【摘要】      通過對空氣能熱泵結霜的工況分析，結合煤礦生產的實際情況，提出解決空氣能熱泵結霜的處理方法和煤礦選擇熱源設備的思路。

一. 空氣能熱泵的應用
空氣能熱泵是一種熱能提升傳遞設備，它具有安裝便捷、使用方便（易于實現自動化控制）、運行可靠、安全環保、節能高效、維護簡單等優點，因此，在許多企業和服務業得到了廣泛應用。
由于空氣能熱泵是一種新型的熱源設備，部分新建煤礦已采用了用空氣能熱泵對浴室洗浴用水進行加熱的方案。如：江西豐龍礦業有限責任公司石上礦井、豐礦的云莊煤礦、江煤集團（貴州）公司的小牛煤礦等。
二. 小牛煤礦熱源設備應用的情況介紹
1．熱源設備的選擇
小牛煤礦在基建時期，熱源設備是以設備在環境溫度為25℃、水體溫度為20℃、熱水溫度為55℃、工作時間為6h、制取熱水10t/b（班）為設計條件進行選型計算的。
1).制取10t/b熱水需要的電熱量
Q=C*M*(T2-T1)
=4.186×10000×(55－20)=1465100 kJ
式中：Q——制取熱水需要的制熱量，kJ；
C——水的比熱，4.186kJ /℃*kg；
M——熱水制取量，kg；
T1、T2——制熱時空氣能熱泵的進出水溫度，℃。
? ? 2).每小時的制熱量
q=Q/N*T
=1465100÷（3600×6）=67.8 kW
式中： W——功率小時熱值，取3600 kJ/kW*h；
T——空氣能熱泵的工作時間,h。
3).空氣能熱泵的選擇
以每小時需要的制熱量為依據，查資料，選擇了江西安源熱能設備有限公司的產品，型號為RS-89L型，2臺。據說明書介紹：該型號的空氣能熱泵其額定輸入功率為9.3kW、制熱量為33.8kW、最大能效比為5，適用環境溫度為-5～45℃、最高出水溫度為60℃、制熱水量是為831L/h，蒸發器需要循環風量為150m3/min。
兩臺空氣能熱泵的制熱量為67.6kW，制熱水量為1662L/h，經過核算，選用該空氣能熱泵工作6h，可制取熱水10t，能滿足每班洗浴用水要求。
2.在冬季工作時出現的問題
空氣能熱泵在冬季工作時，出現了熱水制取量滿足不了洗浴用水要求的情況。
三.問題分析
到現場觀察后發現，空氣能熱泵在環境溫度趨近于0℃的條件下工作時，蒸發器翅片的表面很容易結霜。
分析認為：空氣能熱泵在冬季工作，當蒸發器翅片表面的溫度低于環境空氣露點溫度時，蒸發器翅片的表面會產生凝露水；當蒸發器翅片的表面溫度在等于或小于0℃時，蒸發器翅片上的凝露水就會凝結成薄霜。結霜造成能效比下降，在此情況下空氣能熱泵的熱水制取量為：
環境溫度為0℃時，測得水體自然溫度為10℃，熱水溫度為55℃，空氣能熱泵工作時間為6h，熱水制取量為：
M=T*P*R*N/1000*C*Ts
=6×9.3×2.7×3600÷（1000×4.186×45）=2.9 t
式中：P——空氣能熱泵的輸入功率，kW；
R ——空氣能熱泵的能效比，當t=0℃時，查有關資料推算其平均能效比為2.7）；
Ts ——水的溫升，℃；
其余同前。
經過計算，在環境溫度為0℃時工作，空氣能熱泵工作6h，每臺制取熱水約2.9t，兩臺共制取熱水約5.8t，不能滿足每班80～100人洗浴用水的要求；兩臺空氣能熱泵工作8h，制取熱水約7.7t，也不能滿足每班80～100人洗浴用水的要求。
由以上公式分析認為，影響空氣能熱泵熱水制取量的原因有：
1).自然水體溫度的影響；
2).空氣能熱泵工作環境溫度的影響；
在空氣能熱泵結霜達到一定厚度時，便阻隔了蒸發器與周圍空氣的接觸的機會，也堵塞了空氣循環流動的通道，這時，空氣中熱能不能與蒸發器接觸，制冷劑因吸收不到足夠的熱能，汽化速度降低，汽化量也就隨之減少；又壓縮機在工作時得不到足夠的制冷劑補充，在這種不良的工況下工作，空氣能熱泵的能效比降低了，其性能也得不到正常發揮，嚴重影響了空氣能熱泵的制熱效果。
同時，壓縮機長期在此工況下工作，其工作情形如同水泵無水運轉，這也將會嚴重影響空氣能熱泵的壽命。
四. 空氣能熱泵的除霜方法
1.空氣能熱泵傳統的除霜方法
除霜是空氣能熱泵應用的關鍵技術之一，若除霜工作不正常，熱泵的耗電量將會大大地增加，甚至造成系統部不能正常運行?？諝饽軣岜贸Ｓ玫某椒ㄊ悄嫦虺?。
逆向除霜是一種傳統的除霜方法，即將四通換向閥旋至除霜位置，系統由制熱運轉模式切換至制冷運轉模式，制冷劑在冷凝器吸收熱量，經壓縮機壓縮后，高溫制冷劑在流經蒸發器時放熱，此時即為除霜過程；除霜結束后，將四通換向閥復位，系統恢復制熱運轉模式。
逆向除霜法的缺點是：頻繁化霜，化霜不盡?？諝饽軣岜迷诨^程中，其運轉模式與制熱運轉模式相反，化霜過程不僅不能制熱水，同時還需要吸收冷凝器中熱水的熱量，造成水溫進一步下降。
2.空氣能熱泵的除霜方法
要徹底解決空氣能熱泵的結霜問題，關鍵是要提高空氣能熱泵工作的環境溫度。在煤礦，空壓機（風冷式）是使用頻率較高的動力設備，通常情況下空壓機工作時產生的大量熱能都是在經過風冷后直接排放，因此這部分的熱能（是由電能轉化而來）就白白浪費掉了。如何并利用這部分廢棄熱能，使其為空氣能熱泵服務。
為此提出了解決問題的思路——建立廢棄熱能回收利用系統，即在空壓機房的合適位置設置熱風集中排放口，用風管與在此安裝的一臺引風機連接，在引風機的排風口安裝風管，并將其接到空氣能熱泵風機進風口位置附近，利用引風機的動力將空壓機房的熱風送到空氣能熱泵風機的進風口，供空氣能熱泵用，以提高空氣能熱泵工作的環境溫度，解決空氣能熱泵的結霜問題。
空壓機經風冷卻后，產生了熱空氣，此時熱空氣的溫度和風量是多少?能否滿足空氣能熱泵的工作要求？
小牛煤礦基建時期，安裝了2臺LGJ-20/7風冷式螺桿空壓機，一臺工作，一臺備用。在空壓機工作時，測得有關參數：
1).環境溫度是：5℃，
2).空壓機的排風窗口面積是：S=1.200×0.860=1.032m2；
3).空壓機的排風溫度：用溫度表在排風窗口上測量5點，5點的溫度分別是42℃、44℃、41℃、45℃、41℃，平均溫度是：42.6℃；
4).空壓機的排風速度：用測速儀在排風窗口上測量3點，3點的轉速分別是r/min、343r/min、369r/min；平均風速是：V=348r/min
空壓機的熱風量是：
Q=[(V÷60×0.89)＋0.07]×60×S×k
=[(348÷60×0.89)＋0.07]×60×1.032×0.9=290 m3/h
? ? 式中：k——不均勻系數，取0.9；
由空氣能熱泵說明書可知，兩臺空氣能熱泵的所需的循環風量約為300 m3/h；現有風量為290 m3/h、溫度為42.6℃的熱空氣，可以滿足改變空氣能熱泵工作環境溫度對風量和溫度的要求。
3).引風機的選擇
用150 m3/h的風量，溫度為42.6℃的熱空氣，與150 m3/h的風量，溫度為0℃的冷空氣混合，供空氣能熱泵用，使得空氣能熱泵在約20℃的環境溫度下工作，以此提高能效比。
據此選擇了HTFC-6C型離心管道風機，其參數：流量為9000m3/h，壓力為400Pa，功率為2.2kW，轉速為1000 r/min，工作溫度范圍-40～100℃。將風機安裝在支架上，通過D500的風筒將熱空氣送到空氣能熱泵的循環風入口，供空氣能熱泵用。
方案實施后，效果良好，可以滿足要求。
五，結束語
煤礦在確定供熱方案，選擇熱源設備時，應考慮熱負荷的使用情況以及在工作中產生的廢棄熱能利用問題，要把相關的廠房設施按照工藝要求合理布局，統籌安排，建立廢棄熱能循環利用系統，使廢棄的熱能得到利用。?
同時要從建設投資、運行成本、操作維修、環境保護和節能減排等方面對備選方案進行評估、認證，并考慮應對政府質監和環保部門的監督管理以及檢查檢測所發生的費用和企業管理工作的難度。
最后，選擇的熱源設備還要符合政府關于節能減排的政策規定。