CN109340901B - 一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，可自动根据温度情况判断所需防冻等级，启动相应的设备进行防冻处理。当环温不是很低时，启动水泵间歇运行，让水系统产生水流防止冻结；当环境温度低，启动一级水泵防冻后，水温也还处于低温状态，启动二级防冻，运行采暖，并对低水温下的除霜运行进行特殊处理，避免运行中过度结霜而效率下降，将水温快速提升防止冻结；在系统发生诸如缺少冷媒或者压缩机不能启动无法实施二级防冻的情况下，还可以有第三级防冻，开启水系统的辅助电加热，直接对水加热提升温度达到防冻效果。本发明采用三级防冻设计，能彻底解决空气源热泵机采暖机组在低温环境下待机或关机或故障状态下水系统的防冻结问题。

Description

一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法

技术领域

本发明涉及一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法。

背景技术

随着国家环保政策的落实，我国北方地区实施清洁能源取暖取代传统燃煤取暖，在国家相关补贴政策的推动下，“煤改电”、“煤改气”在北方大面积推广。空气源热泵采暖机作为成熟的清洁能源采暖产品，以其优良的节能性和舒适性成为北方地区采暖主力军。

空气源热泵采暖机是通过冷媒系统在室外与空气换热，然后再在高效罐或板式换热器以及其它类型的换热器里与水进行换热，获得高温水通过水泵输送到室内供采暖，也有的分体采暖机水换热部分放在室内。无论水换热在室内还是室外，在北方低温区域，采暖机都面临低温环境下，长时间不使用或停机情况下水系统产生冻结的问题，一旦发生水系统冻结，就会造成整个系统不能正常运行甚至造成设备损坏。

目前，很多空气源热泵采暖系统，在系统上无自动防冻功能设置，在水路低点增加一个排水装置—排水阀，通过说明书提醒用户在长时间不使用时，将水系统的水放掉；也有的厂家，水系统上增加一个能根据温度自动打开的水阀，当水温低于某个值时，水阀自动开阀放水；也有的在控制功能上设置水泵长时间运行进行防冻，或者简单判定水温，低于某个温度值就启动电辅热以及压缩机进行加热，高于某值就退出。这些方法要不就是需要人为干预，要不就是大量水资源浪费，要不就是通过消耗能源来保持水温，都具有其局限性。

比如：市面现有大部分空气源热泵采暖机是通过在水系统回路上的最低水位处增加一个排水阀，当采暖季节用户离家外出稍长时间时，用户需要将水系统中的水通过水阀放掉。现在也有部分厂家设计时采用了一种自动防冻阀替代水系统中的排水阀，自动防冻阀内与环温相接的热敏原件控制活塞与阀座之间的开启和关闭，当环温低于一定的值(8℃左右)，阀门打开一点点，水系统产生微小水流防冻，环温进一步下降时(下降到3-5℃)，阀门全部打开，排出水系统中的水，防止冻结，当温度回升到一定温度，防冻阀自动关闭。这两种方式，都需要在低温季节不使用采暖时将水系统的水排出水系统，然后再在使用前进行补水，这样产生极大的水资源浪费。

随着控制技术的发展，现在也有产品通过控制系统来驱动水泵或压缩机进行防冻，不用再在离家外出前将水系统排出而浪费水资源，但在控制方法上过于简单，简单判定水温，启动水泵和压缩机，水温高于一定值后停止压缩机和水泵。这种方法在实际使用时绝大部分环境条件下能够起到防冻作用，但很多产品在防冻运行时未考虑除霜问题，在防冻启动压缩机制热后，外机换热器结霜，有的不能除霜，有的能运行除霜，而除霜一运行又导致水温下降。这些控制方法都导致防冻效果差，能源损耗高的情况。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，采用分级防冻，可自动根据温度情况判断所需防冻等级，启动相应的设备进行防冻处理，节约能耗，减少水资源浪费。

实现上述目的的技术方案是：一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，所述低温空气源热泵采暖机包括控制器、水泵、室外环境温度传感器、进水温度传感器、出水温度传感器、压缩机采暖系统和水系统电辅热，所述控制器分别与所述水泵、室外环境温度传感器、进水温度传感器、出水温度传感器、压缩机采暖系统和水系统电辅热相连，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地设置在所述低温空气源热泵采暖机的进水侧和出水侧，所述防冻控制方法包括以下步骤：

S1，水泵间歇运行步骤：所述室外环境温度传感器实时检测室外环境温度，并把室外环境温度传输给所述控制器，当所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于2℃但小于或等于8℃时，所述控制器控制所述水泵按停60分钟运行1分钟循环运行；当所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于-5℃但小于或等于2℃时，所述控制器控制所述水泵按停40分钟运行1分钟循环运行；当所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于-10℃但小于或等于-5℃时，所述控制器控制所述水泵按停20分钟运行1分钟循环运行；当所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度小于或等于-10℃时，所述控制器控制所述水泵按停10分钟运行1分钟循环运行；若所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于8℃，所述水泵不运行；

S2，一级防冻步骤：在每次水泵间歇运行1分钟结束时，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样所述低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给所述控制器，若进水温度与出水温度中任一温度值≤5℃，所述控制器控制所述水泵进入连续运行的一级防冻模式，若进水温度与出水温度均＞5℃，所述控制器控制所述水泵根据室外环境温度进行间歇运行；

S3，二级防冻步骤：进入一级防冻5分钟后，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样所述低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给所述控制器，所述控制器再判断进水温度与出水温度是否≤4℃，若进出水温度均＞4℃再继续判定进出水温度是否≤5℃以确定保持一级防冻还是退出一级防冻进行水泵间歇运行；若进水温度与出水温度均≤4℃并保持数秒消除采样误差，则进入二级防冻模式，所述控制器启动所述压缩机采暖系统进行加热；

S4，三级防冻步骤：进入二级防冻模式后，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样所述低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给所述控制器，所述控制器判定进出水温度是否超过设定值，该设定值为15℃，若进出水温度均超过15℃，所述控制器关闭压缩机采暖系统，退出二级防冻，恢复水泵间歇运行；若进出水温度均<15℃，所述控制器在压缩机运行10分钟后判断进出水温度的升高值是否≥2℃，若进出水温度的升高值均小于2℃，说明二级防冻效果较差，需要提升防冻级别，所述控制器开启所述水系统电辅热进入三级防冻模式；若进出水温度的升高值均≥2℃，保持二级防冻状态直到水温达到设定值并退出二级防冻；

S5，进入三级防冻模式后，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样所述低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给所述控制器，所述控制器继续判定进出水温度情况，若进出水温度≥15℃，所述控制器退出三级防冻控制，所述控制器关闭水系统电辅热以及压缩机采暖系统，恢复水泵间歇运行。

上述的一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，其中，在所述室外环境温度传感器故障状态下无法采样室外环境温度时，室外环境温度无法采样，一级防冻步骤按间歇时间最短方式运行一级防冻；在所述进水温度传感器和出水温度传感器中任意一个损坏情况下，按剩下一个的温度传感器采样温度处理；若所述室外环境温度传感器、进水温度传感器和出水温度传感器全部损坏，则水泵一直处于运行状态，维持低温空气源热泵采暖机的水系统处于水流状态防止冻结。

上述的一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，其中，所述防冻控制方法还包括除霜运行步骤，所述除霜运行步骤具体包括以下流程：

当二级防冻模式启动后，压缩机采暖系统运行20分钟后所述控制器控制外盘管温度传感器检测压缩机的外盘管温度，所述控制器比较外盘管温度的下降变化量，若外盘管温度的下降变化量＞4℃，且外盘管温度≤-8℃，所述控制器进入除霜运行，否则继续正常二级防冻模式；

二级防冻模式下进入除霜运行时，所述控制器控制水系统电辅热开启加热，防止除霜过程水温下降；在除霜运行时，所述控制器时刻判断外盘管温度，当外盘管温度≥16℃，退出除霜运行；若外盘管小于16℃，但除霜运行时间≥5分钟或进水温度＜5℃时，所述控制器退出除霜运行，恢复二级防冻模式。

本发明的低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，采用分级防冻，可自动根据温度情况判断所需防冻等级，启动相应的设备进行防冻处理。当环温不是很低时，启动水泵间歇运行，让水系统产生水流防止冻结；当环境温度低，启动一级水泵防冻后，水温也还处于低温状态，启动二级防冻，运行采暖，并对低水温下的除霜运行进行特殊处理，避免运行中过度结霜而效率下降，将水温快速提升防止冻结；在系统发生诸如缺少冷媒或者压缩机不能启动无法实施二级防冻的情况下，还可以有第三级防冻，开启水系统的辅助电加热，直接对水加热提升温度达到防冻效果。相较市面产品，本发明采用三级防冻设计，附加防冻运行过程的除霜差异化设计，能彻底解决空气源热泵机采暖机组在低温环境下待机或关机或故障状态下水系统的防冻结问题，为机组提供高可靠性保障，实能有效解决空气源热泵采暖机组低温防冻问题。

附图说明

图1为本发明的低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法的流程图；

图2为本发明的低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法的除霜流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1，本发明的最佳实施例，低温空气源热泵采暖机包括控制器、水泵、室外环境温度传感器、进水温度传感器、出水温度传感器、压缩机采暖系统和水系统电辅热，控制器分别与水泵、室外环境温度传感器、进水温度传感器、出水温度传感器、压缩机采暖系统和水系统电辅热相连，进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地设置在低温空气源热泵采暖机的进水侧和出水侧。一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，包括以下步骤：

S1，水泵间歇运行步骤：在低温环境下，当低温空气源热泵采暖机长时间不使用时，在不拔除电源情况下，整机处于关机或者待机状态，在此状态下，室外环境温度传感器实时检测室外环境温度，并把室外环境温度传输给所述控制器，当室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于2℃但小于或等于8℃时，控制器控制水泵按停60分钟运行1分钟循环运行；当室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于-5℃但小于或等于2℃时，控制器控制水泵按停40分钟运行1分钟循环运行；当室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于-10℃但小于或等于-5℃时，控制器控制水泵按停20分钟运行1分钟循环运行；当室外环境温度传感器检测到的室外环境温度小于或等于-10℃时，控制器控制水泵按停10分钟运行1分钟循环运行；若室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于8℃，水泵不运行；

S2，一级防冻步骤：在每次水泵间歇运行1分钟结束时，进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给控制器，若进水温度与出水温度中任一温度值≤5℃，控制器控制水泵进入连续运行的一级防冻模式，若进水温度与出水温度均＞5℃，控制器控制水泵根据室外环境温度进行间歇运行；

S3，二级防冻步骤：进入一级防冻5分钟后，进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样所述低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给控制器，控制器再判断进水温度与出水温度是否≤4℃，若进出水温度均＞4℃再继续判定进出水温度是否≤5℃以确定保持一级防冻还是退出一级防冻进行水泵间歇运行，若进水温度与出水温度中任一温度值≤5℃，控制器控制水泵进入连续运行的一级防冻模式，若进水温度与出水温度均＞5℃，控制器控制水泵间歇运行；若进水温度与出水温度均≤4℃并保持数秒消除采样误差，则进入二级防冻模式，控制器启动压缩机采暖系统进行加热；

S4，三级防冻步骤：进入二级防冻模式后，进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给控制器，控制器判定进出水温度是否超过设定值，该设定值为15℃，若进出水温度均超过15℃，控制器关闭压缩机采暖系统，退出二级防冻，恢复水泵间歇运行；若进出水温度均<15℃，控制器在压缩机运行10分钟后判断进出水温度的升高值是否≥2℃，若进出水温度的升高值均小于2℃，说明二级防冻效果较差，需要提升防冻级别，控制器开启水系统电辅热进入三级防冻模式；若进出水温度的升高值均≥2℃，保持二级防冻状态直到水温达到设定值并退出二级防冻；

S5，进入三级防冻模式后，进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给控制器，控制器继续判定进出水温度情况，若进出水温度≥15℃，控制器退出三级防冻控制，控制器关闭水系统电辅热以及压缩机采暖系统，恢复水泵间歇运行。

在室外环境温度传感器故障状态下无法采样室外环境温度时，室外环境温度无法采样，一级防冻步骤按间歇时间最短方式运行一级防冻；在进水温度传感器和出水温度传感器中任意一个损坏情况下，按剩下一个的温度传感器采样温度处理；若室外环境温度传感器、进水温度传感器和出水温度传感器全部损坏，则水泵一直处于运行状态，维持低温空气源热泵采暖机的水系统处于水流状态防止冻结。

为防止低温状态下热泵二级防冻运行时结霜不能除霜甚至产生冰冻问题，本发明对热泵二级防冻运行时的化霜控制方法与正常采暖运行的化霜进行区别控制，具体地，本发明的防冻控制方法还包括除霜运行步骤，除霜运行步骤具体包括以下流程：

当二级防冻模式启动后，压缩机采暖系统运行20分钟后控制器控制外盘管温度传感器检测压缩机的外盘管温度，控制器比较外盘管温度的下降变化量，若外盘管温度的下降变化量＞4℃，且外盘管温度≤-8℃，控制器进入除霜运行，否则继续正常二级防冻模式；二级防冻模式下进入除霜运行时，控制器控制水系统电辅热开启加热，防止除霜过程水温下降；在除霜运行时，控制器时刻判断外盘管温度，当外盘管温度≥16℃，退出除霜运行；若外盘管小于16℃，但除霜运行时间≥5分钟或进水温度＜5℃时，控制器退出除霜运行，恢复二级防冻模式。

本发明的低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，当用户离家外出长时间不使用空气源热泵采暖机组时，只要不拔除电源，就一直对环境温度、水系统的进、出水温度进行采样，并根据采样到的环温以及水温与控制系统初设值进行比较，根据比较结果控制水泵、压缩机、水系统电辅热进行相应动作。

本发明防冻控制分为三级，一级防冻根据室外环境温度来控制水泵间歇运行，将环温分成若干个温区，各温区里水泵运行一定时间，再停止一段时间，环境温度越低，水泵停的时间越短，相应水泵开启运行的时间就越多，因为水在流动时是不易产生冻结现象的，在温度不是太低时，一般水泵运行就会防止冻结发生；当一级防冻发生水泵运行后，控制器对温空气源热泵采暖机的进水温度或出水温度进行判定，若水温还低于控制器设定值，则控制器自动开启压缩机运行采暖状态，通过热泵系统进行加热，将水温提高脱离防冻温区，水温高于防冻值后，停止热泵加热系统。二级防冻运行时，对防冻除霜进行特殊处理以增加防冻运行的制热效果；若二级热泵加热防冻系统运行一定的时间后，水温的上升量还不至于让水温提升到脱离防冻温区，控制器开启第三级防冻，自动开启水系统电加热，强行将水温提升到脱离防冻温区后关闭。通过这三级防冻的处理，低温空气源热泵采暖机在低温环境能有效解决水系统自动防冻结问题，而且相对节省水资源和电能消耗。

综上所述，本发明的低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，采用三级防冻设计，附加防冻运行过程的除霜差异化设计，能彻底解决空气源热泵机采暖机组在低温环境下待机或关机或故障状态下水系统的防冻结问题，为机组提供高可靠性保障。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (3)

1.一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，所述低温空气源热泵采暖机包括控制器、水泵、室外环境温度传感器、进水温度传感器、出水温度传感器、压缩机采暖系统和水系统电辅热，所述控制器分别与所述水泵、室外环境温度传感器、进水温度传感器、出水温度传感器、压缩机采暖系统和水系统电辅热相连，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地设置在所述低温空气源热泵采暖机的进水侧和出水侧，其特征在于，所述防冻控制方法包括以下步骤：

S1，水泵间歇运行步骤：所述室外环境温度传感器实时检测室外环境温度，并把室外环境温度传输给所述控制器，当所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于2℃但小于或等于8℃时，所述控制器控制所述水泵按停60分钟运行1分钟循环运行；当所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于-5℃但小于或等于2℃时，所述控制器控制所述水泵按停40分钟运行1分钟循环运行；当所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于-10℃但小于或等于-5℃时，所述控制器控制所述水泵按停20分钟运行1分钟循环运行；当所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度小于或等于-10℃时，所述控制器控制所述水泵按停10分钟运行1分钟循环运行；若所述室外环境温度传感器检测到的室外环境温度大于8℃，所述水泵不运行；

S2，一级防冻步骤：在每次水泵间歇运行1分钟结束时，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样所述低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给所述控制器，若进水温度与出水温度中任一温度值≤5℃，所述控制器控制所述水泵进入连续运行的一级防冻模式，若进水温度与出水温度均＞5℃，所述控制器控制所述水泵根据室外环境温度进行间歇运行；

S3，二级防冻步骤：进入一级防冻5分钟后，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样所述低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给所述控制器，所述控制器再判断进水温度与出水温度是否≤4℃，若进出水温度均＞4℃再继续判定进出水温度是否≤5℃以确定保持一级防冻还是退出一级防冻进行水泵间歇运行；若进水温度与出水温度均≤4℃并保持数秒消除采样误差，则进入二级防冻模式，所述控制器启动所述压缩机采暖系统进行加热；

S4，三级防冻步骤：进入二级防冻模式后，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样所述低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给所述控制器，所述控制器判定进出水温度是否超过设定值，该设定值为15℃，若进出水温度均超过15℃，所述控制器关闭压缩机采暖系统，退出二级防冻，恢复水泵间歇运行；若进出水温度均＜15℃，所述控制器在压缩机运行10分钟后判断进出水温度的升高值是否≥2℃，若进出水温度的升高值均小于2℃，说明二级防冻效果较差，需要提升防冻级别，所述控制器开启所述水系统电辅热进入三级防冻模式；若进出水温度的升高值均≥2℃，保持二级防冻状态直到进出水温度均达到设定值并退出二级防冻；

S5，进入三级防冻模式后，所述进水温度传感器和出水温度传感器一一对应地采样所述低温空气源热泵采暖机的进水温度和出水温度，并把进水温度和出水温度分别发送给所述控制器，所述控制器继续判定进出水温度情况，若进出水温度≥15℃，所述控制器退出三级防冻控制，所述控制器关闭水系统电辅热以及压缩机采暖系统，恢复水泵间歇运行。

2.根据权利要求1所述的一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，其特征在于，在所述室外环境温度传感器故障状态下无法采样室外环境温度时，室外环境温度无法采样，一级防冻步骤按间歇时间最短方式运行一级防冻；在所述进水温度传感器和出水温度传感器中任意一个损坏情况下，按剩下一个的温度传感器采样温度处理；若所述室外环境温度传感器、进水温度传感器和出水温度传感器全部损坏，则水泵一直处于运行状态，维持低温空气源热泵采暖机的水系统处于水流状态防止冻结。

3.根据权利要求1所述的一种低温空气源热泵采暖机的防冻控制方法，其特征在于，所述防冻控制方法还包括除霜运行步骤，所述除霜运行步骤具体包括以下流程：

当二级防冻模式启动后，压缩机采暖系统运行20分钟后所述控制器控制外盘管温度传感器检测压缩机的外盘管温度，所述控制器比较外盘管温度的下降变化量，若外盘管温度的下降变化量＞4℃，且外盘管温度≤-8℃，所述控制器进入除霜运行，否则继续正常二级防冻模式；

二级防冻模式下进入除霜运行时，所述控制器控制水系统电辅热开启加热，防止除霜过程水温下降；在除霜运行时，所述控制器时刻判断外盘管温度，当外盘管温度≥16℃，退出除霜运行；若外盘管小于16℃，但除霜运行时间≥5分钟或进水温度＜5℃时，所述控制器退出除霜运行，恢复二级防冻模式。

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