1 国内外研究现状

    1.1 在改变蒸发器周围环境参数方面的研究

    众所周知，蒸发器周围的空气状态与蒸发器表面结霜多少的关系密切，通过试验和理论研究，夏清，等发现对于翅片管式蒸发器，空气湿度对结霜量和结霜速率的影响最明显，其次是温度和流速。此外，郭宪民、姚杨分别通过实验和模拟研究，得到了同样的结果。

    由此可知，如果把蒸发器周围空气的湿度降低，将会大大延迟结霜时间。上海交通大学的刘震炎等在蒸发器空气入口处安装一个吸附床，吸附床内装有固体除湿剂来降低入口空气含湿量，而且在吸附床上装有蓄热管，来吸收太阳能以提高入口空气温度，从而来抑制蒸发器表面的结霜。但是，Kondepudi等发现除湿剂在最初的短时间内能有效地降低入口空气的含湿量从而抑制结霜，但是由于除湿剂的不可再生，因此随着除湿剂的吸收水蒸汽能力的减弱，抑制结霜的作用也逐渐失效。

    为了让除湿剂能够再生，Kinsara和Jain等为空调系统设计了一套液体除湿系统，该系统可以连续工作，在抑制结霜方面获得了良好的效果。该系统由传统空气源热泵循环、空气除湿循环和除湿剂再生循环三个循环组成。该辅助室外换热器可以提高主室外换热器周围的空气温度，从而起到延缓结霜的效果；在空调工况运行时，这个辅助室外换热器可以起到过冷器的作用，以提高机组运行效率。

    对于风量方面的研究，刘斌等通过计算机模拟的结果表明适当增大风量，可以减小换热温差，从而可以延缓结霜。而黄虎等提出在结霜工况下采用可调转速的风机，适当加大空气流量，提高风速，可抑制结霜，同时提高了热泵在此工况下的制热能力。

    1.2 在改变空气源热泵机组系统和改变蒸发器方面的研究

    1.2.1 在改变空气源热泵机组系统方面的研究

    国内外学者在这方面的研究比较少，其中Byun首先用实验研究了在压缩机出口与蒸发器入口之间加一旁通管的方法来抑制蒸发器表面结霜。结果表明，通过增加旁通管内的制冷剂流量，可以抑制蒸发器表面结霜，不过由于蒸发器入口温度的提高，系统的制热量也会下降。文献提到了一种带有制冷剂电加热器的热泵系统，在热泵系统的室内换热器中设置一个制冷剂电加热器。当接通电加热器时，该系统工质压力、温度较普通系统为高，使室外换热器表面温度比一般热泵系统高1～2℃，从而可以有效的延缓结霜时间。同时，文献还提出，如果节流结构采用毛细管，从而减少压力降，提高了蒸发压力。通过实验发现，当空气温度低于90%时，该系统可长时间供热运行而无需除霜。

    此外，谷波等分析了不同的管路数导致结霜厚度对蒸发器出口温度的影响，结果表明，分路较少的蒸发器由于流动阻力较大，从而出口蒸发温度降低，同时也使结霜趋于严重。在空气源热泵进行系统分路以及管路的设计时，应充分考虑这一因素的影响，尽量合理的使用制冷分配器并合理的设计管路。

    1.2.2 在改变蒸发器结构方面的研究

    对于这方面，国内外学者主要研究了蒸发器面积、翅片结构与间距、以及沿气流方向的管排数是如何影响蒸发器表面结霜的。王洋等通过实验研究了增大室外蒸发器面积对空气源热泵冷热水机组蒸发温度的影响，通过对我国可应用空气源热泵地区主要代表性城市气象资料的整理分析，统计计算了未增大蒸发器面积和蒸发器面积增大一倍时,空气源热泵冷热水机组在各地区的结霜时间。结果表明，当室外蒸发器面积增大一倍后，空气源热泵冷热水机组的蒸发温度平均提高了约2.5℃；在空气源热泵运行季节内,机组在不同地区的结霜时间减少了5.1%～82.96%。

    程卫红等计算模拟了不同地区不同工况下，采用不同翅片间距、翅片管管径、管间距时，结霜速率、霜的密度和霜的厚度等随时间的变化。不同工况下，空气侧换热器的结构参数不同，对机组性能的影响也不同；增大翅片间距可以延缓结霜，但对于不同湿度的地区，翅片间距应取不同的值。

    谷波等通过实验研究发现，通过增加气流入口处沿气流方向的肋片尺寸，可以减缓肋片边缘效应的影响，从而减少其结霜的倾向；随着沿气流方向盘管数的增加，可导致结霜速度加快,结霜量增多。因此，肋片盘管沿气流方向管排数不宜超过3排。

    Watters通过实验研究发现对于管排数为3排的蒸发器，其中排为6 翅片/厘米，第二排为8 翅片/厘米，第三排为10 翅片/厘米要比三排全为8 翅片/厘米结霜量少，而且除霜所需的时间也短。文献通过对实验数据进行分析，进一步给出了保证结霜16 小时以后仍具有7mm流通宽度的各排合理肋距。但是，由于文献给出的实验条件过于苛刻，因此也限制了其使用范围。

    1.2.3 在改变蒸发器表面特性的研究

    在从优化蒸发器的结构来研究的同时，国内外一些学者利用表面处理技术（疏水性涂层或亲水性涂层）进行了抑制结霜的研究。

    冷凝水在疏水性不同的表面上,因表面能差异以及水的表面张力,它与壁面将形成不同的固定接触角θ。如图5 所示，接触角θ 是固气液三相交界点出，固液界面与液气界面所夹的角。在平衡状态时，固气表面张力σsg、固液表面张力σls 和液气表面张力σgl。费千结合Young 方程，并从液滴脱离壁面时重力做功克服粘附功的角度出发,导出了液滴从壁面脱离的临界脱落半径r。

    θ角越大,临界脱落半径越小,也就是说疏水性越好的表面,其表面能越小,液滴脱离过程中需要克服的粘附功越小,脱落就越快越容易从而可以有效的抑制结霜。John[20]研究了θ角的大小对表面结霜的影响，通过实验指出，θ角越大，冰核形成越慢。但是一般用于制作蒸发器的铝、铜和钢等材料的θ角都小于90°，而目前疏水性最强材料的θ角也不大于110°，大连海事大学利用形态学效应，即在一般的疏水层上均匀掺杂疏水性固体颗粒，可使θ角达到160°，从而取得了良好的抑霜效果。杨剑等通过实验发现涂有涂层后，表面原先的粗糙度对结霜基本无影响，从而可以减少一些用于表面精细处理的费用。

    对于亲水性涂层抑霜的机理目前还存在争议，但普遍认为是由于亲水涂料含有强吸水性物质，能够在结霜初期把凝结在冷板表面上的水珠吸附到由涂料制成的亲水涂层内部，同时涂层内含有能降低水冰点的物质，使吸附到内部的水珠不发生冻结，因而延缓了初始霜晶的形成。Okoroafor，等在1999 年就研制了一种亲水性抑霜材料。Ryu所做的研究表明亲水性表面上霜层厚度确实比普通表面上要少，但发现其冷表面结霜的密度更大些，研究发现随着相对湿度在增大，亲水性涂层延缓结霜的能力也逐渐降低。另外，Newborough，等研究不同亲水性材料的配比情况对结霜的影响，结果表明抑制霜层生长的能力是随材料吸收水蒸汽的能力的增强而增强。而Jongmin Shin，等则研究了不同的涂层厚度对结霜的影响，研究表明亲水性涂层越厚，其抑制结霜的效果越明显。刘中良发明了一种防霜涂料，在空气湿度较低(<50%)、壁面温度相对较高(＞-10℃)的情况下,至少可以将初始霜晶出现的时间延迟3 小时以上,结霜量减少在50%左右,在一定条件下还可以保持不结霜,并且反复使用性能好。

    1.3 在其它方面的研究

    除以上介绍的方法外，还有很多学者研究通过用外加电场、磁场、超声波和机械振动的方法进行延缓结霜，不过这方面的研究还不很完善。

    Babakin，等在外加均匀电场的条件下对冷表面结霜情况进行观察，发现在结霜初期，高压静电场使霜层畸变为针柱状，因而在一定的风速下可以被折断而被吹走，从而达到抑制结霜的效果。

    Kazunari，等对外加超声波振动的冷表面结霜过程进行了实验观察，发现通过超声波振动，相同时间内，冷表面霜的沉积量减少了大约60%。但电场和超声波震动对结霜的作用机理还不清楚，都有待于进一步研究。

    Chin-Hsiang Cheng，等研究了应用机械震动的方法来除去亲水性表面的霜的可行性及效果，研究发现，在汽—液—固形式的结霜中，应用该方法可以对液滴的冷凝过程产生很大的改变，延缓液滴在表面的形成，从而延缓结霜的过程，对霜柱生长期的影响也是很明显的，但对于霜形成后，随着霜层密度和霜层高度不断增长，机械振动的效果并不明显。

    2 结语

    通过对国内外在延缓空气源热泵机组结霜文献的分析，可以得到以下几点结论：

    （1）对抑制结霜的研究总体上可以分为三个方面，一是改变蒸发器周围的空气状态参数；二是改变空气源热泵机组的流程或者改变机组部件（如蒸发器）的结构；三是通过外加驱动力来改变霜的结构。

    （2）在研究改变蒸发器结构的情况下，一是大部分文献都没有从整个空气源热泵机组的角度来优化蒸发器结构，而是仅从蒸发器自身的特性来优化；二是几乎没有文献系统的研究过随着蒸发器面积逐渐的增加，对结霜量和结霜速率的影响。

    （3）国内外学者都对在蒸发器表面涂层的方法做了大量研究。但是由于涂层的存在，也会降低传热效果，从而减少蒸发器传热量。还能延迟霜层表面温度到达0℃的时间，从而使除霜周期延长。同时，这些有机表面涂层耐久性差、被灰尘覆盖后作用受限以及本身的附加热阻等问题都限制了其应用。不过随着表面处理技术的发展，特别是纳米技术的应用，还是有望找到一个高接触角、光滑的低能表面涂层来有效地抑制冷壁面结霜。

    （4）国内外学者对于用电场、磁场、超声波或机械震动的方法来进行延缓结霜的方法进行了初步的研究。不过它们对结霜的作用机理还不是很清楚，这都有待于进一步的研究。同时，它们也为抑制冷面结霜提供一些新的思路。