CN101430154B - 一种气源热泵逆向除霜方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气源热泵逆向除霜方法，该气源热泵包括控制器、压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器及其循环泵，在该压缩机的出口与进口之间串连有电控四通阀，所述除霜方法包括：控制器控制着所述电控四通阀、压缩机、蒸发器、循环泵有序地动作，往复交替地进行如下的顺序步骤：制热、停机切阀、除霜、再停机切阀，而所述逆向除霜方法还包括如下步骤：A)所述控制器记录上一轮制热步骤的时间T1和紧接的除霜步骤耗时t；B)采用实验所得的最佳除霜耗时b，进行计算后设定下一轮制热步骤的时间T2。本发明气源热泵逆向除霜方法能够根据环境情况自动调整制热运行周期和除霜时机以及除霜耗时，进而获得最佳的能效比。

Description

一种气源热泵逆向除霜方法

技术领域

本发明涉及一种热泵设备，更具体地说，本发明涉及一种气源热泵的逆向除霜设备及其控制方法。

背景技术

空气源热泵在低温气候运行时，温度和湿度达到一定条件，就会在蒸发器表面产生结霜，随着时间的推移，若不将霜层除去，结霜会越来越厚，以致逐渐影响热泵的制热性能，直至无法进行制热工作。

结霜会令到蒸发器的换热性能下降，增加制热的能量消耗，所以当结霜到一定程度时需要额外消耗能量将蒸发器的霜层除去，再恢复制热。目前传统逆向除霜控制常用的办法是设定一个固定的制热运行周期，在运行周期结束后进入除霜，直至达到除霜退出条件(例如蒸发器的盘管温度回升至设定值)之后再重新进入制热运行周期。

但由于热泵的结霜程度受到环境气温、环境湿度等等因数的影响，且如果考虑到除霜的能效比，则除霜的时机和耗时的选择上，就可能出现如下问题：如果过早、过频繁的除霜，虽然可以保证热泵机组不致因结霜增厚而导致无法制热工作，但会消耗过多的能量在除霜动作上，浪费能源；如果制热时间过长而迟迟不进行除霜，则有可能因结霜过厚导致低压保护而跳闸，或者过厚的霜层影响蒸发器换热，进而影响性能。显然，传统方法固定的制热运行周期无法准确反映蒸发器的结霜情况，例如环境温度低湿度大的时候，一个运行周期之后蒸发器的结霜情况已经严重超出预期，过厚的霜层影响了制热的性能，就会造成不必要的能耗；又例如环境的湿度低，一个运行周期之后蒸发器结霜很少，这时候进入除霜的话并不必要，同样会造成能源浪费。

如何动态地调整运行周期以达到准确判断结霜的程度，在合适的时候进行除霜，使系统运行更加节能，是除霜控制系统需要努力改进的方向。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明的目的是要提供一种气源热泵逆向除霜方法，该方法具有如下优点：能够根据环境情况自动调整制热运行周期和除霜时机以及除霜耗时，进而获得最佳的能效比。

为此，本发明的技术解决方案是一种气源热泵逆向除霜方法，该气源热泵包括控制器、压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器及其循环泵，在该压缩机的出口与进口之间串连有电控四通阀，而该电控四通阀的另外两个接口分别连接着所述冷凝器、蒸发器的冷媒端口A1、B1，所述冷凝器、蒸发器的另外冷媒端口A2、B2通过所述膨胀阀相互连通，所述控制器分别连接着电控四通阀、压缩机、蒸发器、循环泵的开关电路，所述除霜方法包括：控制器控制着所述电控四通阀、压缩机、蒸发器、循环泵有序地动作，往复交替地进行如下的顺序步骤：制热、停机切阀、除霜、再停机切阀，而所述逆向除霜方法还包括如下步骤：A)所述控制器记录上一轮制热步骤的时间T1和紧接的除霜步骤耗时t；B)采用实验所得的最佳除霜耗时b，进行计算后设定下一轮制热步骤的时间T2。

本发明的热泵除霜方法，采用制热步骤时间T1和紧接的除霜步骤耗时t的历史数据作为参考数据，利用设定工况下测得的最佳除霜耗时b作为标准；因为最佳除霜耗时b的测定是根据微观的最佳结霜厚度而决定的，因此可以优化地算出接下来准备进行的最佳制热步骤时间T2。如此反复进行，使得每次新的待行制热步骤时间T2都基本保持在最佳除霜耗时b或附近。与现有技术相比，本发明热泵除霜控制方法通过将最近一次制热运行周期和除霜耗时代入预先设定好的函数内并计算出下一个制热运行周期，使制热运行周期能够根据实际工况进行调整，使每次结霜的程度达到预期最优化的效果。可使制热的能效比达到优化设计，节约能源。

经过在温度为1℃、相对湿度为83％以及温度为6℃、相对湿度为60％的变动情况下测试比较证明：传统除霜的能效比为2.5以下，而本发明方法的除霜的能效比不低于2.8，本发明方法的除霜节能效果明显。

本发明除霜方法还包括如下具体改进：

所述步骤B中，所述最佳除霜耗时b是通过如下实验步骤C而获得：启动所述气源热泵在设定工况下进行不同制热周期Ts的运行，记录每个制热运行周期Ts后的除霜耗时ts，然后计算所述气源热泵相应的能效比，从中选取能效比最高的除霜耗时为最佳除霜耗时b。所述最佳除霜耗时b对应最佳结霜厚度，也对应最佳的制热能效比。

通过大量上述的实验，反复对比来获取最佳的霜层厚度并在此时进行除霜，以获得最佳的能效比。同样地，在获得最佳的霜层厚度之后，我们推理得出在除霜功率大致不变的情况下，除霜时间也就是霜层厚度的反映，加上PID控制手段，本发明可以合理地调整制热运行周期和除霜时间的长短，进而获得最佳的能效比。这就是我们的开发这个能除霜技术的出发思路。

作为本发明较佳的除霜时机确定方法，所述步骤B中，所述计算的公式为：T2＝T1÷t×b。

为进一步增加机器运行的稳定性、减少逆向切换阀门带来的冲击，所述停机切阀步骤中，所述循环泵持续运转，所述控制器先停止所述蒸发器风机且暂停压缩机的运转，至所述四通阀切换完成，开启压缩机除霜运转；所述再停机切阀步骤中，所述循环泵持续运转，所述控制器先暂停压缩机的运转，至所述四通阀切换完成，先启动所述所述蒸发器风机，短时后启动压缩机制热运转。

为进一步增加本发明方法在传统机型上的实用型，所述停机切阀步骤中，所述控制器控制所述电控四通阀，使得压缩机的出口直接连通蒸发器冷媒端口A1，使得冷凝器的冷媒端口B1直接连通压缩机的进口。

所述再停机切阀步骤中，所述控制器控制所述电控四通阀，使得压缩机的出口直接连通冷凝器的冷媒端口B1，使得蒸发器冷媒端口A1直接连通压缩机的进口。

为增加和确保本发明方法的控制精度，所述T1、t、b的计时单位精确到秒。

为了更有效确保本发明方法的推广应用，所述步骤C在每种型号的气源热泵出厂之前进行并完成。

为从硬件装置上使得本发明方法更加稳定、有效、灵活、实用，所述控制器包括单片机MCU，所述最佳除霜耗时b设定后存储在所述控制器的单片机MCU的存储器中。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明热泵逆向除霜装置实施例的结构示意图。

图2、3分别为本发明热泵逆向除霜方法的效果示意图。

图4、5分别为传统热泵逆向除霜方法的效果示意图。

具体实施方式

逆向除霜装置实施例：

如图1，所示为本发明逆向除霜装置实施例的结构示意图。该气源热泵包括控制器、压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器及其循环泵，在该压缩机的出口与进口之间串连有电控四通阀，而该电控四通阀的另外两个接口分别连接着所述冷凝器、蒸发器的冷媒端口A1、B1，所述冷凝器、蒸发器的另外冷媒端口A2、B2通过所述膨胀阀相互连通，所述控制器分别连接着电控四通阀、压缩机、蒸发器、循环泵的开关电路，其特征在于：所述逆向除霜方法包括：控制器控制着所述电控四通阀、压缩机、蒸发器、循环泵有序地动作，往复交替地进行如下的顺序步骤：制热、停机切阀、除霜、再停机切阀。所述控制器包括单片机MCU，所述最佳除霜耗时b设定后存储在所述控制器的单片机MCU的存储器中。

所述停机切阀步骤中，所述循环泵持续运转，所述控制器先停止所述蒸发器风机且暂停压缩机的运转，所述控制器控制所述电控四通阀，使得压缩机的出口直接连通蒸发器冷媒端口A1，使得冷凝器的冷媒端口B1直接连通压缩机的进口，至所述四通阀切换完成，开启压缩机除霜运转，冷媒流向如虚线箭头所示；所述再停机切阀步骤中，所述循环泵持续运转，所述控制器先暂停压缩机的运转，所述控制器控制所述电控四通阀，使得压缩机的出口直接连通冷凝器的冷媒端口B1，使得蒸发器冷媒端口A1直接连通压缩机的进口，至所述四通阀切换完成，先启动所述所述蒸发器风机，短时后启动压缩机制热运转，冷媒流向如实线箭头所示。

逆向除霜方法装置实施例：

如图2、3，所示分别为本发明热泵逆向除霜方法的效果示意图，本发明热泵除霜方法设定参数如下：初始制热周期50分钟，最佳除霜耗时b＝3分钟＝180秒。图2为环境气温从6℃(相对湿度60％)下降到1℃(相对湿度83％)情况，除霜时间由3分钟上升到4分钟，根据公式3/4*50＝37.5＝38分钟，智能除霜控制将制热运行周期缩短为38分钟。图3为环境气温从1℃(相对湿度83％)上升到6℃(相对湿度60％)情况，根据公式4/3*50＝66.6＝67分钟，除霜时间由4分钟缩短到3分钟，智能除霜控制将制热运行周期延长为67分钟，经过逐轮调整，可以使得除霜运行周期始终等于或接近b值。表明本发明方法控制本发明气源热泵随着温度/湿度变化灵活调节制热时间。

图4、5分别为传统热泵逆向除霜方法的效果示意图，为便于比较，传统热泵除霜参数按照本发明方法的参数同样进行初始取值。由图4、5可见：无论环境气温从6℃(相对湿度60％)下降到1℃(相对湿度83％)，或者，环境气温从1℃(相对湿度83％)上升到6℃(相对湿度60％)情况，始终保持制热周期50分钟，但除霜时间变化很大，而本发明能够根据环境工况的变化对制热周期进行相应的缩短或者延长。两相计算后证明：本发明热泵除霜方法较传统热泵除霜方法的除霜能效比高出10-12％。

Claims (10)

1.一种气源热泵逆向除霜方法，该气源热泵包括控制器、压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器及其循环泵，在该压缩机的出口与进口之间串连有电控四通阀，而该电控四通阀的另外两个接口分别连接着所述冷凝器、蒸发器的冷媒端口A1、B1，所述冷凝器、蒸发器的另外冷媒端口A2、B2通过所述膨胀阀相互连通，所述控制器分别连接着电控四通阀、压缩机、蒸发器、循环泵的开关电路，其特征在于：所述逆向除霜方法包括：控制器控制着所述电控四通阀、压缩机、蒸发器、循环泵有序地动作，往复交替地进行如下的顺序步骤：制热、停机切阀、除霜、再停机切阀，所述逆向除霜方法还包括如下步骤：A)所述控制器记录上一轮制热步骤的时间T1和紧接的除霜步骤耗时t；B)采用实验所得的最佳除霜耗时b，进行计算后设定下一轮制热步骤的时间T2。

2.如权利要求1所述的气源热泵逆向除霜方法，其特征在于：所述步骤B中，所述最佳除霜耗时b是通过如下实验步骤C而获得：启动所述气源热泵在设定工况下进行不同制热周期Ts的运行，记录每个制热运行周期Ts后的除霜耗时ts，然后计算所述气源热泵相应的能效比，从中选取能效比最高的除霜耗时为最佳除霜耗时b。

3.如权利要求1或2所述的气源热泵逆向除霜方法，其特征在于：所述最佳除霜耗时b对应最佳结霜厚度，也对应最佳的能效比。

4.如权利要求1所述的气源热泵逆向除霜方法，其特征在于：所述步骤B中，所述计算的公式为：T2＝T1÷t×b。

5.如权利要求1所述的气源热泵逆向除霜方法，其特征在于：所述停机切阀步骤中，所述循环泵持续运转，所述控制器先停止所述蒸发器风机且暂停压缩机的运转，至所述四通阀切换完成，开启压缩机除霜运转；所述再停机切阀步骤中，所述循环泵持续运转，所述控制器先暂停压缩机的运转，至所述四通阀切换完成，先启动所述所述蒸发器风机，短时后启动压缩机制热运转。

6.如权利要求1所述的气源热泵逆向除霜方法，其特征在于：所述停机切阀步骤中，所述控制器控制所述电控四通阀，使得压缩机的出口直接连通蒸发器冷媒端口A1，使得冷凝器的冷媒端口B1直接连通压缩机的进口。

7.如权利要求1所述的气源热泵逆向除霜方法，其特征在于：所述再停机切阀步骤中，所述控制器控制所述电控四通阀，使得压缩机的出口直接连通冷凝器的冷媒端口B1，使得蒸发器冷媒端口A1直接连通压缩机的进口。

8.如权利要求1所述的气源热泵逆向除霜方法，其特征在于：所述T1、t、b的计时单位精确到秒。

9.如权利要求2所述的气源热泵逆向除霜方法，其特征在于：所述步骤C在每种型号的气源热泵出厂之前进行并完成。

10.如权利要求2所述的气源热泵逆向除霜方法，其特征在于：所述控制器包括单片机MCU，所述最佳除霜耗时b设定后存储在所述控制器的单片机MCU的存储器中。

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