[发明专利]一种预热型空气源热泵抑霜系统及抑霜方法

说明书

本发明公开了一种预热型空气源热泵抑霜系统及抑霜方法，包括显热交换器、预热混合箱、风管、空气源热室外机、室内机及控制系统。部分室外空气在显热交换器中与室内空气换热后成为预热空气，进入预热混合箱与另一部分室外空气混合，然后进入空气源热泵室外机进行换热；控制系统根据温湿度传感器获取室内外环境参数，在不同室外条件下对显热交换器进行预热风量比调节。经过混合后的空气相比同一时刻的室外空气，温度升高，相对湿度降低，结霜速率降低。在不同室外条件下，抑霜系统可以使空气源热泵室外机表面空气结霜速率显著降低甚至不结霜；在低温高湿的结霜工况下达到抑霜效果的同时，也可以改善空气源热泵机组由于低温导致的COP下降的状况。

技术领域

本发明属于空气源热泵技术领域，特别涉及一种预热型空气源热泵抑霜系统及抑霜方法。

背景技术

空气源热泵在冬季工况下，当室外空气温度较低而相对湿度较大，蒸发器翅片表面温度低于空气的露点温度且低于0℃，空气源热泵室外机蒸发器的表面就会出现结霜现象，导致蒸发器中的制冷剂吸热不充分、制冷剂的温度降低、压缩机吸排气压力降低、机组制热能力与COP下降等问题。若不及时除霜，不但会影响室内人员的舒适性，还会对整个系统的运行造成损害。目前空气源热泵系统普遍采用逆循环的方式进行除霜，这种方式虽然能快速实现除霜，但是除霜时室内停止供热甚至会出现吹冷风的现象，严重影响室内热舒适性。另外机组除霜时系统内部会发生制冷剂温度、压力的剧烈变化，机组部件会受到冲击，机组运行的稳定性受到破坏，因此除霜对机组部件的可靠性提出了更高的要求。为了让机组能够准确、快速地进行除霜操作，需要设定有效的除霜控制策略。目前关于空气源热泵除霜的控制策略主要有：温度—时间除霜控制法、空气压差除霜控制法、室内、室外双传感器除霜控制法等等，但这些方法并不能完全做到有霜就除，因此无法避免“误除霜”现象的出现。误除霜让机组的制热效率进一步恶化。

现有研究表明，当室外空气温度小于6℃，相对湿度大于50％，空气源热泵就有结霜的风险。若室外空气参数长时间处于该范围内，即使机组能够比较有效地进行除霜，但是始终处于结霜—除霜的循环周期中，结霜的根源问题没有解决，对机组正常运行非常不利，室内的热舒适性较差。因此如果能够改变空气源热泵室外蒸发器进口的空气状态参数，就可以延缓甚至阻断霜的形成，有效减少机组除霜次数甚至不结霜，从而更好地保证室内的热舒适性，保证机组长时间稳定运行。

目前已有研究人员将电加热原件放置在空气源热泵室外机入口处，通过电加热的方式直接预热室外空气进而达到抑霜目的。这种方法虽然可以获得抑霜效果，但是电能是高品位的能源，用电直接加热空气的做法是将高品位的能源转化为了低品位的能源，这种做法显然是不节能的。同时，另有研究人员设计了一套辅助加热抑霜系统，在空气源热泵室外蒸发器周围布置散热铜管和翅片，用锅炉加热水并将水通入散热铜管中，对空气源热泵室外蒸发器入口的空气进行预热。这一做法同样可以获得抑霜效果，但是辅助加热抑霜系统中采用了锅炉、保温水箱、循环水泵、加热铜管等部件，系统较为复杂，对于小型家用空气源热泵的适用性不强。同时，用锅炉加热水、水加热铜管和翅片、铜管和翅片再加热空气，其中要经过多次换热过程，导致换热损失增大。

空气源热泵本身是一种高效节能装置，其在冬季运行的能效比往往可达到3以上。如果能够利用空气源热泵产生的热量来预热室外蒸发器入口的空气从而达到抑霜目的，这种手段相比上面的做法无疑是更加节能的。对此，已有研究人员进行了一些研究：冬季工况下，对一套热回收新风系统加空气源热泵系统的组合系统进行研究，发现经过热回收的室内排风温度高于室外空气，因此将这部分空气送至空气源热泵蒸发器入口处，混合其他部分空气实现对进入室外机的空气温度的提升，进而实现抑霜目的。但是冬季工况下室内空气虽然温度较高，含湿量较室外空气也更高，所以上述做法会导致混合后的空气温度升高的同时含湿量也增加，可能会出现结霜速率不降反增的情况，起到相反作用。并且室内排风的风量是由室内新风量决定的，新风量在通常情况下是固定的，因此不同室外条件下抑霜的效果不可控。

发明内容