空气源热泵丨空气源热泵制热量与结霜程度的关系
(一)结除霜过程的制热量损失
在讨论空气源热泵制热量与结霜程度的关系之前，需要对一个完整的结除霜过程掌握透彻。空气源热泵结霜和除霜时制热量的变化过程如图4-6所示，在图中包括两个结除霜循环。
t0—除霜开始时刻，s;
ti—除霜时刻(含恢复)，s;
tn—除霜结束时刻，s;
thc—结霜时间，s;
tdc—总除霜时间，s;
tdf——除霜时间，s;
trc恢复时间，s;
q•hc1瞬间供热能力(无霜过程中)，kW;
瞬间供热能力(结霜过程中)，kW;
q•dc—瞬间制热能力(除霜过程中)，kW•qhc2—在图4-6中，
表示假定室外换热器表面无霜时的制热量，在干球温度一定时是一个相对稳定的数值。如果换热器表面结霜，机组的实际制热量q•hc2相对于无霜制热量q•hc1存在一定程度的衰减，而且随着结霜时间增长，制热量的衰减程度加大。
特灵 空气源热泵
除霜循环tdc分为两个阶段：第一个阶段是除霜阶段tdf，这个阶段制冷剂处于逆循环流动状态，空气源热泵将从供暖系统和室内环境中取热除霜，实际制热量
会急速衰减到负值(负值表示取热);第二个阶段是恢复阶段trc，这个阶段内制热量会迅速恢复到正常水平。
在一个结除霜循环中，制热量的损失分为两部分：第一部分为结霜过程中的制热量损失QL1，称为结霜损失;第二部分为除霜过程中的制热量损失QL2，称为除霜损失。
结霜损失QL1在图4-6中相当于瞬时无霜制热量曲线
结除霜损失系数ε的表达式为式(4-27)。[
(4-27)该小名义制热量损失系数模型已在-3～6℃范围内的结霜区内经过可靠性检验，结果表明该模型的预测值与机组实际运行表现十分接近，因此在-3～6℃的范围内有一定的可靠性，然而该模型却缺乏低温环境下的可靠性检测。为检测模型在低温范围内是否适用，将不同气象参数下的结除霜损失系数ε、名义制热量损失系数εNL和制热量衰减系数εQ，在散点图上描绘，检验模型是否符合合理的规律。下面取锡林浩特市的气象参数进行制热量损失系数的散点图描绘，结果如图4-7所示。
由图4-7可见，在-8℃以上的温度区间范围内，结除霜损失系数ε和名义制热量损失系数εNL符合正常规律。即相对湿度一定时，温度越高，结霜速率越快，机组的结除霜损失系数ε就越高;而温度的升高促进了机组本身的制热性能，因此在环境温度和结霜的综合影响下，名义制热量损失系数εNL随着温度的升高而逐渐降低;于是结除霜损失系数散点和名义制热量损失系数散点随着环境温度的升高分别呈上升和下降趋势。因此，式(4-26)和式(4-27)适用于-8～6℃温度范围。
然而在-15～-8℃的区间内，该名义制热量损失系数模型并不可靠，具体体现在当温度低于-8℃时，结除霜损失系数随着温度的降低而呈加速上升趋势;而根据机组正常运行规律，低温环境下温度越低，机组越不容易结霜，这与散点图呈现的趋势相违背。这说明该名义制热量损失系数模型在-8℃以下的温度范围内不适用，需要另行建立模型。
查图4-7得，干球温度为-8℃的饱和湿空气(相对湿度100%)结除霜损失系数为0.21。临界结露线(曲线E)处的相对湿度为51%，临界结露线的结除霜损失系数为0，当温度降低时，临界结露线逐渐接近饱和湿空气线(RH=100%)。根据温度越低越不容易结霜的规律，可设定在-15～-8℃的范围内;当温度递减时，饱和湿空气的结除霜损失系数随着临界结露线和饱和湿空气线垂直距离的拉近而逐渐减小。干球温度-15～-8℃的饱和湿空气结除霜损失系数如式(4-28)所示，式中临界结露线fE(Ta)表达式见式(4-17)。
式中
Ta——干球温度，℃;
εRH100(Ta)——干球温度为Ta时饱和湿空气结除霜损失系数;
fE(Ta)——干球温度为Ta时临界结露线处相对湿度。
结除霜损失系数随相对湿度的变化规律是：在干球温度一定时，相对湿度越小，结霜速率越慢，结除霜损失系数越小。由于结霜图谱内等结霜速率线几何关系接近平行，而且分布均匀，因此设定在固定干球温度下，结除霜损失系数从饱和湿空气状态点沿着相对湿度递减的方向按线性递减规律变化，直至临界结露线处递减至0。在-15～-8℃的结霜区内任意空气状态的结除霜损失系数表达式见式(4-29)。
(4-29)式中
Ta——干球温度，℃;
RH——相对湿度;
ε(Ta，RH)——干球温度为Ta、相对湿度为RH时的结除霜损失系数。
将式(4-29)运用到-15～-8℃范围内的结除霜损失系数模型中，并对图4-7中-15～-8℃的部分进行修正，修正结果如图4-8所示。
可见，在-8℃以下时，结除霜损失系数总体随着室外空气温度的降低而减小，修正后的模型在-15～-8℃内符合空气源热泵机组的运行规律。
联立式(4-23)、式(4-25)和式(4-29)，得出当室外空气温度在-15～-8℃时，名义制热量损失系数表达式，见式(4-30)。
另外，当室外空气温度低于-15℃或高于6℃时，机组可视作不结霜运行，因此结除霜损失系数ε为0，名义制热量损失系数εNL与制热量衰减系数εQ相等。
当所有温度范围内的结除霜损失系数ε、名义制热量损失系数εNL和制热量衰减系数εQ表达式都讨论完毕后，严寒寒冷地区各典型城市逐时气象参数所对应的三种损失系数就都可以通过表达式计算确定。这样不仅方便从量化角度评估机组的结霜严重程度，还能在已知机组名义制热量的情况下，给定任意一组空气温度和相对湿 度，计算出机组无霜制热量和结除霜制热量。