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全空气系统热泵为什么会除霜?冬季除霜循环工作原理

冬季使用全空气热泵系统制热时,有时会发现室外机风扇突然停止,室外机冒出大量白色水汽,甚至短时间感觉送风温度发生变化。很多用户会误以为空调出现故障,其实这通常是空气源热泵正在进行正常的除霜循环。

除霜是空气源热泵冬季运行的重要控制功能。正确理解结霜和除霜原理,对于判断全空气热泵系统冬季运行状态非常重要。

一、为什么热泵室外机会结霜?

热泵在冬季制热时,与普通空调夏季制冷的制冷剂循环方向不同。

此时室外换热器承担蒸发器的作用,通过制冷剂蒸发从室外空气中吸收热量,再由压缩机将热量输送到室内Air Handler,通过室内盘管和送风系统向建筑内部供热。

由于室外盘管蒸发温度可能低于室外空气温度,当盘管表面温度低于空气露点并进一步低于冰点时,空气中的水分就可能在室外换热器表面凝结并形成霜层。

简单理解:
室外空气经过低温盘管
↓
空气中的水分凝结
↓
盘管表面温度低于冰点
↓
形成霜层
↓
霜层不断增加
↓
影响空气流通和换热效率

因此,冬季室外机出现少量结霜并不一定代表设备故障,而是空气源热泵运行过程中可能出现的正常现象。

二、为什么必须进行除霜?

少量霜层对系统影响有限,但如果霜层持续增加,就会逐渐堵塞室外换热器翅片之间的空气通道。

空气无法顺利通过盘管以后,室外机吸收空气热量的能力下降,制热能力和运行效率也会受到影响。严重结霜甚至可能形成冰层,进一步影响室外换热器和风机正常工作。

因此,热泵控制系统需要判断室外盘管结霜状态,并在满足除霜条件后自动进入除霜循环。

空气源热泵室外换热器结霜与除霜示意图

三、全空气热泵是如何进行除霜的?

住宅分体式热泵常见的除霜方式,是通过换向阀暂时改变制冷剂循环方向。

正常制热时,室外换热器负责从空气中吸收热量;进入除霜以后,系统暂时改变制冷剂流向,使高温制冷剂进入室外换热器,利用制冷剂携带的热量快速融化盘管表面的霜和冰。

在许多热泵系统中,除霜期间室外风机还会暂时停止运行,减少盘管向室外空气散热,使热量更多地用于融霜。

正常制热:
室外吸热 → 压缩机 → 室内盘管放热 → Air Handler送出暖风
除霜循环:
检测结霜 → 换向阀动作 → 高温制冷剂进入室外盘管 → 融化霜层 → 达到退出条件 → 恢复制热

由于除霜过程中热泵暂时改变了正常制热循环,部分系统会配合辅助热源或调整室内风机控制,以减少除霜期间室内出现明显冷风感。

【图片2:热泵正常制热与除霜循环工作原理图】

四、热泵多久除霜一次?

热泵并不存在一个适用于所有设备的固定除霜时间。

不同品牌、机型和控制系统可能采用定时除霜、温度判断、温度与运行时间组合判断,或者更加智能的按需除霜控制。

影响结霜和除霜频率的主要因素包括:

1、室外空气温度;
2、室外相对湿度;
3、室外换热器表面温度;
4、热泵连续运行时间;
5、建筑当前制热负荷;
6、室外机风量及换热器洁净程度;
7、设备本身的除霜控制逻辑。

因此,不能简单用“每隔多少分钟除霜一次”判断设备是否正常。

五、为什么有些天气反而更容易结霜?

很多用户认为室外温度越低,热泵一定越容易结霜,其实并不完全如此。

结霜不仅与温度有关,还与空气湿度密切相关。在接近冰点并且空气湿度较高的天气条件下,室外空气中含有较多水分,而盘管表面温度又可能低于0℃,因此可能出现比较明显的结霜。

相反,在某些温度更低但空气非常干燥的地区,空气中的水分较少,结霜情况未必更加严重。

所以判断热泵冬季运行状态,不能只看室外温度。
温度 + 湿度 + 盘管温度 + 运行负荷 + 除霜控制逻辑,共同决定实际结霜情况。

六、室外机突然冒“白烟”正常吗?

冬季除霜结束或正在融霜时,室外换热器上的霜和冰快速融化、蒸发,遇到低温室外空气以后可能形成大量白色水汽。

从视觉上看很像室外机突然“冒烟”,实际上多数情况下只是水汽,并不是设备燃烧。

同时,室外机底部出现一定量的除霜水也是正常现象。因此在寒冷地区安装空气源热泵时,还需要提前考虑室外机底部排水、积冰和安装高度问题。

七、哪些情况可能不是正常除霜?

正常结霜通常能够通过系统自身的除霜循环清除。如果出现以下情况,则需要进一步检查:

• 室外换热器长时间被厚冰完全覆盖;
• 除霜结束后仍有大面积冰层无法融化;
• 系统频繁进入除霜并明显影响正常制热;
• 室外风机、换向阀或温度传感器工作异常;
• 室外换热器严重脏堵或空气流通受阻;
• 制冷剂系统异常导致盘管运行状态不正常;
• 长时间运行但始终无法正常完成除霜。

这些现象可能涉及传感器、控制板、换向阀、制冷剂系统、室外风机或换热器等多个环节,需要结合设备运行参数进一步判断。

八、除霜能力也是低温热泵性能的一部分

对于寒冷地区使用的全空气热泵系统,不能只关注设备标称制热量和能效。

室外低温制热能力、低温状态下的容量衰减、除霜控制逻辑、辅助热源配置、室外机安装位置以及化霜水排放,同样会影响整个冬季的实际使用效果。

尤其是在别墅和大面积住宅中,如果热泵与Air Handler、风量、风管和辅助热源没有进行合理匹配,即使设备本身能够正常除霜,也可能在除霜过程中产生明显的室温波动。

御居环境|全空气热泵系统设计
御居环境在全空气热泵系统设计中,会结合项目所在地冬季设计温度、建筑热负荷、热泵低温制热能力、Air Handler风量、辅助热源及风管系统进行整体配置。
除霜不是热泵的异常状态,而是空气源热泵冬季保持换热能力的重要运行过程。真正需要关注的是除霜是否及时、有效,以及除霜过程中整个系统能否继续保持合理的室内舒适度。