜模式中的除霜过程前后的四通阀换向时间延后，压机停机时电子膨胀阀开度开大。通过对压机频率变化，四通阀及电子膨胀阀的开/闭时间或开度大小的控制，解决由于流动方向切换及压差剧烈变换带来的工质混合损失及噪声问题，同时降低压缩机的启动负荷（除霜四通阀切换噪声品质的响度级提升为1级）。3 除霜前后对比3.1 除霜效果对比制热时一般进行4个工况（表1）的测试，其中以工况2时结霜最为严重。图2为在工况2时除霜逻辑优化前后的结霜效果照片对比，优化前由于制热功能开启时间长，使得结霜情况严重，如图2 a)；优化后，由于该工况下外盘管温度下降快速，与外界环境温差加大，使系统自动判断进入除霜模式3，使得制热时间缩短，最终结霜也较少，如图2 b)。本文主要增加低温高湿工况的除霜逻辑，也以此工况下的除霜及制热能力作为对比的重点。工况2为低温高湿工况，此工况下，制热时极易结霜，因此作为本文对比的重点。表1 除霜工况室外工况室内工况干球温度/湿球温度/干球温度/湿球温度/工况1201521工况200工况3-7-8工况4-20/图2 工况2优化前后结霜图3为工况2时，除霜逻辑优化前后室外盘管温度的变化曲线，图中第一个高峰至最低点为制热过程，最低点至最后一个高峰为化霜过程。可以看出，优化后除霜进入时间提前，制热时间由45 min缩短至35 min，此时结霜较少，因此也加快了化霜，单次化霜模式所用时间也相应减少，从8.5 min降低至3.5 min，除霜时间占全过程的比例从15.89%降至9.09%，明显降低了除霜时长占比。2632023中国家电科技年会论文集3.2 除霜优化对制热能力的影响图4为工况2室内出风温度的变化曲线，在优化之前，除霜结束后，制热过程中出风温度显著升高至30以上，但出风温度下降也很快。在制热的45 min内，前半段左右出风温度较高，符合制热的要求，但在后半段尤其是后20 min内，出风温度太低，影响用户舒适度，分析是由于室外结霜严重，影响蒸发换热使冷凝温度降低导致。在优化逻辑之后，出风温度低于30的时间明显缩短，出风温度高于30的时间占比由优化前的21.52%提升至46.15%，平均值热量也提升明显，用户体验明显提升。通过计算对比优化前后的平均效率，在工况2时从6960 W提高到9087 W，提高了30.6%，明显提高了制热量，制热功率由2576 W提升至2978 W，功率提升较低，能效则相应的增加，由2.70增加至3.05。图5为优化前后制热量及功率对比。无论从大于30热风时间占比还是能效值方面来看，都有较好的改善。4 除霜时四通阀换向噪声对比制热功能开启时，四通阀换向的噪声较为明显，分析是高压侧与低压侧压力差较大导致换向上电噪声明显，为降低换向噪声的问题，提高了换向前的阀开度至最大，并将换向时间后延20 s，做到尽可能的降低四通阀高低压两侧的压差，以降低噪声。图6为优化前后 a)优化前 b)优化后 图3 工况2优化前后外盘温度变化 a)优化前 b)优化后 图4 优化前后制热出风温度曲线图5 优化前后制热量及功率对比图6 优化前后换向前压力对比264 2023中国家电科技年会论文集换向前压力对比。分析优化前，在工况1时，除霜模式开启前四通阀换向前瞬间，四通阀高压侧压力为1.42 MPa，低压侧为0.67 MPa，压力差为0.75 MPa；优化之后，换向前高压侧压力为1.12 MPa，低压侧为0.73 MPa，压力差为0.39 MPa，压差降低48%，效果明显。在工况1时，除霜模式结束后四通阀换向前瞬间，四通阀高压侧压力为0.9 MPa，低压侧为0.14 MPa，压力差为0.76 MPa；优化之后，换向前高压侧压力为0.33 MPa，低压侧为0.33 MPa，压力差为0 MPa，噪声降低效果明显，除霜结束制热启动制冷剂流动噪声时间从30 s缩减到15 s，除霜期间噪声值降低了2分贝，四通阀换向噪声也明显降低。5 结论本文通过对除霜逻辑的优化，可以得到以下结论：（1）制热模式时，室外换热器结霜严重的情况下，影响室内出风温度，会使其长时间低于30，影响用户体验；（2）结霜很多时，外盘温度急剧下降，通过外盘及室外环境温度差值可以实现对结霜情况的判断；（3）高湿低温环境下，缩短每个周期内的制热时间可缩短每次除霜时间，使总的制热时长占比增加；（4）高湿低温环境下，缩短每个周期内的制热时间可以提高内机制热量，并提升制热模式室内出风30以上时间的占比，提高能效及用户体验；（5）提高除霜模式前后压机停机时的电子膨胀阀开度，并延长压机停机后四通阀动作的时间，可减小高低压两侧压力差，减小除霜模式时的噪声值。参考文献1 陆丽华.自适应除霜J.家用电器科技,1986(04):27-28.2 王现林,于博,彭光前,等.一种新型外加热源辅助制热空气源热泵系统J.暖通空调,2020,50(10):120-124.3 姬安生,谭周衡,杜顺开,等.相变蓄热在空调除霜系统中的应用研究J.家电科技,2021(zk):234-237.4 陈守海,晏刚,龚英,等.变频空调逆循环除霜过程制冷剂分布技术研究A/中国家用电器协会.2021年中国家用电器技术大会论文集C.电器杂志社,2021:6.5 田雅颂,徐耿彬,廖敏.变频空调器除霜控制技术的试验研究与优化J.家电科技,2022(05):76-79+98.