超疏水表面在空气源热泵除霜中的应用综述

2013年，翟丽华等人总结归纳了当前亲水性抑霜涂层、疏水性表面抑霜等技术的应用研究现状，得出了亲水性表面相对于疏水性表面，可能更适用于温度环境始终维持在低温、低湿下的换热器；而疏水性涂层则可能更适用于高温、高湿的工况的结论。梁彩华等人于2014年研究了翅片表面特性对结霜过程的影响。实验分别对接触角不同亲水性铝翅片、疏水性铝翅片、超疏水性铝翅片、普通铝翅片的结霜过程进行了可视化研究，获得了翅片表面特性对结霜过程及霜层热工特性的影响规律。实验发现，不同表面的接触角越大，抑霜效果越明显。
[3]王贤林,蒋绍坚,艾元方.疏水表面用于延缓热泵结霜及加快除霜的探讨[J].节能技术, 2004,(5):37-38.
[4] D.Highgate, C.Knight and S.D.Probert. Anomalous Freezing of Water in Hydrophilic Polymeric Structures[J]. Applied Energy, 1989, 34(4):243-259.
3.总结
3.1现状总结
空气源热泵在湿冷地区的结霜问题阻碍了它的发展和推广。通过阅读并总结国内外的文献发现，研究者们对空气源热泵结霜问题的研究主要集中在以下几个方面：
1.探索影响结霜的因素
研究发现，室外空气的温湿度在很大程度上影响着结霜程度：当室外环境温度一定时，空气的相对湿度越大，结霜越严重；当室外空气的相对湿度一定时，结霜的严重程度随温度的降低呈现抛物型规律，及并不是温度越低，结霜越严重，而是存在一个温度范围，在这个范围结霜最严重。实际运行表明,当室外空气温度在-2℃～7℃ ,而相对湿度大于50%时,结霜最严重。室外机进风口处的风速对结霜程度也有一定的影响。宏观上看，存在使一个结霜量最小的风速，当风速小于该风速时，风速越大，霜层厚度越小，翅片管换热器的最大换热量越大。实际上，风速对街上情况的影响还受其他多方面因素的影响，比如空气的相对湿度和换热器的结构。结霜程度也受空气侧换热器结构的影响。另外，研究者们也分析了蒸发面积对结霜程度的影响。在我们不同地区，将蒸发面积增大一倍，蒸发温度可以平均提高2.5℃，霜时间大约可以减少了5.21%～82.96%
[5]路伟鹏，王伟，李林涛，朱佳鹏，盖轶静.不同表面浸润性对除霜过程影响的实验研究[J].制冷技术，2014,34(1):26-31.
[6]翟丽华，邵英.表面涂层抑霜的应用研究[J].家电科技，2013:76-77.
超疏水表面的制备是难点目前几乎没有一种制备方法真正投入使用原因是这些方法要么制作过程复杂需要精密昂贵的仪器要么制备出来的超疏水表面只在初期具有良好而后期随着时间的推移在自然环境的作用下疏水表面逐渐丧失了其疏水性能也失去了抑霜能力
超疏水表面在空气源热泵除霜中的应用综述
摘要：本文主要从影响结霜的因素、除霜的方法等方面总结了近年来关于空气源热泵结霜问题的研究，也总结了超疏水表面在空气源热泵表面的应用研究及目前存在的问题。
王贤林等人于2004年对疏水表面应用于延缓热泵除霜和加快除霜的问题进行了探讨。分析了水蒸气在低温表面首先被冷却成冷凝水，继而结霜或者脱落的现象，提出了采用疏水性好的低能表面作为热泵蒸发器表面而阻止或延缓结霜并加快除霜的方法。但是这种方法具体的节能降耗效果必须要进一步深入试验研究。
国内外很多学者也试图将亲水材料应用于空气源热泵室外机翅片表面，以达到抑制结霜的目的。Highgate等人在经过大量实验证明，亲水涂层可吸附大量的水，并且贮存一部分潜冷，而且被涂层吸附的水在-20℃时都不凝结。
3.缺少对应用在空气源热泵室外机翅片表面疏水材料的耐久性、耐腐蚀性、抗污垢性研究。
参考文献
[1]范治平，魏增江，田东等.超疏水性材料表面的制备、应用和相关理论研究的新进展[J].高分子通报.2010(11):105-110.
[2]张泓筠.超疏水表面微结构对其疏水性能的影响及应用[博士学位论文] [D].湘潭;湘潭大学, 2013.
2.研究解决结霜的方法
早期的研究者试图从源头上解决结霜问题，即改变空气侧换热器进口处空气的温湿度。后来逐渐形成了使用较为广泛的热气旁通除霜和逆循环除霜方法，并在这基础上进行了改进研究。从节约能源和能源利用的时空性出发，相变蓄热除霜迅速发展起来，利用蓄热装置将太阳能、压缩机废热能、地热能等经济性能源，为除霜提供热量，同时缩短了除霜时间，优化了除霜时的室内环境。
为了降低空气源热泵的初投资，简化结构，减少运行能耗，研究者们还对翅片材料的表面性能进行了研究。根据水滴在其表面吸附能力的不同，分为亲水表面和疏水表面。亲水表面可以吸附大量的水，并储存一部分潜热，使其不易凝结；而疏水性表面通过增大水滴在其表面的接触角，时其快速滚落，减少它们之间的接触时间和接触面积，破坏了结霜的条件，能有效延缓结霜。大量研究表明疏水性材料的抑霜效果优于亲水性材料。
关键字：空气源热泵；超疏水；除霜；室外机
1.引言
热泵在家用空调中的使用率逐年上升，但空气源热泵在低温潮湿环境下运行时，效果并不理想。当环境温度在-12.8℃到5.8℃之间，且相对湿度大于67%时，室外机盘管壁面容易结霜。霜层的存在降低了空气源热泵机组的供热性能，使机组能耗增加，严重地影响到机组整体的供热效率。因此，只有减缓室外机盘管表面结霜速度，降低霜层厚度，才能提高空气源热泵的能源利用率，保证它的供热性能。
将超疏水表面应用在空气源热泵室外机翅片管上，既能有效减缓或抑制霜层的形成，提高空气源热泵的运行效率，保证冬季湿冷地区人类室内居住环境的舒适度，又能有效地节约除霜成本，降低能源消耗率。
2.国内外研究现状
在冬季气温低、且相对湿度大的地区，空气源热泵的制热运行不是特别理想，主要原因是蒸发器表面翅片结霜，所角度着手，对空气源热泵室外机冬季结霜问题进行了大量的研究。
将超疏水表面应用在室外机翅片上，主要的研究内容是如何制备成本低、抑霜性能良好的超疏水材料。目前用的方法主要有化学修饰法、喷涂法、电解沉积法、化学刻蚀法、溶胶凝胶法、模板结合烧结法、原位聚合法、液相法、液相法和水热法等，其中化学刻蚀法和表面修饰法操作简单、成本低廉，被很多研究者采用。
3.2存在问题
经过对今年来的研究总结，我发现对空气源热泵除霜问题的研究还存在以下问题：
2014年，路伟鹏等人针对不同表面浸润性对除霜过程的影响做了实验研究。他们搭建了研究金属冷表面除霜特性的实验台，研究了普通和亲水铝箔在融化、化霜水排除和蒸干过程中的差异。研究发现亲水铝箔表面的初始蒸干率低于普通铝箔表面，但完全蒸发干净所需要的时间却很短。另外，由于亲水铝箔表面残留水是以膜状形式存在的，所以其表面的霜层更容易在除霜过程中被完全除掉。相比而言，除霜结束后普通铝箔表面所残留的部分水珠，会进入相邻的结霜循环，并再次成霜，该点处的霜层也会高于周围霜层，这会加重室外机空气通道的堵塞状况。
1.目前常用的除霜方法无法做到既成本低，又除霜效果好，而且不影响除霜时间段室内用户的舒适程度。
2.利用超疏水表面解决结霜问题的研究还不够深入。超疏水表面的制备是难点，目前几乎没有一种制备方法真正投入使用，原因是这些方法要么制作过程复杂，需要精密昂贵的仪器，要么制备出来的超疏水表面只在初期具有良好，而后期随着时间的推移，在自然环境的作用下，疏水表面逐渐丧失了其疏水性能，也失去了抑霜能力。