CN108917248A - 一种空气源热泵的化霜控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于制冷设备技术领域，具体涉及一种空气源热泵的化霜控制方法，化霜系统包括控制器(1)、压缩机(2)、四通换向阀(3)、蒸发温度传感器(4)、蒸发换热器(5)、环境温度传感器(6)、电子膨胀阀(7)、冷凝换热器(8)、水温传感器(9)和冷凝温度传感器(10)，所述环境温度传感器(6)用于监测环境的温度，所述蒸发温度传感器(4)用于监测蒸发温度，所述水温传感器(9)用于监测水温，所述冷凝温度传感器(10)用于监测冷凝温度。该方法使得热泵系统在任何条件下运行，都能在最佳的时机进行除霜，从而都能获得最佳制热效率，使空气源热泵系统运行更高效、更节能，充分发挥空气源热泵技术的节能优势。

Description

一种空气源热泵的化霜控制方法

技术领域

本发明属于制冷设备技术领域，具体涉及一种空气源热泵的化霜控制方法。

背景技术

空气源热泵具有节能、环保、可再生能源的特性，在热水、采暖及烘干等各行业越来越得到广泛的应用。空气源热泵的热泵特性，使得其在冬天环境温度低的条件下(一般在5℃以下)，容易结霜，空气源热泵结霜后，霜层一方面增加了空气源热泵室外换热器与空气的换热热阻，使得空气源热泵吸热量减少；另一方面，换热器外表面结霜后，使得流通换热器的空气减少，也使得空气源热泵吸热量减少。结霜时间越长，霜层越厚，空气源热泵室外换热器吸热量就越少，空气源热泵的制热量就越少，空气源热泵的制热效果就越来越差。因此，空气源热泵结霜后就要进行化霜处理。

现有技术中，空气源热泵化霜方法一般有：一、热气旁通方法；二、电辅热方法；三、四通阀换向逆流除霜法。方法一和方法二效果差、效率也差，很少采用。在实际应用中普遍采用第三种方法。在方法三中，在四通阀换向逆向除霜的过程中，热泵不能继续制热，还要消耗掉部分室内空气中或地暖水中的部分热量，如附图3中横坐标下面部分制热量为负值，即表示吸收热量进行除霜过程。对于四通阀换向逆流除霜法，目前的除霜系统主要有两种，一种是定时除霜法，另一种是定温差的除霜方法。定时除霜法根据热泵运行时间，进行定时除霜，除霜时间也是固定的，这种系统简单，但也经常出现无霜除霜或者除霜不干净的情况，或者除完霜还在进行除霜的现象，造成能源浪费。定温差除霜方法根据在一定的环境温度下，霜结得越厚，蒸发效果越差，蒸发器蒸发温度下降这一事实，设计一个温差值，当环境温度和蒸发温度温差达到这一温差值后，热泵进行逆向除霜运行。除霜过程中，因四通阀已换向，蒸发器变为冷凝器，霜化完后，冷凝器温度迅速升高，当高于某一设定值后退出除霜。这种除霜方法相对精确，只要进入除霜温差和退出除霜温度设计合理，基本上能做到有霜除霜且除霜干净。这种除霜方法中的温差值的设置是关键，现在行业上的除霜温差的设置方法有两种，一种是不随环境工况变化，设置一个固定值；另一种是设置一个跟环境温度有关的除霜温差值，即⊿T＝⊿T(Ta)。现在空调热泵行业普遍采用的是这种除霜方法。采用这种除霜方法，只要设计合理，虽然能做到有霜时再除霜，且除霜干净。但是采用这种方法还存在一个比较大的问题，就是不能在最佳的时机进行除霜，也就是不能达到最佳的制热效率。

针对某一热泵系统，在某环境温度和湿度下，设定不同的温差值，即结霜到不同的厚度开始除霜，其对制热的整体影响是不同的。如附图3中所示，a表示温差12℃开始除霜的除霜曲线图，2小时进行了2次除霜，b表示温差8℃开始除霜的除霜曲线图，2小时进行了3次除霜。曲线下面的面积就表示某时间内的总的制热量，不同的除霜温差条件下，曲线下面的面积是不相同的，即总的制热量不同。曲线下面积最大的情况就是总的制热量最大的情况，即最佳制热效率的情况。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种空气源热泵的化霜控制方法，使得热泵系统在任何条件下运行，都能在最佳的时机进行除霜，从而都能获得最佳制热效率，使空气源热泵系统运行更高效、更节能，充分发挥空气源热泵技术的节能优势。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种空气源热泵的化霜控制方法，空气源热泵系统系统包括控制器、压缩机、四通换向阀、蒸发温度传感器、蒸发换向器、环境温度传感器、电子膨胀阀、冷凝换热器、水温传感器和冷凝温度传感器，所述环境温度传感器用于监测环境的温度，所述蒸发温度传感器用于监测蒸发温度，所述水温传感器用于监测水温，所述冷凝温度传感器用于监测冷凝温度，所述环境温度传感器和所述蒸发温度传感器均设置于所述蒸发换向器，所述水温传感器和所述冷凝温度传感器均设置于所述冷凝换热器，所述四通换向阀包括C口、D口、E口和S口，所述四通换向阀的C口和E口分别与所述冷凝换热器和所述蒸发换热器连接，所述冷凝换热器通过所述电子膨胀阀与所述蒸发换热器连接，所述四通换向阀的D口和S口分别与所述压缩机的排气侧和吸气侧连接，所述四通换向阀、所述电子膨胀阀、所述压缩机、所述冷凝温度传感器、所述水温传感器、所述蒸发温度传感器、所述环境温度传感器均与所述控制器电连接，控制方法包括如下步骤：

S1、开机，并设定目标水温Tset；

S2、空气源热泵运行，实时监测环境温度Ta、湿度Ha、水温Tw和蒸发温度Te；

S3、建立最佳制热效率除霜温差⊿Tmax数学模型⊿Tmax＝⊿Tmax(Ta,Ha,Tw)，并根据数学模型实时计算出⊿Tmax；

S4、判断是否同时满足三个条件：1、环境温度低于某设定值，即环境温度Ta≤进入化霜环境温度值Tao(参数可设定)；2、即时蒸发温度低于某一设定值，即Te≤进入化霜蒸发温度值Tei0(参数可设定)；3、环境温度和蒸发温度温差达到最佳制热效率除霜温差⊿Tmax，即Ta-Te≥⊿Tmax；

S5、对于肯定的判断，则所述四通换向阀进行换向，进行除霜运行；

S6、对于否定的判断，则重新从步骤S2开始执行；

S7、判断蒸发温度Te是否满足：Te≥Teo1(设定的温度)；

S8、对于肯定的判断，则退出除霜，并重新从步骤S2开始执行；

S9、对于否定的判断，则继续除霜，直至满足：Te≥Teo1；

其中步骤S5和步骤S6同时执行，步骤S8和步骤S9同时执行。该方法使得热泵系统在任何条件下运行，都能在最佳的时机进行除霜，从而都能获得最佳制热效率，使空气源热泵系统运行更高效、更节能，充分发挥空气源热泵技术的节能优势。

作为本发明所述的空气源热泵的化霜控制方法的一种改进，步骤S3中，最佳制热效率除霜温差⊿Tmax变化关系数学模型⊿Tmax＝⊿Tmax(Ta,Ha,Tw)，是通过实验测试并根据实验数据拟合公式而建立形成的。

作为本发明所述的空气源热泵的化霜控制方法的一种改进，引入了最佳制热效率除霜温差⊿Tmax这一概念，在定义最佳制热效率除霜温差⊿Tmax时，最佳制热效率除霜温差⊿Tmax与环境温度Ta和湿Ha度及水温Tw的关系通过实验建立，可以以表格的形式表示，也可以以函数的形式表示。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明中的流程图；

图2为本发明中的结构示意图；

图3为背景技术中的曲线图；

其中：1-控制器；2-压缩机；3-四通换向阀蒸发；4-温度传感器；5-蒸发换向器；6-环境温度传感器；7-电子膨胀阀；8-冷凝换热器；9-水温传感器；10-冷凝温度传感器。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

如图1-2所示，一种空气源热泵的化霜控制方法，包括使用化霜系统进行化霜，化霜系统包括控制器1、压缩机2、四通换向阀3、蒸发温度传感器4、蒸发换向器5、环境温度传感器6、电子膨胀阀7、冷凝换热器8、水温传感器9和冷凝温度传感器10，环境温度传感器6用于监测环境的温度，蒸发温度传感器4用于监测蒸发温度，水温传感器9用于监测水温，冷凝温度传感器10用于监测冷凝温度，环境温度传感器6和蒸发温度传感器4均设置于蒸发换向器5，水温传感器9和冷凝温度传感器10均设置于冷凝换热器8，四通换向阀3包括C口、D口、E口和S口，四通换向阀3的C口和E口分别与冷凝换热器8和蒸发换热器5连接，冷凝换热器8通过电子膨胀阀7与蒸发换热器5连接，四通换向阀3的D口和S口分别与压缩机2的排气侧和吸气侧连接，四通换向阀3、电子膨胀阀7、压缩机2、冷凝温度传感器10、水温传感器9、蒸发温度传感器4、环境温度传感器6均与控制器1电连接，控制方法包括如下步骤：

S1、开机，并设定目标水温Tset；

S2、空气源热泵运行，实时监测环境温度Ta、湿度Ha、水温Tw和蒸发温度Te；

S3、建立最佳制热效率除霜温差⊿Tmax数学模型⊿Tmax＝⊿Tmax(Ta,Ha,Tw)，并根据数学模型实时计算出⊿Tmax；

S4、判断是否同时满足三个条件：1、环境温度低于某设定值，即环境温度Ta≤进入化霜环境温度值Tao(参数可设定)；2、即时蒸发温度低于某一设定值，即Te≤进入化霜蒸发温度值Tei0(参数可设定)；3、环境温度和蒸发温度温差达到最佳制热效率除霜温差⊿Tmax，即Ta-Te≥⊿Tmax；

S5、对于肯定的判断，则四通换向阀3进行换向，进行除霜运行；

S6、对于否定的判断，则重新从步骤S2开始执行；

S7、判断蒸发温度Te是否满足：Te≥Teo1(设定的温度)；

S8、对于肯定的判断，则退出除霜，并重新从步骤S2开始执行；

S9、对于否定的判断，则继续除霜，直至满足：Te≥Teo1；

其中步骤S5和步骤S6同时执行，步骤S8和步骤S9同时执行。该方法使得热泵系统在任何条件下运行，都能在最佳的时机进行除霜，从而都能获得最佳制热效率，使空气源热泵系统运行更高效、更节能，充分发挥空气源热泵技术的节能优势。

优选的，步骤S3中，最佳制热效率除霜温差⊿Tmax变化关系数学模型⊿Tmax＝⊿Tmax(Ta,Ha,Tw)，是通过实验测试并根据实验数据拟合公式而建立形成的。

优选的，引入了最佳制热效率除霜温差⊿Tmax这一概念，在定义最佳制热效率除霜温差⊿Tmax时，最佳制热效率除霜温差⊿Tmax与环境温度Ta和湿Ha度及水温Tw的关系通过实验建立，可以以表格的形式表示，也可以以函数的形式表示。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种空气源热泵的化霜控制方法，其特征在于：使用化霜系统进行化霜，化霜系统包括控制器(1)、压缩机(2)、四通换向阀(3)、蒸发温度传感器(4)、蒸发换热器(5)、环境温度传感器(6)、电子膨胀阀(7)、冷凝换热器(8)、水温传感器(9)和冷凝温度传感器(10)，所述环境温度传感器(6)用于监测环境的温度，所述蒸发温度传感器(4)用于监测蒸发温度，所述水温传感器(9)用于监测水温，所述冷凝温度传感器(10)用于监测冷凝温度，所述环境温度传感器(6)和所述蒸发温度传感器(4)均设置于所述蒸发换向器(5)，所述水温传感器(9)和所述冷凝温度传感器(10)均设置于所述冷凝换热器(8)，所述四通换向阀(3)的C口和E口分别与所述冷凝换热器(8)和所述蒸发换热器(5)连接，所述冷凝换热器(8)通过所述电子膨胀阀(7)与所述蒸发换热器(5)连接，所述四通换向阀(3)的D口和S口分别与所述压缩机(2)的排气侧和吸气侧连接，所述四通换向阀(3)、所述电子膨胀阀(7)、所述压缩机(2)、所述冷凝温度传感器(10)、所述水温传感器(9)、所述蒸发温度传感器(4)、所述环境温度传感器(6)均与所述控制器(1)电连接，控制方法包括如下步骤：

S1、开机，并设定目标水温Tset；

S2、空气源热泵运行，实时监测环境温度Ta、湿度Ha、水温Tw和蒸发温度Te；

S3、建立最佳制热效率除霜温差⊿Tmax数学模型⊿Tmax＝⊿Tmax(Ta,Ha,Tw)，并根据数学模型实时计算出⊿Tmax；

S4、判断是否同时满足三个条件：1、环境温度低于某设定值，即环境温度Ta≤进入化霜环境温度值Tao(参数可设定)；2、即时蒸发温度低于某一设定值，即Te≤进入化霜蒸发温度值Tei0(参数可设定)；3、环境温度和蒸发温度温差达到最佳制热效率除霜温差⊿Tmax，即Ta-Te≥⊿Tmax；

S5、对于肯定的判断，则所述四通换向阀(3)进行换向，进行除霜运行；

S6、对于否定的判断，则重新从步骤S2开始执行；

S7、判断蒸发温度Te是否满足：Te≥Teo1(设定的温度)；

S8、对于肯定的判断，则退出除霜，并重新从步骤S2开始执行；

S9、对于否定的判断，则继续除霜，直至满足：Te≥Teo1；

其中步骤S5和步骤S6同时执行，步骤S8和步骤S9同时执行。

2.如权利要求1所述的空气源热泵的化霜控制方法，其特征在于：步骤S3中，最佳制热效率除霜温差⊿Tmax变化关系数学模型⊿Tmax＝⊿Tmax(Ta,Ha,Tw)，是通过实验测试并根据实验数据拟合公式而建立形成的。

3.如权利要求1所述的空气源热泵的化霜控制方法，其特征在于：引入了最佳制热效率除霜温差⊿Tmax这一概念，在定义最佳制热效率除霜温差⊿Tmax时，最佳制热效率除霜温差⊿Tmax与环境温度Ta和湿Ha度及水温Tw的关系通过实验建立，可以以表格的形式表示，也可以以函数的形式表示。