精密空調工業制冷領域中廣泛采用天然工質作為制冷劑，首先是氨，近期則越來越多地采用二氧化碳。對于制冷系統的操作人員而言，如何實現能源的高效利用以及操作的有效性變得至關重要。本文從熱氣和沖霜排液方面對不同的熱氣融霜控制方式進行了比較，包括融霜效率和融霜速度主要參數等的分析，其中融霜速度是影響制冷系統生產效率的一個關鍵因素。同時，還對改進熱氣融霜系統的幾種控制方式給出了建議。

一、介紹

就冷風機而言，融霜是件不可避免的“麻煩事”。在冷風機上凝結的霜會對其效率造成很大的影響，甚至可以完全阻隔空氣流動，造成冷風機失效。熱氣除霜對系統具有一些負面的影響，例如需要壓縮機做額外的功來融化在蒸發器翅片和管路中凝結的霜/冰層。這些額外的能耗有一部分轉化為熱量加熱了冷風機并且進一步散發到冷藏室中使室溫上升，這些熱量都需要在后續的制冷中加以去除。此外，用于除霜的時間將占用系統可以用于制冷的時間，這對像食品加工行業這樣其生產率易受除霜時間限制的行業具有很大的影響。另外，其他的影響雖然并不明顯，但也值得我們知曉和關注。例如制冷部件將因此承受相應的機械應力。實際應用中可以發現在蒸發器附近許多的閥件和控制產品都出現了不同程度的損壞，其原因可以歸咎為閥件選型及設置的不正確。

機械應力主要來源于冷凝器側的高制冷劑壓力，高排氣溫度以及高壓差。當以上因素綜合起來的時候，所造成的破壞力是十分嚴重的。今天我們可以很普遍地看到采用二氧化碳作為低溫側的冷媒，同時采用二氧化碳熱氣進行融霜。這時的工況相比氨而言要更加復雜，因為其壓力等級及壓差都要比氨系統高的多，因此一些用戶會避免選擇二氧化碳的熱氣融霜，而是采用電融霜或鹽水融霜等其他方式。

熱氣融霜是一種最高效的蒸發器融霜方式(Pearson，2006)。由于目前對于節能的關注愈發明顯，采用一種快捷、高效的融霜方式對于制冷系統的總體能耗水平而言至關重要。在絕大多數的案例中，可以明顯的看出熱氣融霜較其他融霜方式(如鹽水融霜)的效果要好得多。本文則是主要介紹熱氣融霜系統中的閥件選用及控制方式的優化。

二、精密空調融霜效率的考慮

這里有一些關于制冷系統熱氣融霜機理和效率的研究內容，其關鍵點大致可以匯總為：

1、熱氣融霜壓力。一個普遍的誤解是較高的融霜溫度帶來較好的融霜效果。但實際上一些研究表明(Stoecker，1983)低壓及低溫氣體一樣可以實現較好的融霜效果。這里可以歸結為最合適的壓力及溫度帶來最佳的融霜效率(Ho?enbecker，2005)。

2、熱氣融霜的時間。在工業制冷領域，典型的融霜時間設置是根據系統初始調試/運行時的情況來設定的。這就帶來一個問題：是否有足夠的除霜時間?這就可能帶來融霜效果不良的問題。另一個嚴重影響熱氣融霜效率的問題就是融霜時未冷凝的蒸氣直接流過融霜壓力調節閥。這里產生的蒸氣需要被再次壓縮，同時這也造成熱氣融霜時向蒸發器提供過多的熱氣。流過的蒸氣數量取決于沖霜排液管路上的控制方式，壓力控制或液位控制。

3、研究表明，熱氣融霜實際的能量消耗大致是融霜所需熱量的兩倍(Stoeker，1983)，多余出的熱量將被用于加熱冷藏室、蒸發器、管路以及水盤。

4、最后，需注意融 霜的過程大致如下：冰層首先在盤管上融化，然后落到水盤內，最后完全融化掉。這里的關鍵點是融霜的過程是按照相應順序進行的，剛開始盤管上的融霜所需熱量較高，隨后在水盤上的熱量需求將上升。

5、當熱氣融霜開始時，制冷劑的涌入可能會造成液錘現象，特別是當蒸發器中的液態制冷劑未被排凈時。這一問題也會出現在熱氣供應管路中存在積液的地方，這時積液在熱氣的推動下具有液錘的危險或者氣體制冷劑具有發生內爆的風險。

三、精密空調熱氣融霜控制閥組

工業制冷蒸發器的控制閥件可以分為四組：

1.蒸發器采用泵供液方式。閥組按順序包括：截止閥、過濾器、電磁閥、止回閥、調節閥和截止閥。

2.熱氣供應管路。典型配置有：截止閥、過濾器、另一個電磁閥及截止閥。

3.沖霜排液管路。這里我們既可以采用壓力控制閥也可以采用浮球閥進行排液。我們將在稍后介紹這兩種完全不同的排液方案。

4.濕回氣管路。此管路上需要一個電磁閥以及截止閥。

融霜的過程可以分為四個步驟。首先，關閉蒸發器的供液。但蒸發器的風機還將工作一段時間，吸氣管路的閥門將保持打開狀態以確保剩余的液態制冷劑繼續蒸發完畢。第二步，關閉吸氣管路的閥門和蒸發器的風機，將熱氣電磁閥打開，對蒸發器供應熱氣。第三步，當融霜結束時，熱氣電磁閥關閉，開啟吸氣管路的閥門。最后，再次打開供液管路，等待蒸發器翅片上的水珠凝固后，再打開風機。

需要高度注意的是熱氣融霜過程中應避免壓力/溫度對系統的不利影響，以及在融霜開始時由于蒸發器中壓力上升緩慢或者除霜結束時壓力下降緩慢 所帶來的系統效率較低。故上述提及的熱氣電磁閥和主吸氣管路閥門的選擇對系統安全和效率至關重要。

考慮到上述融霜中的效率問題，需要注意的是，二氧化碳的融霜難度更大，因此在二氧化碳系統中熱氣 融霜時需要采用更加保守的配置方式。

四、精密空調傳統的熱氣融霜控制閥組

A.供液管路

供液管路對熱氣融霜的影響最小。這里應考慮到有多少液體制冷劑被供應到了蒸發器中。一旦采用PWM(脈沖調節)的控制策略，制冷劑的供液量將相應下降，使得除去蒸發器中殘存液體制冷劑所需的時間降低，預期的結冰量也將相應減少。該現象是由于采用脈沖開關控制后蒸發器后表面的換熱溫差下降了。

上述的供液控制策略在不少的二氧化碳泵循環系統中成功應用，但在氨系統還進行未廣泛推行。

B.熱氣管路

最常見的對蒸發器供應熱氣的方式為采用常規的電磁閥。對于二氧化碳系統而言，也可以采用電動閥和電動球閥。在高壓力和高壓差的系統環境下，二氧化碳系統較氨系統更易出現液錘風險。很顯然，采用電動閥的缺點是設置的復雜性上升，同時包含電動閥的閥組成本較常規方案也要高一些。

另外，對于電動球閥來講，至關重要的是其開啟的速 度應設定在 相應較慢的水平。采用兩個電磁閥的解決方案，其中一個可提供熱氣融霜的全部容量，另一個的容量則是第一個的10-20%，二者采用并聯方式(圖示)，這是一種成本和效率上更好的解決方案。小電磁閥先對蒸發器供應熱氣，提升蒸發器及供氣管路中的壓力。然 后大電磁閥啟動，開始進行融霜。此方案已在許多融霜系統中成功應用。

在熱氣融霜系統中采用電動閥的優勢是可以實現熱氣供應的智能控制。這里包括融霜系統開啟和關閉的緩慢操作(或對啟閉速度進行調節)。在某些不以時間來進行控制而是采用其他控制方式(例如表面溫度控制)的除霜操作中，采用電動閥進行熱氣供應是很好的選擇。

最后，為了限制熱氣壓力/融霜溫度并實現最佳的融霜效率，可以安裝一個出口壓力調節閥。對于一組蒸發器而言，如果它們共用一根熱氣管路，那么只需要在該熱氣管路上安裝一個出口壓力調節閥即可。在選型上，必須確保該出口壓力調節閥能夠保證同時進行除霜的所有蒸發器具有足夠的熱氣供應。

C.排液管路

在采用熱氣融霜方案的蒸發器沖霜排液管路上，可以采用多種不同的控制方式。壓差調節閥在這里應用是很常見的，此外也可以用壓力調節閥或浮球閥來實現排液功能。如我們所討論，浮球閥用于熱氣融霜排液控制的效率最高效。在沖霜排液管中，浮球閥與熱氣管路上的出口壓力調節閥匹配是最值得推薦的，此解決方案可保證融霜壓力一直處于最佳水平。

當然，在沖霜排液管上安裝浮球閥也有一定的缺點。首先，成本會相應較高。此時可考慮在多個蒸發器共用的沖霜排液管上設置一個共同的浮球閥。其次，對于諸如二氧化碳這樣的高壓制冷劑，相應的浮球閥很難采購到，這樣就會給設計和選用帶來不小的難度。這里的替代方案可選用蒸汽疏水閥，這是應用于其他行業的控制元件，可以承受較高的壓力。雖然這一解決方案的應用在逐步增加，但本文將不對這一元件做過多的闡述。需要注意的是在選用浮球閥時的各個注意事項同樣也適用于疏液閥。

D.濕回氣管路

在濕回供液管路上的控制閥類型為電磁閥，氣動電磁閥(此二類閥件必須配置一個旁通閥來避免融霜后可能產生的液擊現象)，兩步開啟式氣動電磁閥，電動閥或是電動球閥。在此種應用中推薦選用兩步開啟式氣動電磁閥或者電動閥。一方面它們可有效防護液擊，這得益于它們的兩步式開啟功能，可實現操作過程中緩慢的開啟。另一方面則是它們在制冷循環過程中所帶來的壓降相對較小，這對低溫系統尤為重要。對于兩步式氣動閥而言，另一個優勢則是它不需要額外的設置。當閥門兩端的壓差下降到特定值后，可以自動進行第二步開啟。電動閥則需要在速度上進行調節，但不需要來自于熱氣管路的額外動力。電動閥在二氧化碳系統中很受歡 迎，它們可以承受高壓力的工況。帶旁通電磁閥的電動球閥方案近期也得到了不少的應用，其優勢是制冷循環中的壓降較小。當然其閥桿處的泄漏風險也值得引起我們的關注。

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