CN109028639A - 一种空气源热泵的除霜控制方法及空气源热泵 - Google Patents

Abstract

一种空气源热泵的除霜控制方法，包括：在所述空气源热泵启动制热时，判断是否满足除霜条件，并在确定已满足除霜条件后启动除霜操作以及判断何时退出该除霜操作，其改进是在所述制热运行过程中判断室外环境温度是否低于一第一预置温度，以及所述除霜操作的运行时间是否达到一预设的除霜间隔时间，其中在首次启动所述制热时根据该室外环境温度的高低预置该除霜间隔时间。本发明另外提出实现这种方法的空气源热泵。

Description

一种空气源热泵的除霜控制方法及空气源热泵

【技术领域】

本发明主要是涉及低温空气源热泵的除霜控制改进。

【背景技术】

空气源热泵制热运行时翅片盘管用作蒸发器，低温低压液体制冷剂进入翅片盘管后与流经翅片盘管的室外空气进行换热，吸收室外空气中的热量。随着室外环境温度降低，其蒸发温度和翅片盘管温度将随之下降，当翅片盘管温度低于空气露点温度时，空气流经翅片盘管时其所含的水分就会析出而凝露，而当翅片盘管温度低于0℃时，翅片表面就会逐渐形成霜层。霜层的增厚将导致流经翅片盘管的空气阻力增加，风量下降，且翅片盘管的传热热阻增加，故翅片盘管的传热效率下降，从而导致空气源热泵制热运行时蒸发温度、制热能力和制热能效将降低。

空气源热泵一般采用热气除霜法，除霜时四通阀切换，制热模式转为制冷运行，翅片盘管变为冷凝器，热水侧换热器变为蒸发器，通过制冷循环从热水中吸收热量，再加上压缩机耗功，最终从压缩机排出的高温高压气体制冷剂进入翅片盘管，融化翅片盘管表面的霜层。由此可知，除霜时机组非但没有正常制热以对热水进行加热，反而将消耗热水热量，导致热水水温的降低。

同时，进入除霜操作时，水侧换热器由与四通阀高压接口相连通状态，变成与四通阀低压接口相连通状态，水侧换热器中压力较高的大量液体制冷剂将由四通阀低压接口冲入气液分离器，之后将逐渐回流到压缩机吸气口造成压缩机液压缩，影响压缩机轴承润滑、转子密封条件，同时还引起排气温度和油分效率的降低，导致压缩机跑油；而当满足除霜结束条件退出除霜时，翅片盘管同样由与四通阀高压接口连通状态，变成与四通阀低压接口连通状态，翅片盘管中压力较高的大量液体制冷剂将经四通阀低压接口进入气液分离器，同样也将造成压缩机液压缩和跑油。因此，对于空气源热泵机组，确需除霜时才能适宜进入除霜模式，以免引起制热量的衰减和降低设备可靠性。

在制热运行的过程中，翅片盘管刚开始结霜时，翅片表面的微霜呈现毛刺状，对换热器的效果反而是有益的，它能强化传热，但随着霜层厚度的增加，翅片盘管空气阻力增加，通风量将逐渐衰减，换热能力急剧恶化，造成蒸发温度很低，制热量和制热能效衰减严重，故当霜层较厚时机组将处于低效或无效制热状态，且随着换热能力的衰减液体制冷剂无法吸收足够热量而蒸发为气体，这些液体制冷剂流经气液分离器、吸气管后进入压缩机，将引起压缩机的液压缩，严重影响压缩机可靠性和寿命。因此，若霜层太厚时才进入除霜模式，机组将较长处于低效制热状态，且由于霜层较厚，所需化霜时间较长，消耗掉的热水热量就更多，显然不合理。

反之，当室外气温或空气相对湿度较低时，翅片盘管结霜较慢，由于微霜条件下翅片盘管换热性能尚处于较高状态，制热量和制热能效实际上并没有受到霜层影响，仍可正常制热，若此时就进入除霜模式，尽管翅片表面霜层较薄，但由于室外气温较低，翅片盘管温度的上升仍有个过程，尚需消耗热水的热量以待翅片盘管温度上升后才能退出除霜模式，显然极不经济。

目前空气源热泵的除霜控制方式主要有两种：

1、定时除霜：无论翅片盘管是否结霜，制热运行过程中定期进入除霜模式，这种除霜控制模式简单而且成本低。但缺点是不管翅片盘管是否结霜，均强制进入除霜模式，能源浪费非常大，机组效率低，且热水水温波动大，室内舒适度差；

2、时间温度除霜：这种除霜控制方式考虑了翅片盘管温度因素，能够降低“误除霜”的几率。随着霜层的增厚，翅片盘管温度不断下降，所以以【翅片盘管温度设置值】或【室外环境温度与翅片盘管温差设置值】作为依据，当检测到盘管温度低于【翅片盘管温度设置值】或室外环境温度与翅片盘管温差大于【室外环境温度与翅片盘管温差的设置值】，且除霜后运行时间达到【除霜间隔时间】时，机组进入除霜模式。当翅片盘管温度上升到相关设置值时退出除霜模式。

该方法没有考虑到环境湿度对结霜厚度的影响，温湿度较高时，翅片盘管较容易结霜，霜层较厚，所需的【除霜间隔时间】相对较短，而湿度较低或温度很低时，翅片表面可能结霜轻微，实际所需的【除霜间隔时间】相对就较长。同时，制冷剂泄漏或节流装置冰堵、脏堵时随液体制冷剂流量下降，机组蒸发温度和翅片盘管温度将显著降低，故较容易满足除霜进入条件，但实际上翅片表面结霜量很少，无需进行除霜。由此可见，时间温度除霜方法同样容易出现“提前除霜” 或“滞后除霜”，甚至会“除霜不净”的现象。

综合以上二种除霜的各自优点，改进其不足之处，特提出一种低温空气源热泵智能除霜控制方法。

【发明内容】

本发明目的旨在一定程度上解决上述的技术问题：（1）检测翅片盘管温度下降变化率可以更准确判断翅片盘管结霜情况，防止盘管温度传感器的感测偏差或故障引起的误判；（2）检测空气侧进出口的压差，其一防止盘管温度传感器的感测偏差或故障引起的误判，其二防止某些非正常运行状态下的误判；（3）除霜间隔时间智能调准，根据室外环境温度先预置【除霜间隔时间】，再根据实际除霜时间自动修正【除霜间隔时间】，作为下次进入除霜的条件之一，以获得最佳除霜切入点，保证翅片盘管确实需除霜时才进入除霜模式。

为了实现以上目的，提出一种空气源热泵的除霜控制方法，包括：在所述空气源热泵启动制热时，判断是否满足除霜条件，并在确定已满足除霜条件后启动除霜操作以及判断何时退出该除霜操作，其改进是在所述制热运行过程中判断室外环境温度是否低于一第一预置温度，以及所述除霜操作的运行时间是否达到一预设的除霜间隔时间，其中在首次启动所述制热时根据该室外环境温度的高低预置该除霜间隔时间。

在一个实施例中，所述的除霜控制方法进一步包括：

温度检测步骤：在室外环境温度低于所述第一预置温度且除霜操作的运行时间已达到除霜间隔时间时，检测该空气源热泵的翅片盘管温度，以及室外环境温度与该翅片盘管温度间的温差；其中在室外环境温度与翅片盘管温度的温差值小于一设定值时，按每检测周期检测翅片盘管温度的下降变化率是否大于一预置变化率或在一定时间内该翅片盘管温度的下降值是否已大于该第一预置温度值，以及在室外环境温度与翅片盘管温度的温差值大于等于该设定值时，按每检测周期检测翅片盘管温度下降变化率是否大于一预置变化率或在一定时间内该翅片盘管温度的下降值是否已大于第二预设温度值。

作为改进，所述的除霜控制方法进一步包括：在满足所述温度检测步骤中至少一个且室外环境温度低于该第一预置温度且所述除霜操作的运行时间已达到除霜间隔时间时，设置该空气源热泵进入除霜模式。

作为另一改进，所述的除霜控制方法，其特征是进一步包括：在不满足所述温度检测步骤中至少一个且室外环境温度低于该第一预置温度且所述除霜操作的运行时间已达到除霜间隔时间时，则进一步检查该翅片盘管的空气侧进出口的压差。

具体来说，所述的除霜控制方法进一步包括：

压差检测步骤：在该翅片盘管温度低于第三设定温度且翅片盘管空气侧进出口的压差大于第一设定压差值时，设置该空气源热泵进入除霜模式。

进一步来说，在上述除霜操作的运行过程中判断是否满足除霜退出条件以结束该除霜操作，其中所述除霜退出条件为满足以下至少一个：除霜时间达到一除霜时间高限；翅片盘管的空气侧进出口压差是否小于第二预定压差值；或者翅片盘管的温度是否大于第四设定温度。

在所述的除霜控制方法的变体中，在结束运行所述除霜操作时，获取本次除霜运行的实际除霜时间以根据该实际除霜时间修正下次除霜操作的除霜间隔时间。

还可提供一种低温空气源热泵，包括：温度检测模块，用于检测室外环境温度和翅片盘管温度；风压差检测模块，用于检测翅片盘管空气侧进出口的压差；时间检测模块，用于检测除霜后运行时间和进入除霜模式后的实际除霜时间；和控制器，用于执行前述之除霜控制方法。

【附图说明】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。某些实施例的结构构造可以用相同的附图来描述，前提是这些结构构造的功能是相似或相同的（即使外形轮廓不同）；其中

图1为本发明提供的一种实施例控制流程图；

图2为本发明提供的一种实施例的【除霜间隔时间】计算的流程图；

图3为本发明提供的空调除霜系统的结构框图。

【具体实施方式】

在一些实施例中，空气源热泵可设置有多种传感器结构。更典型地，此类空气源热泵还可用于与一或多个便携式电子设备中的处理器通讯耦合。在许多情况下此类空气源热泵被实现为本地独立设备。按照这种设计此类装置可设有若干通讯模块，能够远程连接到响应设备。当然，此类装置还可被用在计算服务站中。微处理器的例子是多样的，其中包含了用于数据运算的专用集成电路芯片（组）。改进的低温空气源热泵可包括：温度检测模块，用于检测室外环境温度和翅片盘管温度；风压差检测模块，用于检测翅片盘管空气侧进出口的压差；时间检测模块，用于检测除霜后运行时间和进入除霜模式后的实际除霜时间；和控制器，用于执行优化的除霜控制方法。其中该方法包含：

条件A、在该空气源热泵制热运行时，对是否满足除霜进入条件进行判断；如果已满足除霜条件进入除霜后，则需判断何时退出除霜。例如在空调制热运行过程中，室外环境温度低于预置温度，首次启动时根据室外环境温度的高低预置【除霜间隔时间】；

条件B、除霜后运行时间已达到【除霜间隔时间】；

条件C、室外环境温度与翅片盘管温度的温差值小于设定值ΔT1时，每检测周期（ΔC）翅片盘管温度下降变化率是否大于上述预置变化率V1℃/ΔC或一定时间内翅片盘管温度下降值是否已大于第一预置温度值T1；

条件D、室外环境温度与翅片盘管温度的温差值大于等于设定值ΔT1时，每检测周期（ΔC）翅片盘管温度下降变化率是否大于预置变化率V2℃/ΔC或一定时间内翅片盘管温度下降值是否已大于第二预置温度值T2；

条件E、翅片盘管温度低于所设定的第三预置温度值T3时，翅片盘管空气侧进出口压差大于第一压差设定值ΔP1；其中若上述控制器对条件A和B判断为是，且条件C、D和E满足其中至少一个则进入除霜。除霜过程中判断除霜是否已完成。

作为优选可还设置条件F、翅片盘管温度大于所设定的第四预置温度值T4；或者作为优选条件G、翅片盘管空气侧进出口压差小于第二设定压差值ΔP2；另外作为优选的条件G、除霜时间达到【除霜时间高限】；只要满足条件F、G、H其中一个条件，则退出除霜。

作为改进，在结束除霜后，所述控制器获取本次除霜的实际除霜时间。且根据该实际除霜时间修正下次除霜的【除霜间隔时间】。

作为改进，当本次除霜的实际除霜时间较短时，增加【除霜间隔时间】，作为下次除霜的进入条件之一；当本次除霜的实际除霜时间较长时，减少【除霜间隔时间】，作为下次除霜的进入条件之一；当本次除霜的实际除霜时间适宜，则下次【除霜间隔时间】保持不变。

在制热运行过程中，进入除霜模式并对实际除霜时间进行计量。具体的，在空气源热泵翅片盘管前后安装压差传感器，来检测空气通过翅片管的压差变化。具体的，在空气源热泵翅片盘管安装温度传感器，来检测翅片盘管温度。时间检测模块检测除霜后运行时间和实际除霜时间。可以利用空调系统的控制器的计时器来计量。

除霜后运行时间计量方法：压缩机制热运行时开始计时，若因能量控制或故障等原因导致停机时，计时器暂停计时，但该时间不清零。若压缩机进入除霜时，该时间清零。

实际除霜时间计量方法：压缩机进入除霜模式开始计时，除霜结束后获取本次除霜的实际除霜时间，根据该实际除霜时间修正下次除霜的【除霜间隔时间】，然后该除霜时间清零。

控制器对温度、压差检测模块检测到的数据和时间检测模块检测到的数据进行解析，本发明实施例中主控制模块选用CPU，即中央处理器，主控制模块也可以为ARM嵌入式系统，或者DSP等。主控制模块对数据进行解析后，并把解析结果以信号的形式发送给除霜模式选择单元。

本发明的有益效果为，在根据室外环境温度、除霜后运行时间、室外环境温度与翅片盘管温度的温差判断是否满足除霜进入条件的基础上，还检测翅片盘管空气侧进出口压差和盘管温度变化率，可以更准确判断翅片盘管结霜情况及减少相关传感器感测偏差或故障引起的误判。该控制方法根据室外环境温度先预置【除霜间隔时间】，再根据实际除霜时间长短自动修正【除霜间隔时间】，作为下次除霜的进入条件之一，以获得最佳除霜切入点，避免过早或过晚进入除霜模式造成制热性能衰减。

Claims (8)

1.一种空气源热泵的除霜控制方法，包括：在所述空气源热泵启动制热时，判断是否满足除霜条件，并在确定已满足除霜条件后启动除霜操作以及判断何时退出该除霜操作，其特征是，在所述制热运行过程中判断室外环境温度是否低于一预置温度，以及所述除霜操作的运行时间是否达到一预设的除霜间隔时间，其中在首次启动所述制热时根据该室外环境温度的高低预置该除霜间隔时间。

2.如权利要求1所述的除霜控制方法，其特征是进一步包括：

温度检测步骤

在室外环境温度低于所述第一预置温度且除霜操作的运行时间已达到除霜间隔时间时，检测该空气源热泵的翅片盘管温度，以及室外环境温度与该翅片盘管温度间的温差；其中在室外环境温度与翅片盘管温度的温差值小于一设定值时，按每检测周期检测翅片盘管温度的下降变化率是否大于一预置变化率或在一定时间内该翅片盘管温度的下降值是否已大于第一预置温度值，以及在室外环境温度与翅片盘管温度的温差值大于等于该设定值时，按每检测周期检测翅片盘管温度下降变化率是否大于一预置变化率或在一定时间内该翅片盘管温度的下降值是否已大于第二预设温度值。

3.如权利要求2所述的除霜控制方法，其特征是进一步包括：在满足所述温度检测步骤中至少一个且室外环境温度低于该第一预置温度且所述除霜操作的运行时间已达到除霜间隔时间时，设置该空气源热泵进入除霜模式。

4.如权利要求2所述的除霜控制方法，其特征是进一步包括：在不满足所述温度检测步骤中至少一个且室外环境温度低于该第一预置温度且所述除霜操作的运行时间已达到除霜间隔时间时，则进一步检查该翅片盘管的空气侧进出口的压差。

5.如权利要求4所述的除霜控制方法，其特征是进一步包括：

压差检测步骤

在该翅片盘管温度低于第三设定温度且翅片盘管空气侧进出口的压差大于第一设定压差值时，设置该空气源热泵进入除霜模式。

6.如权利要求1所述的除霜控制方法，其特征是，在上述除霜操作的运行过程中判断是否满足除霜退出条件以结束该除霜操作，其中所述除霜退出条件为：除霜时间达到一除霜时间高限；翅片盘管的空气侧进出口压差是否小于第二预定压差值；或者翅片盘管的温度是否大于第四设定温度。

7.如权利要求6所述的除霜控制方法，其特征是，在结束运行所述除霜操作时，获取本次除霜运行的实际除霜时间以根据该实际除霜时间修正下次除霜操作的除霜间隔时间。

8.一种低温空气源热泵，其特征在于包括：温度检测模块，用于检测室外环境温度和翅片盘管温度；风压差检测模块，用于检测翅片盘管空气侧进出口的压差；时间检测模块，用于检测除霜后运行时间和进入除霜模式后的实际除霜时间；和控制器，用于执行前述权利要求任一项所述之除霜控制方法。