油罐式辅助电加热系统在家用空调的应用

作者：家电科技 李海峰 黄海兵

欢迎访问e展厅 展厅 3 空调/风扇/热水器展厅 空调, 风扇, 电热器, 空气净化器, 加湿器, ... 1 普通家用空调低温制热时所存在的问题 房间空气调节器是一种向密闭空间、房间或区域直接提供经过处理的空气的设备。由于我国地域宽广、地形复杂、气候差异大，因此对于空调的技术要求及安全使用就额外严格。 热泵型空调指的是通过转换制冷系统制冷剂运行流向，从室外低温空气吸热并向室内放热，使室内空气升温的制冷系统。从室外低温空气吸热过程中，由于冷凝器铜管表面温度与空气温度间有所差异，因此，冷凝器铜管表面容易结霜。如果霜结得过多过厚，就会减小冷凝器的换热效果进而降低整机的低温制热性能。国标“房间空气调节器GB/T 7725—1996”中对空调自动除霜的测试方法及相关要求有详尽的说明（其中工况要求为：在制热运行时，室内干球温度为20℃、室内温球温度为12℃、室外干球温度为2℃、室外湿球温度为1℃）。目前，国内各大知名厂家带有自动除霜功能的热泵空调均能够满足我国国标的要求（国标是一种通用要求，特殊情况不一定都在考虑范围内）。然而，现实生活中的实际应用工况往往又与国标要求的工况相差甚远，表现在：如室外的环境温度低于-5℃以下，气候的突发转变，自然界雪花、露水、雨水等附在空调室外机冷凝器的表面，还有其它人为因数等等。大多数的空调使用用户的使用时并没有考虑空调正常使用环境要求，因此我们在设计空调产品时应该尽量将工况考虑周全一些，恶劣一些。 除箱彻不彻底，关系到我们空调产品的安全及可靠使用。当室外机冷凝器表面结箱，而空调本身的自我保护功能（自动除霜功能）未能将其化去，或虽化去但残留在冷凝器表面上的水凝结成冰珠，在下一自动除霜周期仍未将其化去；经过一段时间的累积，最后形成冰块，并且越积越厚。此时室外风扇电机若带动风叶转动打到冰块上，就容易造成风叶折断或电机堵转，后果不堪设想（电机堵转后，电流增大，电机温升不断升高；在没有任何保护或保护措施失灵的情况下易造成线间短路及电机烧坏等情况）。由于空调室外机冷凝器铜管表面结冰或结霜，热量得不到充分的转换吸收，管温将会不断下降，因此整机制热性能将大大减弱，此时压缩机负荷会逐渐增大，并影响共使用寿命。而室内机吹出网的温度逐渐降低，也会给用户带来不舒适的感受。 为此，我们做了很多实验来验证空调器在低温工况下由于冷凝器结霜问题而对制热性能的减弱。取某一热泵空调做性能实验（没有辅助电加热），室内温度保护20/12℃（左边的为干球温度，右边的为湿球温度），内风机高风档运行，室外分别为0/0℃，-3/-℃，-6/-℃，-9/-℃，-12/-℃，-15/-℃。在规定工况下，从某一次化霜后第5分钟开始，每5分钟测一次出风口温度，记录数据如表1。 由数据可知，室内出风温度最高38℃，最低29℃。在室内环境温度为20℃的情况下，这样的进出风温差是很难令人满意的。并且，室外环境温度越低，对应的出风温度就越低，这说明环境温度越低就越会减弱空调的制热性能。另外，从每一个工况的出风温度情况看，大致都是由高到低的下降趋势，说明室外冷凝器结霜确实是对整机的制热能力下降影响很大。 为改善制热性能，可以采用辅助电加热。制热用辅助电热装置是与热泵型空调一起使用，进行制热的电热装置。为了能够提高空调在低温制热时的出风温度，以便达到一定的制热量，不少厂家在房间室内机内增加了辅助电加热装置。辅助电加热装置通常采用PTC或铜管等电加热材料，产生的热量随室内机风轮转动从空调出风口吹出。虽然该方法产生了一定的效果，但由于它不是制热系统的一部分，因而不能够从根本上解决室外机冷凝器表面结霜、结冰的问题。 空调在低温制热时，霜未化完所产生的危害性是非常大的，怎样改善化霜能力并提高整流器机制热性能是值得我们深思的问题。在这里我们提供一套简而易行的方法，那就是油罐式辅助电加热系统。该套系统最大的特点就是直接置于系统中，直接参与冷媒循环，从而能够从根本上改善制热性能。为了验证该系统的可行性，我们做了充分的理论论证及试验。 2 带油罐式辅助电加热系统的家用空调系统组成及工作原理 油罐式辅助电加热系统是由蓄液缸、加热介质、电加热丝（电加热丝为外套玻纤管）、铜管等组成。图（1）、图（2）分别为带油罐式辅助电加热系统的整机系统构造及油罐式辅助电加热系统的内部结构原理。（见图1、2） 油罐式辅助电加热系统是通过缠绕在铜管上的电加热丝加热其周围的加热介质以达到均匀加热铜管及内部流动的制冷剂。制热时，中央控制器通过化霜感温包检测室外管温。如在一定时间范围内，管温不高于某个设定温度值，此时开启油罐式辅助电加热系统并进入自动除霜控制。当除霜运行超过一定时间或管温达到某个设定温度值以上时，停止除霜并关闭油罐式辅助电加热系统。由于油罐式辅助电加热系统是置于压缩机排气口上，因而能够大大提高排气温度。这对于除霜时的制冷运行模式是有利的，它必将极大地改善化霜能力，在更短时间内更彻底地将霜化完。当然，在正常制热模式下开启油罐式辅助电加热系统也是非常有效的。制热时，为了保持一定室内管温以提高室内出风口温度，可以适当控制其开启，因为增加了油罐式辅助电加热系统所带来的较高排气温度才是对改善系统制热性能最根本的解决办法。而且，它所带来的较高冷凝器进出口温度还能延缓结霜时间或导致根本不结霜。 3 实测性能数据比较 为了验证油罐式辅助电加热系统对整机系统的改善，我们做了一系列的实验进行对比。其中比较典型的为名义制热工况和低温制热工况，分别对比有无油罐式辅助电加热系统时的整机制热量、总功率等关键参数。某一空调机的实测结果如表2。 从表2数据及效果上来看，室外电加热可以提高制热量和室内出风口温度，特别是在室外低温的环境下，可减少冷凝器结霜的可能性。（见表2） 4 实际应用中的优缺点 通过对原理的了解以及实测性能数据的比较，可知油罐式辅助电加热系统确实是一种简单、实用、并行之有效的电加热系统，它在空调产品中的广泛应用必将为空调技术日益发展注入新的活力。综观油罐式辅助电加热系统的使用情况，可归纳出它在实际应用中的优缺点如下。 优点： ①油罐式辅助电加热系统有别与传统的室内机辅助电加热系统。油罐式辅助电加热系统采用的是直接对室外机压缩机排气管进行加热，因此能最大限度地解决化霜问题、降低结冰的可能性，并提高整机的制热性能。当然如果结合室内机辅助电加热系统一起使用，制热效果必会更加明显。 ②由于电介质采用的是电容油，因此热量不易挥发，在化霜周期结束后，仍能够在一段时间内保持一定的温度，这对系统是有利的。 ③油罐式辅助电加热系统是安装在室外的设备，比传统安装在房间室内机内窄小空间的电加热管具有更高的安全性和可靠性。即使是发生意外，也会将危险性、伤害性降到最低。 ④油罐式辅助电加热系统体积小巧（只相当于一个贮液罐），安装灵活不占用太大的空间，必要时可做为空调的选装件，重点运用在销往低温地区的空调产品上。 缺点： ①空调在一段时间内未有使用时，由于室外环境温度过代，电容油易凝结冰，此时必须先将其解冻，这需要一段时间，因此在程序控制上要做适当的调整。 ②由于增加了辅助电加热设备，系统输入功率有所提高，增大了能量的耗损。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/30/2004)