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热交换器起霜会造成空气能热水器发电机组制暖特性降低，危害系统软件的可靠平稳运作。减缓热交换器起霜，对提高发电机组超低温制暖特性，改进室内外热舒适度，确保发电机组稳定运作具备关键的现实意义。文中运用气体焓差试验台，在2/1℃干湿度，热交换器迎头风力1.5m/s的前提下，对应用亲水性镀层和超疏水镀层的热交换器开展了起霜/除霜全过程的对比实验。试验结果显示，超疏水镀层在抑止热交换器表层霜层转化成，减缓起霜周期时间，提高超低温供热量层面有着显著优点。应用超疏水镀层的热交换器比亲水性镀层的起霜周期时间增加了87.5%，超低温换发热量提升了8.4%。文中对空气能热水器发电机组的制定和运作具备实用价值。
前言
户外翅片式换热器起霜会造成空气能热水器发电机组制暖特性降低，危害系统软件的可靠平稳运作。减缓空气能热水器发电机组户外热交换器起霜，对提高设备的超低温制暖特性，改进房间内的热舒适度，确保发电机组的靠谱运作具备关键的现实意义。超疏水镀层仿生技术荷叶效应，在抑止冷表层起霜层面具备与众不同优点，是中央空调热泵机组行业的科学研究网络热点[1]。日本专家学者Yoshihiko和Norihisa[2]对应用不一样镀层解决的翅片换热器开展了对比实验科学研究，结果显示应用亲水性镀层的热交换器其起霜周期时间是没经镀层解决热交换器的3倍。梁彩华、汪峰歌曲[3]等对超疏水板翅式表层的抑霜原理和融霜特点干了很多交互试验科学研究工作中，明确提出扩大亲水性表层的表面张力和减少翻转角有益于抑霜和除霜全过程。刘清江[4]等对当然热对流标准下亲水性镀层和一般亲水性表层的起霜全过程干了比照科学研究，试验科学研究结果显示，应用亲水性镀层合理增加了表层起霜的速率，降低了霜层的薄厚。余新泉[5]等制作了微纳米技术复合型不光滑构造的的超疏水表层，并在超低温环镜中开展了抑霜试验，结果显示其表层起霜速率急剧下降，霜晶相对高度减少，表明出不错的抗起霜特性；徐文骥[6]等用氟化氢解决的方式得到铝基材超疏水表层，并与一般铝表层对比，发觉其表层起霜量急剧下降。薛利平、郭宪民等[7]对不一样迎头风力、气体溫度及空气湿度状况下对翅片式换热器霜层生长发育特点开展了试验科学研究，获得了不一样环境监控系统下起霜量和霜层薄厚的变化趋势。黄康[8]等科学研究了翅片式换热器构造对霜层生长发育特点的危害，获得了起霜情况下最佳的板翅式间隔和翅一片片型；姚杨、姜益强[9]等人剖析了起霜情况下热交换器的热传导与摩擦阻力特点，获得不一样负荷下的除霜间距变化趋势。
以上科学研究主要是对于超疏水镀层在板翅式单个上起霜和除霜的外部经济试验，或是对于不一样环境监控系统标准、不一样板翅式结构特征对热交换器起霜的危害，较少涉及到超疏水镀层运用在翅片式换热器起霜/除霜全过程的研究。文中在典型性超低温高低温负荷下，对运用超疏水镀层的热交换器和一般亲水性镀层的热交换器起霜/除霜全过程排风量、摩擦阻力、传热工作能力及其起霜周期时间等主要参数的变化趋势作了详尽比照科学研究，对空气能热水器发电机组设计和运作具备参照和具体指导使用价值。
一、试验设备与实验方式
1.1 试验设备
为更强操纵翅片式换热器外表温度，防止系统软件别的要素危害，单纯性比照亲水性镀层和超疏水镀层对热交换器起霜和除霜的危害，本试验以热交换器单个做为试验研究对象，选用乙二醇饱和溶液做为冷媒。试验系统软件由乙二醇饱和溶液高、低温恒温水槽构成的冷媒提供和转换系统软件，被检测热交换器样品，负荷调整室和数据采集自动控制系统构成。系统软件电路原理图如下图1（1-负荷室，2-热交换器样品，3-高低温恒温水槽，4-垂直起降飞机，5-变频式离心风机，6-干湿度计）所显示，被测热交换器试品主要参数如表1所显示，热交换器样品实体图如下图2所显示，水珠在超疏水镀层热交换器上的设计效果图如下图3所显示，试验负荷如表2所显示。
图1 热交换器单个起霜/除霜试验电路原理图
图2 热交换器样品实体图
图3 超疏水镀层水珠设计效果图
1.2 实验方法
在负荷调整平稳的前提下，负荷室中的气体按设计总流量流过热交换器表层，与热交换器管中超低温乙二醇饱和溶液开展发热量互换，气体总流量由变频式离心风机操纵。热交换器进风侧和进风口侧各自安裝有干湿度计，依据热交换器进风侧和出风侧的干湿度日风计算热交换器气体侧的换发热量。乙二醇饱和溶液进出口贸易各自安裝有热电阻，依据乙二醇冷媒进出口贸易温度差及其流量计算公式冷媒的供热量。
式中：
Ql——乙二醇饱和溶液供热量，kW；
cl——乙二醇饱和溶液比热，kj/(kg.k)；
ml——乙二醇饱和溶液气体流量，kg/s；
To——乙二醇饱和溶液进口的溫度，℃；
Ti——乙二醇饱和溶液出入口溫度，℃。
伴随着传热全过程开展，热交换器表层的霜层愈来愈厚，空气阻力扩大，排风量损耗，热交换器换发热量也慢慢损耗，当换发热量损耗至较大换发热量的70%时，将此标准做为热交换器除霜的判断标准，这时由低温恒温水槽进到热交换器的超低温饱和溶液转换至高溫恒温水槽，高溫饱和溶液进到热交换器中开展除霜，除霜時间设置为300s，除霜溫度设置为40℃，除霜时离心风机关掉。除霜完毕后一键转换进到低温恒温水槽，进到下一个起霜全过程，这般产生无间断的起霜和除霜全过程。
二、結果与探讨
2.1 起霜/除霜实际效果比照
2/1℃干湿度是典型性超低温高低温起霜负荷，试验操作过程中对负荷房间内的干湿度开展操纵，其起伏转变范畴如下图4所显示，由图4由此可见，试验操作过程中的负荷保持稳定，其起伏范畴较小，确保了热交换器在设置负荷下开展起霜/除霜对比实验。从图5的比照可以看得出，超疏镀层的起霜形状与亲水性镀层的显著不一样。起霜45min后，应用亲水性镀层的热交换器表层结着了细腻持续的霜层，而超疏水镀层热交换器表层则是转化成不持续的珠状的固体小出液，起霜量急剧下降，抑霜实际效果显著。除霜后亲水性镀层表层几乎沒有残余水，而超疏水镀层表层板翅式间会发生极少数的“水桥”，“水桥”的存有危害了超疏水镀层的除霜实际效果。
图4 试验全过程负荷转变曲线图
图5 不一样镀层起霜和除霜实际效果比照
2.2 排风量损耗与风阻损害
图6、图7表明了亲水性镀层和超疏水镀层在起霜/除霜全过程中排风量和气体侧损耗的变化趋势。由图7可以看得出，伴随着起霜全过程的开展，热交换器气体侧的损耗也越来越大，由原始的13Pa慢慢提升到100Pa，相对应的排风量也由原始的480m3/h慢慢降低到300m3/h。这也是因为伴随着起霜全过程的开展，热交换器表层的起霜量提升，流过热交换器表层的间隙缩小，因此摩擦阻力扩大，排风量损耗。与亲水性镀层热交换器对比，超疏水镀层热交换器气体侧摩擦阻力提高到100Pa时，其所需的時间大概是亲水性镀层热交换器的二倍，相匹配的排风量损耗时也增加了一倍。即在同样的起霜运作時间内，超疏镀层的压力损害远低于亲水性镀层的压力损害，表明超疏水镀层合理抑止了霜层的生长发育。这主要是因为亲水性镀层的热交换器表层结着了细腻持续的霜层，塞住了热交换器表层室内通风的安全通道，而超疏水镀层热交换器表层则是转化成不持续的珠状的固体小出液，起霜情况下气旋仍可以在珠状出液中间商品流通，因此可以有效的减少气体侧的压力损害和排风量损耗，增加其起霜周期时间。
图6 不一样镀层排风量变化趋势
图7 不一样镀层气体侧损耗变化趋势
2.3 起霜周期时间与传热工作能力比照
图8为亲水性镀层和超疏水镀层热交换器传热工作能力和起霜周期时间对比曲线。如下图8所显示，与亲水性镀层热交换器对比，超疏水镀层热交换器的起霜平稳运作時间增加了接近一倍，由40min增加至75min，增加了87.5%；一个周期时间内的均值超低温供热量由558W提高至605W，超低温制暖工作能力提升了8.4%。起霜周期时间的增加主要是因为超疏镀层抑止了霜层生长发育，增加了排风量损耗。表明了超疏水镀层可以有效的抑止热交换器表层霜层转化成，减缓起霜周期时间，提高超低温供热量。由图8还能够看得出，在同样的150min内，亲水性镀层热交换器通过了3次除霜，而超疏镀层热交换器只除霜一次，巨大的降低了除霜频次，这对提升水源热泵机组的房间内热舒适度和体系的平稳稳定性具备重大意义。
图8 不一样镀层传热工作能力和起霜周期时间变化趋势
三、结果
文中以乙二醇饱和溶液做为冷媒，根据气体焓差实验原理，在2/1℃湿区球负荷情况下，对应用亲水性镀层和超疏水镀层的热交换器开展了起霜和除霜全过程的试验比照科学研究。获得下列结果：
（1）超疏水镀层运用于中央空调热交换器可以有效的抑止霜层的生长发育，减缓起霜周期时间，提高超低温制暖特性。与亲水性镀层对比，其起霜周期时间增加87.5%，超低温供热量提升8.4%。
（2）排风量损耗是是导致热交换器工作能力损耗的首要要素。超疏水镀层与亲水性镀层对比增加起霜周期时间的首要因素取决于超疏水镀层上产生珠状的出液，与亲水性镀层聚集片层的霜层对比，大幅度降低了空气阻力，排风量损耗变迟缓，因此增加了起霜的周期时间。
（3）超疏水镀层在除霜全过程中在板翅式间存有“水桥”状况，危害其除霜实际效果和下一个起霜，后面应进行科学研究和改善。
论文参考文献
[1] 盛伟，李勇钊，刘阿锋等. 抑止冷表层起霜的研究成果[J]. 制冷与空调，2016,16(11):1-7.
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[3] 汪峰歌曲，梁彩华，张小松. 超疏水表层的抑霜原理和融霜特点[J]. 工程热物理学刊, 2016, 37(5): 1066-1070.
[4] 刘清江，韩学廷，刘中良等. 憎水性表层抑止起霜的科学研究[J]. 动力机械，2004,32(4):57-59.
[5] 余新泉，张友法，陈锋等. 一种具备超疏水低黏着特点的防覆冰铜表层的制取方式，我国专利发明CN101698939A(2010).
[6] 徐文骥，宋鸿运，孙晶等. 铝基材超疏水面结冻起霜特点科学研究[J]. 致冷学刊，2011,32(4).
[7] 薛利平，郭宪民，邢震. 环境监控系统对翅片式换热器表层起霜特点危害的试验科学研究[J]. 工业制冷，2016,45(4): 66-71.
[8] 黄康，郭宪民，邢震. 翅片式换热器构造对霜层生长发育特点危害科学研究[J]. 工业制冷，2016,45(3):73-78.
[9] 姚杨，姜益强，马最良等. 气体侧热交换器起霜时热传导与摩擦阻力特点科学研究 [J]. 热能工程能源动力类，2003, 18(3): 297-300.
文中创作者：叶向阳 武滔 刘奕燎
广东省美的制冷设备有限责任公司
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