【HETA】原来空调蒸发器结霜竟然是这样的！

空调蒸发器会出现结霜现象，这到底是怎么形成的呢？我们应该如何来抑制蒸发器结霜呢？

1、结霜及其对蒸发器的影响

一般认为，冷表面结霜为湿空气中水蒸气的凝华，经历以下三个阶段：

(1)霜晶生长期。

在此期间霜晶分散在表面各处并形成垂直霜柱群，这些霜柱群将成为霜层的构造骨架。

(2)霜层生成期。

霜晶生长到一定程度后，以三维方式生长。由于湿空气中水蒸气向霜层内部扩散并发生凝华，使霜层密度增加，并逐渐长成较为均匀的结构。

 (3)霜层成熟期。

此时霜层会出现回融，密度不断增大，极限情况将转化成冰层，称为霜层老化。这一阶段霜层变得越来越厚实，热导率不断增大。

有观察结果表明：平表面上常温下湿空气结霜并非简单的凝华，而是包括初期结露、水珠冻结、霜晶生成和成长四个过程，霜晶成长过程大体上经历三个阶段。

对此现象的定性解释为：与凝结一样，凝华亦需要凝华核心。一定温度下，凝华核心不易在平表面形成。待液滴冻结成多孔表面后，可提供形成凝华核心的可能，因而在霜表面可以发生凝华。下图所示为－12℃的黄铜表面上霜晶成长期某时刻的放大照片，可见霜为结构复杂的多孔体，其物性会极大地依赖于由冷表面温度、空气物性、流动参数以及生长时间等决定的结构特性。

结霜对蒸发器的影响包括增加了霜层导热热阻，霜层阻塞了空气部分流通面积从而使流经蒸发器的阻力增加。根据风机的特性可知，阻力增大将引起风量减少，从而使表面传热系数下降，能耗增加。霜层引起的风量减小是导致系统运行情况恶化的主要因素，相比之下，霜层导热热阻影响不重要。

下图所示为冷风机表面结霜对风量及压降影响的实验结果。其中，曲线A表示未结霜时初始风量为2100 m3/h，曲线B表示初始风量为1600m3/h，霜层厚度为迎风第一排肋片上霜的平均厚度，冷风机肋片间距为12.5mm，管排数为6。

2、抑制结霜的措施

长期以来，关于蒸发器结霜对策的研究主要集中在结霜规律、除霜方式及最佳控制、蒸发器变翅片间距设计等方面。这些研究无疑对提高制冷系统结霜时运行性能非常重要。近年来，采取一定措施减少蒸发器表面结霜的所谓结霜抑制研究引起了研究者关注。文献报道的抑制结霜对策主要有：

(1)改变蒸发器入口空气含湿量  

用干燥剂对流经蒸发器的湿空气进行减湿处理，从而减少蒸发器表面结霜。由于系统复杂，需要增加部件，其实用价值不明显。

(2)外加电场  

使蒸发器处于一均匀电场内，电场作用使霜晶长得较为纤细，易于被空气吹折并吹走，从而达到抑制结霜效果。这种方法不仅需要增加附件而且还存在安全上的问题。

(3)改变冷表面特性  

主要在表面上涂镀不同性质的涂层，从而抑制霜成长。与前两种方法相比，这种方法具有应用优势，因而近年来研究多集中于此。表面涂层主要有疏水涂层和亲水涂层。疏水涂层表面作用类似于外加电场，利用表面憎水性抑制霜生长，使霜晶成长为纤细型从而易于脱落；亲水材料的吸水性可以使涂层中水分在远低于0℃才发生相变，这样就在涂层表面形成已冻结水分子膜和未冻结水分子膜的接触表面，从而降低霜的附着力。另外，亲水涂层材料吸水后膨胀也可以降低霜的附着力。

上面三张图所示为亲水性涂料表面抑制结霜实验结果。实验件为水平板，未结霜时板表面温度均为－10℃。图中，波动曲线为霜层表面温度，带点的曲线为霜层厚度，另一曲线为实验平板表面温度。可见，亲水涂料对结霜有明显地抑制作用，由于导热热阻的影响，霜表面温度随厚度增加而增大。

下图所示为疏水涂层表面霜成长过程放大照片。对比“冷风机表面结霜对风量及压降影响的实验结果”那张图可以发现，疏水涂层表面使霜晶成长为纤细型，易于脱落。理论与实验均表明，对换热器金属表面喷镀高疏水性镀层，可降低其与水蒸气之间的表面能，增大接触角，对抑制结霜有效，而且还能改善换热器的传热性能。