CN108731321B - 一种空气源热泵系统的除霜控制方法 - Google Patents

Abstract

一种空气源热泵系统的除霜控制方法，涉及空调制冷、热泵技术领域。本发明除霜控制方法步骤为：当系统运行时某一台机组到达除霜条件，将其命名为机组a，并进行如下判断：i）当没有机组处于待机模式，则机组a进入正常除霜模式。ii）当有另一台机组处在待机模式时，将其命名为机组b。如果机组b的状态为非“待除霜”，则机组a关闭进入待机模式，同时机组b开启制热运行；否则，机组a保持制热状态，随后进行相应控制。iii）当有两台及以上的机组处在待机模式时，进行判断选定机组，将选定的机组命名为机组b，再根据ii）所示步骤进行后续控制。本发明方法能适合对多台空气源热泵机组联合运行系统的除霜控制，通过调整除霜控制逻辑，有效缓解当前空气源热泵系统因除霜导致的各种问题。

Description

一种空气源热泵系统的除霜控制方法

技术领域

本发明涉及空调制冷、热泵技术领域，特别是空气源热泵系统的除霜控制方法。

背景技术

随着节能减排，大气治理等一系列政策的推动，空气源热泵作为一项清洁节能的供热方式逐渐受到认可，近年来获得了长足的发展。除霜一直是空气源热泵的关键技术之一，也是阻碍空气源热泵性能提升，制约其推广的难点。现有技术中，空气源热泵机组主流的除霜方法有逆向除霜和热气旁通除霜两种。在机组制热运行中，当检测达到除霜条件后，即进入除霜模式，除霜完毕后再次开启制热。对于中大规模建筑，一般采用多台空气源热泵机组联合运行。此系统的除霜控制也基于单台机组，当检测到某台机组达到除霜条件后，该机组即进入除霜模式，除霜完毕后再次开启制热。这种控制方法下，每台热泵机组在除霜控制上是独立的，控制方法简单，成本低，但仍然存在如下不足：

1）除霜时机组制热暂停，逆向除霜还会中蒸发器取热，从而造成水温和室温下降，影响室内温度控制。

2）除霜过程消耗较多的电能，从而拉低了热泵的综合能效。

3）除霜过程阀门切换，流体换向，系统压力和温度剧烈变化，均对系统各部件造成了冲击，同时不利于压机正常回油，缩短机组的整体寿命。同时也产生了额外的噪音，加剧了空气源热泵的噪声问题。

4）由于室外环境和建筑负荷的多变，不均匀结霜，传感器干扰等因素，目前的空气源热泵除霜技术水平无法完全做到精确除霜。为保证除霜效果，特别是避免有霜不除而发生严重的停机后果，机组的除霜敏感度往往调的较高。因此造成了目前空气源热泵无霜误除霜的现象非常普遍，加剧了前述三点问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种空气源热泵系统的除霜控制方法。它能适合对多台空气源热泵机组联合运行系统的除霜控制，通过调整除霜控制逻辑，有效缓解当前空气源热泵系统因除霜导致的温度波动，能耗上升，机组寿命缩短，噪音和误除霜等这些问题。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种空气源热泵系统的除霜控制方法，其方法步骤为：在多台空气源热泵机组构成的空调系统中，当系统制热运行时某一台机组到达除霜条件，将其命名为机组a且状态标记为“待除霜”，系统将进行如下的判断：

i）当系统没有机组处于待机模式，则机组a进入正常除霜模式，机组a除霜完毕后重新制热运行，并解除“待除霜”状态。

ii）当系统中有另一台机组处在待机模式时，将其命名为机组b。如果机组b的状态为非“待除霜”，则机组a关闭进入待机模式，同时机组b开启制热运行；如果机组b状态为“待除霜”，此时机组a保持制热状态，随后进行如下的控制：

1）当气温高于切换气温t_a，t_a>0℃，开启机组b的风换热器风机此时压缩机不开，利用高于0℃的气温强制对流换热，促进风换热器的霜融化。过程中不断检测翅片温度，并记录风机运行时长。设定风机运行时间T_f，翅片设定温度t_c，翅片温度变化率Δt。当检测到风机运行时长>T_f，或者翅片温度>t_c且翅片温度变化率<Δt，机组b退出除霜，解除“待除霜”状态，开启制热运行，机组a则关闭进入待机模式。

2）当气温低于t_a时，机组b进入正常除霜模式。除霜完成后，机组b开启制热运行，并解除“待除霜”状态，机组a则关闭进入待机模式。

iii）当系统中有两台及以上的机组处在待机模式时，进行如下判断：

1）当待机机组中有一台及以上的机组处于非“待除霜”状态，则在这些非“待除霜”机组中选择待机时间最长的机组。

2）当待机机组全部为“待除霜”状态，则选择其中待机时间最长的机组。

根据上述两个原则选定机组后，将选定的机组命名为机组b，再根据ii）所示步骤进行后续控制。

在上述空气源热泵系统除霜控制方法中，所述气温设定值t_a、最长运行时间T_f、最高翅片温度tc、翅片温度变化率Δt均可以调节。

在上述空气源热泵系统除霜控制方法中，所述的“正常除霜模式”采用逆向或者热气旁通除霜。

对于多台空气源热泵机组构成的供暖系统，现有技术中实际机组台数一般都根据全年最冷时刻的最大负荷，并考虑一定的安全余量确定，以确保供暖安全。但实际运行的绝大部分时间气温都高于最冷时刻，因此机组在大部分时间都存在一定的冗余，即多台热泵机组中通常都有若干台处于待机模式。所以，当某一台机组达到除霜条件时，系统往往有一台或更多的机组处在待机状态。系统越大，机组越多，气温越高，建筑负荷越小，待机机组的台数也越多。

本发明的除霜控制方法，激活了各台热泵机组的协作，充分利用系统冗余的机组进行除霜优化。冗余机组接替待除霜机组运行，待除霜机组进入待机模式，高低压逐渐导通，高压侧热量进入低压侧，风换热器温度提高，霜逐渐融化，在气温高于0℃时还可以进一步自然化霜。同时，本发明为了保证待除霜机组再次开启时无霜，根据气温的高低制定了包含风机强制对流自然化霜和逆向或热气旁通除霜的除霜模式，在保证化霜的情况下实现节能除霜。相比现有的除霜控制方法，本发明具有如下优点：

1）达到除霜条件的机组关闭时，待机机组同步开启制热，填补制热量空缺，保持了供热量的稳定，避免水温和室温的波动，提高舒适度。

2）利用停机瞬间高低压导通的热量以及相对较高的气温进行化霜，节省了除霜能耗，气温越高，机组冗余量越大，除霜能耗节省的越多。

3）逆向或热气旁通除霜的次数减少，提高了系统运行稳定性，延长了机组使用寿命，也降低了因除霜导致的噪音。

4）本发明控制方法较好的解决无霜误除霜现象。现有技术中的控制方案是在某机组达到除霜条件时立即开启压缩机除霜，从根本上无法解决误除霜的问题。本发明的控制下，某机组达到除霜条件后将立即或延时关闭进入待机。如果该机组的除霜条件属于误判断，机组翅片实际无霜或少霜时，若气温高于t_a，等到该机组需开启接替其他机组时，开启风机强制对流化霜，由于翅片无霜，很快就退出化霜模式，除霜能耗大幅度降低。当气温低于t_a时，下次机组开启会正常除霜，因风换热器温度回升，除霜能耗有所降低。由于误除霜大部分发生在气温较高的时段，因此本发明解决无霜误除霜效果较好。

具体实施方式

1）实施方式一

某空气源热泵空调系统一共有n台空气源热泵机组并联运行。当某台机组（命名为机组a）到达除霜条件，标记为“待除霜”状态，此时若其他n-1台机组全部在正常制热或处于除霜模式，则机组a进入正常除霜模式（逆向或热气旁通除霜），除霜完毕后重新开启制热运行，并解除“待除霜”状态。

2）实施方式二

某空气源热泵空调系统一共有n台空气源热泵机组并联运行。当某台机组（命名为机组a）到达除霜条件时，标记为“待除霜”状态。此时有且仅有1台机组（命名为机组b）处在待机模式，且机组b状态非“待除霜”。则机组b此前的待机并非达到除霜条件所致，而是因为负荷变小等其他因素。因此认为机组b风换热器中无霜或者少霜，开启制热运行，机组a关闭待机。

3）实施方式三

某空气源热泵空调系统一共有n台空气源热泵机组并联运行。当某台机组（命名为机组a）到达除霜条件时，标记为“待除霜”状态。此时有且仅有1台机组（命名为机组b）处在待机模式，且机组b状态为“待除霜”。若此时气温低于t_a，则机组b逆向或热气旁通除霜，机组a保持制热状态。当机组b除霜结束时，机组b开启制热运行，并解除“待除霜”状态，机组a关闭进入待机。机组b在上一个周期待机后，高低压导通，高压侧热量进入低压侧，风换热器温度上升，霜部分融化，除霜能耗将下降。同样的原理，机组a待机后，霜也会部分融化，等到下次机组a除霜时，能耗也将减小。

4）实施方式四

某空气源热泵空调系统一共有n台空气源热泵机组并联运行。当某台机组（命名为机组a）到达除霜条件时，标记为“待除霜”状态。此时有且仅有1台机组（命名为机组b）处在待机模式，且机组b状态为“待除霜”。若此时气温高于t_a，因t_a>0℃，气温较高，空气具有融化霜的能力，同时建筑负荷也减小，机组冗余量大，待机机组增多同时待机时间延长。

在上一个周期机组b因达到除霜条件而待机后，因高低压导通，霜部分融化。剩余的霜在高于0℃的气温下逐渐自然融化，若气温足够高或者待机时间足够长，霜可以完全融化。此时机组a保持开启，机组b开启风机，利用强制对流加速可能剩余的霜自然融化。当检测到翅片温度>t_c并且翅片温度变化率<Δt，认为霜完全融化，退出除霜；如果风机运行时间超过T_f，认为霜已经完全融化，但存在误判断而未退出除霜，此时强制退出除霜。机组b退出除霜后，解除“待除霜”状态，开启制热，同时机组a关闭进入待机。

在这种情况下，机组b原有的霜大部分已自然融化，而且利用风机强制对流自然化霜，除霜能耗大幅度下降。同样的原理，机组a待机后，霜也会逐渐融化，等到下次机组a除霜时，能耗也将减小。

5）实施方式五

某空气源热泵空调系统一共有n台空气源热泵机组并联运行。当某台机组（命名为机组a）到达除霜条件时，标记为“待除霜”状态。此时有m台机组（m≥2）处在待机模式。则首先判断待机机组中是否有非“待除霜”状态的机组，如果有，则选择其中待机时间最长的机组，认为该机组霜最少，按具体实施方式二进行后续控制。如果没有，待机机组全部为“待除霜”状态，则选择其中待机时间最长的机组。按实施方式三和四进行后续控制。

Claims (3)

1.一种空气源热泵系统的除霜控制方法，其方法步骤为：在多台空气源热泵机组构成的空调系统中，当系统制热运行时某一台机组到达除霜条件，将其命名为机组a且状态标记为“待除霜”，系统将进行如下的判断：

i）当系统没有机组处于待机模式，则机组a进入正常除霜模式，机组a除霜完毕后重新制热运行，并解除“待除霜”状态；

ii）当系统中有另一台机组处在待机模式时，将其命名为机组b，如果机组b的状态为非“待除霜”，则机组a关闭进入待机模式，同时机组b开启制热运行；如果机组b状态为“待除霜”，此时机组a保持制热状态，随后进行如下的控制：

1）当气温高于切换气温t_a，t_a>0℃，开启机组b的风换热器风机，此时压缩机不开，利用高于0℃的气温强制对流换热，促进风换热器的霜融化；过程中不断检测翅片温度，并记录风机运行时长，设定风机运行时间T_f，翅片设定温度t_c，翅片温度变化率Δt；当检测到风机运行时长>T_f，或者翅片温度>t_c且翅片温度变化率<Δt，机组b退出除霜，解除“待除霜”状态，开启制热运行，机组a则关闭进入待机模式；

2）当气温低于t_a时，机组b进入正常除霜模式，除霜完成后，机组b开启制热运行，并解除“待除霜”状态，机组a则关闭进入待机模式；

iii）当系统中有两台及以上的机组处在待机模式时，进行如下判断：

当待机机组中有一台及以上的机组处于非“待除霜”状态，则在这些非“待除霜”机组中选择待机时间最长的机组；

当待机机组全部为“待除霜”状态，则选择其中待机时间最长的机组；

根据上述两个原则选定机组后，将选定的机组命名为机组b，再根据ii）所示步骤进行后续控制。

2.如权利要求1所述的空气源热泵系统除霜控制方法，其特征在于，所述气温设定值t_a、最长运行时间T_f、最高翅片温度t_c、翅片温度变化率Δt均可以调节。

3.如权利要求1或2所述的空气源热泵系统除霜控制方法，其特征在于，所述的“正常除霜模式”采用逆向或者热气旁通除霜。