CN103822327B - 一种变频空调器电加热控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空调的技术领域，更具体地，涉及一种变频空调电加热控制方法。所述空调器室内风机所用风轮为贯流风轮，电加热器置于室内机的蒸发器与贯流风轮之间；预设温度阀值T1，变频空调器判断符合进入除霜条件，室内控制器关闭导风板，电加热器通电加热，同时室内风机运行，且运行转速为低于预设值r的超低转速，室外风机停止运行；除霜结束后，室外风机运行，压缩机运行，当检测到室内盘管温度Tp>T1时打开导风板，电加热器退出除霜运行状态进入正常制热运行控制状态，按照制热运行方式运行。本发明加速了除霜过程，缩短了除霜时间。
Description
技术领域
本发明涉及空调的技术领域，更具体地，涉及一种变频空调电加热控制方法。
背景技术
在现有技术中，一般的变频空调器的电加热器控制是通过将电加热器功率加大，或增加额外的机构来增强除霜的效果，导致成本增加且系统复杂，除霜效果改善有限；在变频机的制热运行过程中一般没有将电加热器运行与压缩机的运行频率进行关联，导致在压缩机低频运行时也会投入电加热器运行，没有充分发挥变频空调器的变频运行能力。
现有的中国专利公告号为CN201059689Y公开了一种强热型空调器，由室内机换热器和室内贯流风扇构成室内机，在所述室内机中设置大功率辅助电热器件，大功率辅助电热器件的电热功率是系统额定制冷量的0.9至1.4倍，大功率辅助电热器件为一组或可独立控制的多组。除霜时，保持室内贯流风扇低速档运行，开启大功率辅助电加热器，循环系统处于制冷工况。该技术方案当遇到交流风机时低速档的风速较高，会导致空调器吹出冷风，这是一般用户难以接受的，同时该方案对于电加热器功率偏大，以一台35机为例，额定制冷量达到3500W，若按照1.4倍进行电加热功率配置将达到4900W，按照35机壳体结构可能会将外壳塑胶融化，带来严重安全隐患。
现有的中国专利公告号为CN102141282A公开了一种空调器的制热方法，在除霜阶段中，室内风扇与室外风扇处于运转状态，空调器进行制冷工作，室外电加热器对冷凝器加热，当室内温度下降至设定温度的下限温度时室内电加热器开始工作。使室内温度维持在设定的温度范围内，避免因为空调器处于除霜时室内的温度迅速下降，而造成使用者的身体不适。该技术方案使用了室外的电加热器，增加了成本，同时，由于在制热除霜阶段系统产生的室内制冷量是很大的，室外电加热器只能起到加速除霜的效果，却难以避免室内蒸发器温度的快速下降，在低温地区，即使室内电加热器全速工作也不能保证出风温度达到用户的要求。
现有的中国专利公告号为CN101532705A公开了一种冷暖型变频空调器及其除霜方法，所述空调器包括室内机和室外机，所述室外机具有通过连接管路相连通的变频压缩机、四通阀、节流元件及室外热交换器，在所述室外机连接管路上还设置有旁通回路，在所述室内机内设置有至少在所述空调器除霜过程中开启运行的电加热装置。所述空调器的除霜方法包括在达到除霜条件时，开启所述电加热装置，通过所述旁通回路进行旁通除霜的过程。该技术方案在室外机中使用了旁通阀进行除霜过程，室内在除霜过程中开启了电加热，整个空调器系统的成本及控制复杂度都显著增加。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种变频空调器电加热控制方法，在除霜时投入了电加热器的运行，加速了除霜过程，缩短了除霜时间；同时，在制热运行时将电加热器与压缩机的运行频率相关联，在压缩机单独运行即可达到除霜目的时禁止加热器运行，充分发挥变频空调器的变频运行能力。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种变频空调器电加热控制方法，所述空调器包括室内机和室外机，室内机包括蒸发器、导风板、室内风机、室内控制器、电加热器、室内温度传感器、室内盘管温度传感器；室外机包括压缩机、室外风机、室外环境温度传感器、室外盘管温度传感器；其特征在于，室内风机所用风轮为贯流风轮，电加热器置于室内机的蒸发器与贯流风轮之间；
预定温度阀值T1，变频空调器判断符合进入除霜条件，室内控制器关闭导风板，电加热器通电加热，同时室内风机运行，且运行转速为低于预设值r的超低转速，室外风机停止运行；
室内风机使用直流风机，直流风机能够获得较低的风机转速，按照目前常见的空调器用交流风机，其最低转速一般大于500rpm，而直流风机最低可以达到300rpm以下，该较低的转速可以满足电加热器开启时所需室内风机转速需求。
除霜时室内蒸发器上会产生少量冷凝水，而使用电热丝型电加热器因电热丝与外壁的导热片难以满足安全要求而不能使用，本发明选择电加热器为防水型PTC电热部件，能够确保除霜运行时的安全。另一方面，PTC的特性是温度越高，电阻值越大，在电压不变的情况下产生的发热功率越小，反之温度越低对应电压产生的发热功率越大，在除霜过程中，室内机内部环境的温度很低，从而能够使PTC电加热器的有效发热功率大大增加。将电加热器置于室内机的蒸发器与贯流风轮之间，主要是为了均匀的给电加热器散热，并通过贯流风扇的搅动将其发热功率均匀的散布到蒸发器上，供蒸发器吸收，同时有效限制PTC电加热器的表面温度，不会在电加热器上产生热量聚集。
除霜时即使开启了电加热器，其表面温度也是很低的，一般低于摄氏15度，按照空调器的国标要求，此时，空调器是不可以对外吹出冷风的，故导风板必须闭合；在导风板闭合的情况下若室内风机以实际空调器制热/制冷运行时的风速运行，贯流风扇会产生异常噪音，只能以比正常运行风速更低的风速运行才能避免异常噪音，同时，由于风扇的运转，搅动空气在室内机内部流动，加强电加热器和室内机换热器之间的换热，避免电加热器热量聚积而局部升温。
除霜结束后，室外风机运行，压缩机运行，当检测到室内盘管温度Tp>T1时，打开导风板，电加热器退出除霜运行状态进入正常制热运行控制状态，按照制热运行方式运行。
进一步地，预定温度阀值T2和T3，T2＜T3，除霜时电加热器的控制方法是：
S1：当室外环境温度传感器检测到室外环境温度Tw>T3时，电加热器禁止运行，利用压缩机即可快速完成除霜过程；
S2：当室外环境温度传感器检测到室外环境温度T2<Tw≦T3时，电加热器投入运行时间小于压缩机除霜时间，室内风机仅在电加热器开启期间运行，且运行转速为低于预设值r的超低转速；此时利用压缩机的除霜能力略为不足，加入部分电加热器功率，可以实现快速除霜。
S3：当室外环境温度传感器检测到室外环境温度Tw≦T2时，电加热器完全开启,室内风机运行，且运行转速为低于预设值r的超低转速；
进一步地，除霜结束后，空调器转入制热运行，此时开启电加热运行，室内风机运行转速为低于预设值r的超低转速，导风板闭合，当室内盘管温度传感器检测到室内盘管温度Tp>T1时，导风板开启，进入正常制热运行。由于在除霜结束后，空调器室内机蒸发器上的温度一般低于15摄氏度，故当除霜结束后，空调器转入制热运行，此时开启电加热器运行，可以快速提升室内机的吹出风温度。
进一步地，在除霜时电加热器还可以与室外盘管温度Tp1相关联，预设温度阀值T31：
S1：当室外盘管温度传感器检测到室外盘管温度Tp1>T31时，禁止开启电加热器运行；
S2：当室外盘管温度传感器检测到室外盘管温度Tp1≦T31时，允许开启电加热器运行，室内风机运行，且运行转速为低于预设值r的超低转速。
除霜时电加热器还可以有其他的关联控制方案。
综合上述多种控制方法，可以大大加速除霜进程，缩短除霜过程占用的时间，使用户享受制热的有效时间更长，体验的效果更好。
进一步地，预定阀值T11、T12，且T11＜T12，制热运行时电加热器控制方法是；
在正常制热运行控制状态下，因保护条件限制，压缩机允许运行的最高频率限制值为Fmax1，电加热器允许投入运行的最低压缩机运行频率为F1，压缩机运行频率为Fy，F=min{Fmax1，F1}，当Fy≧F时：
S1：室内盘管温度T11<Tp≦T12，电加热器运行时间t1后关闭时间t2，并循环反复，其中t1、t2均大于10秒且小于30分钟，此时电加热器部分投入运行，空调器压缩机以最大能力投入运行；
S2：室内盘管温度Tp>T12时，电加热器关闭此时仅需要压缩机投入运行；
S3：室内盘管温度Tp<T11时，电加热器完全开启，t2=0，此时仅需要压缩机投入运行。
进一步地，当压缩机运行频率Fy<F时，电加热器禁止运行，此时仅需要压缩机投入运行即可达到最优节能效果。
进一步地，制热运行时电加热器还可以仅与室外环境温度TW相关联，或者在电加热器与室内盘管温度Tp相关联的情况下再与室外环境温度TW相关联，对电加热器实现更加精确的控制。
预定温度阈值T21、T22，T22＜T21，其步骤是：
S1：检测到室外环境温度TW>T21时，禁止电加热器开启，此时仅需要压缩机投入运行；
S2：检测到室外环境温度T22<TW≦T21时，电加热器允许运行时间t1后关闭时间t2，并循环反复，其中t1、t2均大于10秒且小于30分钟，此时需要电加热器配合压缩机投入运行；
S3：检测到室外环境温度TW≦T22时，电加热器全开运行。
进一步地，制热运行时电加热器还可以与室内环境温度差值△T相关联，预定温度阈值△T1：当△T≤△T1时，禁止电加热器开启；当△T＞△T1时，允许电加热器开启。
为了避免参数在预定阈值附近频繁变化带来的控制系统的不稳定，对所有预设阈值均采用迟滞回差控制，在数值上处于上升阶段时使用预定阈值进行控制，当数值上处于下降时按照预定阈值减去一个适当的迟滞回差数作为新的预定阈值进行控制，还可以采用其他公知的迟滞回差控制方案。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在除霜期间启动室内的电加热器，加快除霜进程，缩短除霜时间，提升用户的制热感受效果；在正常制热运行中对于电加热器控制可以有效利用变频空调器压缩机的换热性能，提升能效比，只有在空调器压缩机的制热能力不足时才投入或部分投入电加热器运行，在提升制热效果的同时提升空调器系统的能效比。
附图说明
图1为实施例1中除霜时电加热器控制流程图。
图2为实施例2中制热运行时电加热器控制流程图。
图3为实施例1中空调器1、2、3、4、5部分组合结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
如图1至图3所示为本发明一种变频空调器电加热控制方法的第一实施例，变频空调器包括室内机和室外机，室内机包含外壳1、蒸发器2、导风板、室内风机、室内控制器、防水型PTC电加热器3、室内环境温度传感器和室内盘管温度传感器，室内风机为直流电机，风机所用风轮为贯流风轮4、控制器中包含控制芯片，控制芯片中包含电加热控制算法；其室外机包括压缩机、室外风机、室外控制器、室外环境温度传感器和室外盘管温度传感器；室内控制器和室外控制器之间有通讯线连接。
如图3所示，外壳1包住了蒸发器2，电加热器3置于室内机的蒸发器2与贯流风轮4之间，导风板5位于结构下部的出风口处。
除霜时电加热器与室外环境温度Tw相关联，室内风机转速预设值r=500rpm，如图1所示，当变频空调器判断符合除霜条件进入除霜时，室内控制器关闭导风板，电加热器通电加热，同时室内风扇运行风速为300rpm，室外风机停止运行。
预定阈值T2=-5℃、T3=5℃；当室外环境温度传感器检测到室外环境温度高于预定阈值T3=5℃时，电加热器禁止运行，利用压缩机完成除霜过程；
当室外温度传感器检测到室外环境温度高于预定阈值T2=-5℃且等于或低于T3=5℃时，除霜时电加热器执行部分运行，运行时间按如下规则确定：其一为固定4分钟，其二为室外盘管温度达到0℃，二者取最短时间；
当室外温度传感器检测到室外环境温度T≦-5℃时，电加热器完全开启。
除霜结束以后进入正常制热运行：室外风机运行、压缩机运行，空调器转入制热运行，此时开启电加热器，当室内盘管温度传感器检测到室内盘管温度Tp高于预定阈值T1=35℃时打开导风板，此时吹出的空气温度是人体可以接受的温度。
在正常制热运行控制状态下，变频空调器有过电流保护限频、室外盘管过热保护限频、室外环境温度保护限频、排气保护限频、低电压保护限频等等，多种压缩机运行频率限频规则，实时运行中当出现任一种或多种限频保护时，根据限频规则得到的压缩机允许运行最高频率限制值为Fmax1，电加热投入运行最低压缩机运行频率值为F1=65Hz，F为Fmax1与F1中的最小值；预定温度阈值T11=38℃、T12=48℃；当压缩机运行频率大于或等于F时，电加热进入如下控制：
当室内盘管温度传感器检测到室内盘管温度Tp，T11<Tp≦T12时，电加热投入运行时间t1=5分钟后关闭时间t2=2分钟，如此循环反复，还可以更进一步进行细化控制：电加热器投入运行时间t1与室内盘管温度Tp=Ta℃相关，
t1=53-Ta，单位：分钟
停止时间不变。
当室内盘管温度检测其检测到室内盘管温度Tp>T12时，电加热器关闭，此时仅需要压缩机投入运行。
当室内盘管温度检测其检测到室内盘管温度Tp<T11时，电加热完全开启，t2=0,此时压缩机全额投入运行。
当判断压缩机运行频率小频率值于F时，电加热器禁止运行。
实施例2
本实施例的空调器结构及其余工作原理与实施例1雷同，在此不再叙述。电加热器在正常制热运行控制状态下运行控制与室外环境温度Tw进行关联，预定阈值T21=10℃、T22=0℃。
当室外环境温度传感器检测到室外环境温度TW>T21时，禁止电加热器开启；
当室外环境温度传感器检测到室外环境温度T22<TW≦T21时，电加热器允许运行时间t1=5分钟后关闭时间t2=2分钟，并循环反复。
当室外环境温度传感器检测到室外环境温度TW≦T22时，允许电加热器全开运行。
电加热器在正常制热运行时电加热器还可以与室内环境温度差值△T相关联，设定温度为△T1=1；
当△T≤1时，禁止电加热开启；
当△T＞1时，允许电加热开启。
为了避免参数在预定阈值附近频繁变化带来的控制系统的不稳定，对所有预设阈值均采用迟滞回差控制，具体方案是：在数值上处于上升阶段时使用预定阈值进行控制，当数值上处于下降时按照预定阈值减去一所得值作为新的预定阈值进行控制。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种变频空调器电加热控制方法，所述空调器包括室内机和室外机，室内机包括蒸发器、导风板、室内风机、室内控制器、电加热器、室内温度传感器、室内盘管温度传感器；室外机包括压缩机、室外风机、室外环境温度传感器、室外盘管温度传感器；其特征在于，室内风机所用风轮为贯流风轮，电加热器置于室内机的蒸发器与贯流风轮之间；
预设温度阈 值T1，变频空调器判断符合进入除霜条件，室内控制器关闭导风板，电加热器通电加热，同时室内风机运行，且运行转速为低于预设值r的超低转速，室外风机停止运行；
除霜结束后，室外风机运行，压缩机运行，当检测到室内盘管温度Tp>T1时打开导风板，电加热器退出除霜运行状态进入正常制热运行控制状态，按照制热运行方式运行；
预设温度阈 值T2和T3，T2＜T3，电加热器的控制方法是：
S1：当室外环境温度传感器检测到室外环境温度Tw>T3时，电加热器禁止运行，利用压缩机完成除霜过程；
S2：当室外环境温度传感器检测到室外环境温度T2<Tw≦T3时，电加热器投入运行时间小于压缩机除霜时间，室内风机仅在电加热器开启期间运行，且运行转速为低于预设值r的超低转速；
S3：当室外环境温度传感器检测到室外环境温度Tw≦T2时，电加热器完全开启,室内风机运行，且运行转速为低于预设值r的超低转速。
2.根据权利要求1所述的变频空调器电加热控制方法，其特征在于，除霜结束后，空调器转入制热运行，此时开启电加热运行，室内风机运行转速为低于预设值r的超低转速，导风板闭合，当室内盘管温度传感器检测到室内盘管温度Tp>T1时，导风板开启，进入正常制热运行。
3.根据权利要求1所述的变频空调器电加热控制方法，其特征在于，除霜运行时电加热器与室外盘管温度Tp1相关联，预设温度阈 值T31：
S1：当室外盘管温度传感器检测到室外盘管温度Tp1>T31时，除霜运行时禁止开启电加热器运行；
S2：当室外盘管温度传感器检测到室外盘管温度Tp1≦T31时，除霜运行时允许开启电加热器运行，室内风机运行，且运行转速为低于预设值r的超低转速。
4.根据权利要求1所述的变频空调器电加热控制方法，其特征在于，预设温度阈 值T11、T12，且T11＜T12，制热运行时电加热器控制方法是；
压缩机允许运行的最高频率限制值为Fmax1，电加热器允许投入运行的最低压缩机运行频率为F1，压缩机运行频率为Fy，F=min{Fmax1，F1}，当Fy≧F时：
S1：当室内盘管温度传感器检测到室内盘管温度T11<Tp≦T12，电加热器运行时间t1后关闭时间t2，并循环反复，其中t1、t2均大于10秒且小于30分钟；
S2：当室内盘管温度传感器检测到室内盘管温度Tp>T12时，电加热器关闭；
S3：当室内盘管温度传感器检测到室内盘管温度Tp≦T11时，电加热器完全开启，t2=0。
5.根据权利要求4所述的变频空调器电加热控制方法，其特征在于，当压缩机运行频率Fy<F时，电加热器禁止运行。
6.根据权利要求4所述的变频空调器电加热控制方法，其特征在于，制热运行时电加热器与室外环境温度TW相关联，预设温度阈值T21、T22，T22＜T21，其步骤是：
S1：当室外环境温度传感器检测到室外环境温度TW>T21时，禁止电加热器开启；
S2：当室外环境温度传感器检测到室外环境温度T22<TW≦T21时，电加热器允许运行时间t1后关闭时间t2，并循环反复，其中t1、t2均大于10秒且小于30分钟；
S3：当室外环境温度传感器检测到室外环境温度TW≦T22时，电加热器全开运行。
7.根据权利要求6所述的变频空调器电加热控制方法，其特征在于，制热运行时电加热器与室内环境温度差值△T相关联，预设温度阈值△T1：
S1：当室内环境温度传感器检测到室内环境温度差值△T≤△T1时，禁止电加热器开启；
S2：当室内环境温度传感器检测到室内环境温度差值△T＞△T1时，允许电加热器开启。
8.根据权利要求1至7任一项所述的变频空调器电加热控制方法，其特征在于，预设温度阈值均采用迟滞回差控制。
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