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空气能热泵：抑霜、除霜、控霜

空气源热泵用于供热时，当室外换热器表面温度同时低于0℃和

湿空气对应露点温度时，翅片表面很有可能结霜。为了防止室外换热器传热

恶化，并保证空气能够顺利流过换热器翅片，应当及时清除翅片表面的积霜。

因此，研发高效的抑霜除霜技术对于空气源热泵非常重要。

（仅为示意图，不对应文中任何产品）

1、抑霜技术

湿度是影响霜形成的关键因素，因此，通过固体或液体除湿的抑霜技术得到了充

分的发展。就固体除湿剂而言，主要包括硅胶、硅酸盐和活性炭；而液体除湿剂主要

包括氯化锂、溴化锂、氯化钙和乙二醇，液体除湿剂可以直接喷到空气进口或室外换

热器表面上。除湿不仅降低了空气的湿度，由于吸附或吸收过程会释放热量、空气温

度还会升高。

然而，固体/液体除湿抑霜技术主要缺点是需要再生。固体和液体除湿剂都需要再

生才能连续运行，这限制了其在空气源热泵中的应用。其中，相比于固体除湿剂，液

体除湿剂的再生温度明显要低。

另一种重要的抑霜技术是改变室外换热器表面特性的表面处理技术。如下图所示，

根据接触角的不同，材料表面可以被分为亲水性、疏水性和超疏水性。亲水性表面通

过干扰冰晶形成和水分子固定来抑制结霜过程。

相比于光滑表面，疏水性表面冷凝液滴分布更为稀疏，可以延迟液滴的冻结并延

缓结霜。而超疏水表面可以通过在霜形成前弹出“”微小的水滴，这样能更为有效的抑

制结霜。表面处理技术高效、廉价且环保，但唯一需要解决的问题就是表面涂层的长

期有效性。

亲水、疏水和超疏水表面的接触角

此外，相关研究也提出了超声波振动、空气射流、外加交流或直流电场和外加磁

场的方法，用于防止或延缓结霜。然而，由于这些技术都需要昂贵的设备和较大的能

耗，因此很大程度上限制了它们在实际工程上的应用。

2、除霜方法

相比于抑霜技术，除霜技术主要是尝试及时有效的清除换热器表面的霜层。通常

来讲，有下图所示的五种基础的除霜方式，包括：

（1）压缩机停机除霜；

（2）电热除霜；

（3）热水喷淋除霜；

（4）热气旁通除霜以及

（5）逆循环除霜。

在压缩机停机除霜模式中，压缩机停机、室外机风扇持续运转，使室外空气持续

经过室外换热器以进行除霜。这种方法只有在室外温度高于0℃时才能工作，并且除

霜时间长，但是其成本低廉。此外，可以在室外换热器上安装电热器以加速霜的融化。

值得注意的是，由于电是一种高品质能源，这限制了电热除霜在家用空气源热泵的应

用。对于热水喷淋除霜，需要在室外热交换器上喷淋热水、并同时关闭室外机的风扇。

热水除霜方法仅适用于特定场合，而非所有的空气源热泵。

逆循环除霜法是最传统的空气源热泵除霜方法。在除霜过程中，四通阀换向，室

外换热器作为冷凝器、室内换热器作为蒸发器，高温制冷剂流入室外盘管使霜融化。

同时，为了避免除霜过程产生不舒适感，室内机的风扇也会停止运转。

对于热气旁通除霜，压缩机排出的制冷剂一部分将进入室外换热器融霜，另一部

分进入室内换热器制热，这是工业用空气源热泵机组普遍采用的方法。该方法避免了

逆循环除霜中出现的反向冲击和跑油“”问题，并且能够在除霜过程中使室内保持良好

的舒适性。

如前所述，逆循环除霜和热气旁通除霜是应用最广泛、最基础的除霜方法。在此

基础上，还有一些发展改进逆循环除霜和热气旁通除霜的技术。

利用蓄热是一种典型的基于逆循环除霜发展的新型除霜方法。在这项技术中，相

变材料在热泵制热阶段蓄存压缩机壳体的散热或多余制热，其作为热源用于除霜。这

种方式可以有效缩短除霜时间，提升除霜过程中的室内舒适性，并降低压缩机湿压缩

风险。此外，在热气旁通除霜的基础上，还提出了显热除霜方法，这种方法将压缩机

排出部分制冷剂先通过膨胀阀节流、再进入室外换热器除霜，适用于大容量空气源热

泵机组。

3、除霜控制策略

除了除霜技术，除霜开始和终止的控制方法是影响空气源热泵除霜性能的另一个

关键因素。无“霜除霜、有霜不除”将导致糟糕的除霜效果，这在实际产品中非常常见。

为了获得合适的除霜开始时间，现有研究提出了时间控制法、时间-温度控制法、

时间-温差控制法和过热度控制法。时间控制法是目前应用最广泛的控制方法，它以

固定的时间周期自动除霜。相比之下，时间-温度控制法则还需要测量室外换热器