CN109708195B - 一种适用于高海拔的热泵及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高海拔的热泵，包括分别设置在室内和室外的两台空气换热器，以及分别为两空气换热器提供气流的风机，两空气换热器通过闭环的冷媒管道连接，冷媒管道上还设有压缩机，还包括相互通讯的室内机控制器和室外机控制器，室内机控制器与设置在室内的风机电性连接，室外机控制器与设置在室外的风机电性连接，还包括设置在室外的大气压力传感器，大气压力传感器与室外机控制器通讯，利用大气压力传感器检测室外的气压，从而对风机的转速做出相应的调整，使得风机产生的风量能满足该气压环境下的空气换热器的需求，特别是在空气稀薄的高海拔地区，能保证风量充足，保障加热效果，此发明用于热泵领域。

Description

一种适用于高海拔的热泵及其控制方法
技术领域
本发明涉及热泵领域，特别是涉及一种适用于高海拔的热泵及其控制方法。
背景技术
当前房间供暖的装置最流行的是空调热泵机，该装置具备夏季供冷及冬季供暖双功能。其结构分为室内和室外两部分，内部各自装有空气换热器，气流通过风机作用流经换热器进行热交换，达到制冷、制热的目的。
冬季供暖时蒸发器的冷媒从空气中汲热，吸入压缩机后经过压缩提升了压力和温度，热的冷媒送到室内冷凝器，通过风机将热气散到室内，达到取暖的目的。夏季时，通过四通阀将冷媒循环反向进行，即对室内制冷运行。
将热泵暖风机装在高海拔地区时，由于空气稀薄。风机同样的转速，风量却少了很多，因而室外的蒸发器汲取不到足够的热能，导致室内加热量不足，海拔越高，加热效果越差，甚至因为冷媒循环量过低导致停机。且因为高海拔地区空气稀薄的原因，室内送风速度低于设定值，导致气流场不能形成贴壁效应的状态，影响温度场的合理分布，达不到舒适感的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适应性强、加热效果好的适用于高海拔的热泵及其控制方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种适用于高海拔的热泵，包括分别设置在室内和室外的两台空气换热器，以及分别为两空气换热器提供气流的风机，两空气换热器通过闭环的冷媒管道连接，冷媒管道上还设有压缩机，还包括相互通讯的室内机控制器和室外机控制器，室内机控制器与设置在室内的风机电性连接，室外机控制器与设置在室外的风机电性连接，还包括设置在室外的大气压力传感器，大气压力传感器与室外机控制器通讯。
进一步作为本发明技术方案的改进，大气压力传感器为数字式大气压力传感器，大气压力传感器包括气压探头、ADC数模转换单元、通讯控制单元和EPROM，气压探头通过ADC数模转换单元电性连接通讯控制单元，EPROM与通讯控制单元电性连接，通讯控制单元与室外机控制器通讯。
进一步作为本发明技术方案的改进，冷媒管道上设有四通阀。
进一步作为本发明技术方案的改进，冷媒管道上设有膨胀阀。
进一步作为本发明技术方案的改进，设置在室外的空气换热器包括电器盒，电器盒上设有温度检测仪，温度检测仪与室外机控制器通讯。
本发明还提供一种适用于高海拔的热泵的控制方法，包括以下步骤：
设置标准的风机转速为N，实际的风机转速为Y×N，Y为风量调整系数；
利用大气压力传感器检测气压值X，并将气压值X传递至室外机控制器，室外机控制器根据气压值X计算得到Y；
室外机控制器根据Y的值调整风机的供电电压，使得其转速为Y×N。
进一步作为本发明技术方案的改进，设置大气压力为90000Pa时，标准的风机转速为N；风量调整系数Y与大气压力X的关系为Y＝4.434×e(-X/35310)+0.642。
进一步作为本发明技术方案的改进，预先利用大气压力传感器测得所在海拔高度Z的大气压力X；风量调整系数Y与海拔高度Z的关系为Y＝0.6825×e(Z/6950.95)+0.2。
本发明的有益效果：此适用于高海拔的热泵及其控制方法，利用大气压力传感器检测室外的气压，室外机控制器可根据气压值获知空气的密度，从而对风机的转速做出相应的调整，使得风机产生的风量能满足该气压环境下的空气换热器的需求，特别是在空气稀薄的高海拔地区，能根据实际的空气密度提高风机的转速，保证风量充足，保障了加热效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的控制流程图；
图3是本发明实施例的电器盒的结构示意图；
图4是本发明实施例的风量调整系数与大气压力、海拔高度的相关性曲线。
具体实施方式
参照图1～图4，本发明为一种适用于高海拔的热泵，包括分别设置在室内和室外的两台空气换热器1，以及分别为两空气换热器1提供气流的风机2，两空气换热器1通过闭环的冷媒管道3连接，冷媒管道3上还设有压缩机4，还包括相互通讯的室内机控制器和室外机控制器，室内机控制器与设置在室内的风机2电性连接，室外机控制器与设置在室外的风机2电性连接，还包括设置在室外的大气压力传感器5，大气压力传感器5与室外机控制器通讯。
具体的，压缩机4外风机2及蒸发器安装在一个机箱内，置于室外；冷凝器和室内风机2安装在一个机箱内置于室外，用冷媒管将其连接为完整的系统。当机组运行时，蒸发器的冷媒从室外空气中汲取热能，冷媒经压缩机4升压升温后送到冷凝器，经内风机2加热室内空气，达到取暖的目的，当室外的蒸发器结霜，通过四通阀切换，使蒸发器、冷凝器对调，进行除霜运行。
本方案在热泵机组具备夏季供冷及冬季供暖的双功能基础上，解决了高海拔带来的不能正常运行的问题。加装了一个大气压力传感器5，检测大气压力经处理器判断，修改风机2的转速，始终令风机2通过足够的空气流量，保证暖风机2的正常运行。
作为本发明优选的实施方式，大气压力传感器5为数字式大气压力传感器，大气压力传感器5包括气压探头、ADC数模转换单元、通讯控制单元和EPROM，气压探头通过ADC数模转换单元电性连接通讯控制单元，EPROM与通讯控制单元电性连接，通讯控制单元与室外机控制器通讯。大气压力传感器5将所得到的信息传输至MCU进行处理，精度高，抗扰性强，信息处理简单。
作为本发明优选的实施方式，冷媒管道3上设有四通阀，用于两个空气换热器1之间的冷热转换。
作为本发明优选的实施方式，冷媒管道3上设有膨胀阀7。
作为本发明优选的实施方式，设置在室外的空气换热器1包括电器盒8，电器盒8上设有温度检测仪9，温度检测仪9与室外机控制器通讯。因为高海拔地区空气稀薄，机器的电气盒内部容易集聚热量使温度升高，特别是高海拔地区太阳光强烈，室外机爆嗮之下其电气盒更容易超温，因此容易发生超温的故障。
本方案在室外电器盒8侧面预留了进风孔，使风机2的气流进入电器盒8里面散热。盒里面设置了一个温度传感器，特别是机组不运行时，如果受到强烈阳光导致内部温度升高，(设为45～50℃)即启动室外风机2，使热量散去，保护其安全。
本发明还提供一种适用于高海拔的热泵的控制方法，包括以下步骤：设置标准的风机2转速为N，实际的风机2转速为Y×N，Y为风量调整系数；利用大气压力传感器5检测气压值X，并将气压值X传递至室外机控制器，室外机控制器根据气压值X计算得到Y；室外机控制器根据Y的值调整风机2的供电电压，使得其转速为Y×N。
参照图4，作为本发明优选的实施方式，设置大气压力为90000Pa时，标准的风机2转速为N；风量调整系数Y与大气压力X的关系为Y＝4.434×e(-X/35310)+0.642。
根据风量调整系数Y与大气压力X的关系式，室外机控制器可以通过大气压力传感器5实时监测大气压力，从而实现转速的调整。在同一海拔高度下，由于温度、湿度的改变所造成气压值的变化，会导致的空气密度的变化；实时监测大气压力可以实时调整风机的转速，使其达到最佳状态。
作为本发明优选的实施方式，预先利用大气压力传感器5测得所在海拔高度Z的大气压力X；风量调整系数Y与海拔高度Z的关系为Y＝0.6825×e(Z/6950.95)+0.2。
而采用预先测定的大气压力值作为编程的参考，则能在系统中先预设一个风量调整系数值，在大气压力传感器5无法即及时反馈实时气压的情况下，系统可以根据当前海拔高度预设的风量调整系数值对风机的转速进行调整，使其达到一个比较良好的状态；可以防止因大气压力传感器5故障而造成停机。
本方案利用上述关系式得到了大气压力、海拔高度与风量调整系数之间的曲线，实际使用时，可将本曲线作为编程控制的依据，在室内机控制器和室外机控制器中进行编程，室内机控制器和室外机控制器根据所在地区的海拔高度和所测得大气压力，计算得到合适的风机2电压，使得风机2的转速达到自动化控制。
综上，本发明创造主要具备以下优势：
一是采用数字气压传感器实时检测当地的大气压，用该数据驱使风机2无级调速，解决了由于空气密度不足导致的气流量不足的问题；
二是采用本发明的风机转速调节曲线及计算式，作为编程的依据，能够让室内机控制器和室外机控制器对风机2实现自动化控制，使得气流量的调节更加精确，维持了室内合理的气流场，保证了人体的舒适感。
三是本发明创造的应用能替代高海拔地区原始的取暖手段，消除了高海拔地区取暖的排放污染，起到保护环境的作用。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种适用于高海拔的热泵，包括分别设置在室内和室外的两台空气换热器，以及分别为两所述空气换热器提供气流的风机，两所述空气换热器通过闭环的冷媒管道连接，所述冷媒管道上还设有压缩机，还包括相互通讯的室内机控制器和室外机控制器，所述室内机控制器与设置在室内的风机电性连接，所述室外机控制器与设置在室外的风机电性连接，其特征在于，还包括设置在室外的大气压力传感器，所述大气压力传感器与室外机控制器通讯；
所述大气压力传感器为数字式大气压力传感器，所述大气压力传感器包括气压探头、ADC数模转换单元、通讯控制单元和EPROM，所述气压探头通过所述ADC数模转换单元电性连接所述通讯控制单元，所述EPROM与所述通讯控制单元电性连接，所述通讯控制单元与所述室外机控制器通讯；
包括以下步骤：
设置标准的风机转速为N，实际的风机转速为Y×N，Y为风量调整系数；
利用大气压力传感器检测气压值X，并将气压值X传递至室外机控制器，室外机控制器根据所述气压值X计算得到Y；
室外机控制器根据Y的值调整风机的供电电压，使得其转速为Y×N；
设置大气压力为90000Pa时，标准的风机转速为N；
风量调整系数Y与大气压力X的关系为Y＝4.434×e(-X/35310)+0.642；
预先利用大气压力传感器测得所在海拔高度Z的大气压力X；
风量调整系数Y与海拔高度Z的关系为Y＝0.6825×e(Z/6950.95)+0.2。
2.根据权利要求1所述的适用于高海拔的热泵，其特征在于：所述冷媒管道上设有四通阀。
3.根据权利要求1所述的适用于高海拔的热泵，其特征在于：所述冷媒管道上设有膨胀阀。
4.根据权利要求1所述的适用于高海拔的热泵，其特征在于：设置在室外的空气换热器包括电器盒，所述电器盒上设有温度检测仪，所述温度检测仪与室外机控制器通讯。
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