一、选题的背景和意义

（一）选题背景

夏热冬冷地区的气候条件具有显著的过渡性特征，夏季高温高湿，冬季低温潮湿，年平均相对湿度普遍维持在70%以上。这种特殊的气候环境对建筑环境控制系统提出了严峻挑战。户式热泵因其兼具制冷制热功能、能效比高等优势，已成为该地区家庭冷暖需求的首选解决方案。然而，在冬季运行过程中，当环境温度处于0-5℃且相对湿度超过80%时，热泵室外换热器表面极易结霜。实测数据表明，在此工况下，换热器结霜速率可达0.3-0.5mm/h，严重影响系统性能。

传统除霜策略存在明显的技术局限性。基于固定时间间隔的除霜方式往往导致"过度除霜"，据统计会造成15%-20%的能源浪费；而基于温度传感器的控制方式又常出现"除霜延迟"现象，导致系统性能衰减超过30%。更严重的是，这些方法都无法避免除霜过程中的室内温度骤降问题，温度波动幅度普遍达到3-5℃，严重影响用户体验。特别是在早晚温差大、湿度变化剧烈的气候条件下，传统除霜方式的适应性更差。

随着智能控制技术的发展，研究新型智能除霜策略具有迫切的现实需求。通过融合多参数传感技术、机器学习算法和先进控制理论，开发能够实时监测结霜状态、精准预测除霜时机、动态优化除霜过程的智能除霜系统，已成为提升热泵系统性能的关键突破口。这不仅关系到用户舒适体验的提升，更是实现建筑节能降耗的重要途径。特别是在国家"双碳"战略背景下，研究高效智能的除霜技术对推动热泵行业技术进步、促进绿色建筑发展具有重要的现实意义。

（二）选题意义

本研究旨在优化夏热冬冷地区户式热泵系统的双级耦合除霜策略，具有重要的理论和实际意义。从理论层面来看，通过深入研究双级耦合除霜的原理和机制，可以完善热泵系统除霜的理论体系，为后续的研究提供理论支持。从实际应用角度出发，优化后的除霜策略能够提高热泵系统的制热性能和运行效率，减少能源消耗，延长设备的使用寿命，同时提升室内的热舒适性，满足用户的使用需求。这对于推广户式热泵系统在夏热冬冷地区的应用，以及实现节能减排的目标都具有积极的促进作用。

二、国内外研究现状

（一）国外研究现状

国外在热泵除霜技术方面开展了较为深入的研究。一些发达国家如美国、日本等，在早期就开始关注热泵系统的除霜问题，并取得了许多研究成果。他们采用了多种先进的传感器和控制技术来判断结霜情况，如光学传感器、超声波传感器等，实现了对结霜状态的较为准确监测。同时，在除霜控制策略上，提出了基于模糊控制、神经网络控制等智能控制方法，提高了除霜的准确性和及时性。然而，这些研究大多是针对大型热泵系统或特定的应用场景，对于户式热泵系统在夏热冬冷地区的适应性研究相对较少。

（二）国内研究现状

国内对热泵除霜技术的研究也在不断发展。许多科研机构和高校针对热泵系统的结霜和除霜问题进行了大量的实验和理论研究。部分研究集中在改进除霜控制参数的设定上，通过优化温度、时间等参数来提高除霜效果。还有一些研究尝试将不同的除霜方式进行结合，如热气旁通除霜和逆循环除霜的耦合，以达到更好的除霜效果。但目前国内的研究在双级耦合除霜策略的优化方面还存在一定的不足，对于夏热冬冷地区户式热泵系统的实际需求考虑不够充分。

三、研究目标和内容

（一）研究目标

本研究的主要目标是开发一种适用于夏热冬冷地区户式热泵系统的双级耦合除霜策略，并对其进行优化。具体目标包括：准确判断户式热泵系统室外换热器的结霜情况，实现及时、高效的除霜；提高热泵系统在除霜过程中的制热性能和运行效率，减少能源消耗；改善室内的热舒适性，降低除霜对室内温度的影响。

（二）研究内容

1. 双级耦合除霜原理分析 深入研究双级耦合除霜的工作原理，分析不同除霜方式之间的协同作用机制，为后续的策略优化提供理论基础。

2. 结霜状态监测方法研究 探索适用于夏热冬冷地区户式热泵系统的结霜状态监测方法，综合考虑环境温度、湿度、风速等因素，建立准确的结霜判断模型。

3. 双级耦合除霜策略优化 根据结霜状态监测结果，优化双级耦合除霜的启动条件、除霜时间和除霜方式的切换逻辑，提高除霜的效率和准确性。

4. 实验验证与性能评估 搭建实验平台，对优化后的双级耦合除霜策略进行实验验证，评估其对热泵系统制热性能、运行效率和室内热舒适性的影响。

四、研究方法和技术路线

（一）研究方法

1. 文献研究法 查阅国内外相关的文献资料，了解热泵系统除霜技术的研究现状和发展趋势，为研究提供理论支持。

2. 实验研究法 搭建实验平台，模拟夏热冬冷地区的气候条件，对户式热泵系统进行实验研究，获取不同工况下的系统运行数据。

3. 数学建模法 建立结霜判断模型和除霜策略优化模型，通过数学方法对实验数据进行分析和处理，优化除霜策略。

4. 对比分析法 对比优化前后的除霜策略，分析其对热泵系统性能的影响，评估优化效果。

（二）技术路线

1. 收集相关文献资料，了解研究现状和问题。

2. 进行理论分析，确定双级耦合除霜的原理和机制。

3. 设计结霜状态监测方案，搭建实验平台。

4. 开展实验研究，获取系统运行数据。

5. 建立数学模型，对除霜策略进行优化。

6. 对优化后的策略进行实验验证和性能评估。

7. 总结研究成果，撰写研究报告。

五、研究计划和预期成果

（一）研究计划

1. 第一阶段 完成相关文献资料的收集和整理，撰写文献综述，确定研究方案和技术路线。

2. 第二阶段 搭建实验平台，进行实验装置的调试和运行，开展初步的实验研究，获取实验数据。

3. 第三阶段 建立结霜判断模型和除霜策略优化模型，对实验数据进行分析和处理，优化双级耦合除霜策略。

4. 第四阶段 对优化后的除霜策略进行实验验证，评估其性能指标，根据实验结果进行进一步的优化调整。

5. 第五阶段 总结研究成果，撰写研究报告和学术论文，进行课题结题。

（二）预期成果

1. 完成夏热冬冷地区户式热泵系统双级耦合除霜策略的优化研究，提出一套可行的优化方案。

2. 撰写相关的学术论文，在国内外学术期刊上发表。

3. 通过实验验证，证明优化后的除霜策略能够有效提高热泵系统的制热性能和运行效率，改善室内热舒适性。

六、研究的创新点和难点

（一）创新点

1. 提出适用于夏热冬冷地区户式热泵系统的双级耦合除霜策略，综合考虑了该地区的气候特点和户式热泵系统的实际需求。

2. 采用多参数融合的结霜判断方法，能够更准确地判断室外换热器的结霜情况，提高除霜的及时性和准确性。

3. 通过优化双级耦合除霜的控制逻辑，实现了不同除霜方式的协同工作，提高了除霜效率，减少了能源消耗。

（二）难点

1. 准确监测夏热冬冷地区复杂气候条件下户式热泵系统的结霜状态是本研究的难点之一。由于该地区气候多变，湿度较大，结霜情况复杂，需要综合考虑多种因素来建立准确的结霜判断模型。

2. 双级耦合除霜策略的优化需要兼顾系统的制热性能、运行效率和室内热舒适性等多个方面，各因素之间相互影响，如何找到一个最优的平衡点是本研究的另一个难点。

3. 实验研究需要模拟夏热冬冷地区的实际气候条件，实验环境的控制和实验数据的准确性对研究结果有重要影响，确保实验的可靠性和有效性也是本研究面临的挑战之一。

七、可行性分析

（一）技术可行性

研究人员具有丰富的热泵技术研究经验，掌握了相关的实验方法和数据分析技术。同时，在实验室已具备搭建热泵系统实验平台的设备和条件，能够模拟夏热冬冷地区的气候环境，为实验研究提供技术支持。此外，国内外已经有许多关于热泵除霜技术的研究成果可供参考，为研究提供了理论和技术借鉴。

（二）经济可行性

本研究所需的实验设备和材料成本相对较低，主要包括热泵机组、传感器、控制器等。这些设备和材料在市场上容易获取，且价格合理。同时，研究过程中的实验费用主要包括水电费等，不会对研究造成较大的经济负担。因此，从经济角度来看，本研究是可行的。

（三）时间可行性

本研究制定了详细的研究计划，合理安排了各个阶段的时间节点。整个研究每个阶段的任务明确，时间安排合理。研究人员具有较强的时间管理能力和执行力，能够按照计划完成各项研究任务。因此，在时间上本研究是可行的。

综上所述，本课题具有重要的研究意义和应用价值，研究目标明确，研究内容合理，研究方法可行。通过本研究有望开发出适用于夏热冬冷地区户式热泵系统的高效双级耦合除霜策略，为热泵系统的推广和应用提供技术支持。