CN110094906A - 一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制方法 - Google Patents

一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制方法属于空气源热泵除霜技术领域。首先，利用风机开启后首次转速稳定的运行时间的前T1(3min)内采样计算出的有功功率平均值P0去修正结霜量的计算模型，然后计算得出代表结霜程度的实时结霜量Mi，结霜量阈值Mdf根据具体机组的出厂结除霜实验测得结果进行设定。本发明根据室外风机的转速与实时监测的有功功率来判断室外盘管的结霜程度，可以更准确地确定空气源热泵热风机进入除霜的时机，避免误除霜操作。

Description

一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制 方法
技术领域
本发明属于空气源热泵除霜技术领域，具体地说，是针对空气源热泵热风机，利用室外风机转速及实时有功功率的监测进行除霜控制的方法。
背景技术
空气源热泵热风机在冬季制热运行时，会由于空气温湿度的影响而在室外换热器表面出现结霜情况。随着霜层的生长累积，空气流过换热器的阻力加大，流量减少，传热热阻增加，造成机组的制热性能衰减，严重时导致机组停机。因此，周期性的除霜操作必不可少。现有的除霜控制方法可按照除霜判断依据的不同分为三类：第一类是基于“间接测量”思想间接判断结霜程度的控霜方法，如温度-时间法、空气压差法、风机电流-盘管温度法等；第二类是基于“直接测量”思想直接测量霜层厚度的控霜方法，包括激光技术测量霜层厚度、显微成像技术观测霜层厚度、千分尺技术测量霜层厚度等；第三类是基于“人工智能”思想智能判断霜层程度的控霜方法，包括模糊智能除霜控制技术、综合结霜指数(FI)判断的除霜控制技术、模糊自修正除霜控制技术等。然而，在空气源热泵热风机这种户式小型机组上，通过测量结霜时温度、空气压差等变量作为依据的控霜方法，由于测点单一和位置选取的影响尚不能对结霜过程进行准确全面的认知与监测；对于考虑多因素的智能控霜方法，其控霜准确性主要依赖样本数据的数量和准确性；而基于“直接测量”思想的控霜方法，受到操作空间、环境条件、造价等因素制约，难以在小型机组上实现。
空气源热泵热风机在结构上一般具有独立的风系统，压缩机和室外侧风机常为变频调速控制，换热器结霜程度对风机运行特性有显著影响，所以利用室外风机运行特性的变化可比较容易地反映结霜程度。当室外盘管的结霜程度加重，增加了换热器的风阻，进入室外风机的风量则会相应地减小。依据轴流风机的运行特性曲线可知，当风量减小时，室外风机的轴功率会增大，电机输入的有功功率随之增大。由此可见，室外风机的有功功率会随室外盘管的结霜程度发生相应的变化。前述中以风机电流判断结霜程度的方法虽然也基于上述理论提出，但其只适用于传统的定频热泵机组。对于采用直流变频风机的变频机组，由于风机频率不断变化，使得测量的电流值受到调频的扰动较大、信号不稳定，则无法准确地反映结霜情况。此外，现有的变频风机调频方法、供电方式也复杂多样，对技术人员要求较高从而增加了开发成本。
因此，根据室外风机的转速与实时监测的有功功率来判断室外盘管的结霜程度，可以更准确地确定空气源热泵热风机进入除霜的时机，避免误除霜操作。下面对上述步骤作进一步详细说明。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制方法，能够以风机转速与功率的变化反映机组结霜过程，可有效控制机组除霜操作，解决现有小型变频空气源热泵热风机除霜控制中的“误除霜”问题，保证机组高效运行。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制系统，包括热风机机组，智能电表以及数据处理控制器。上述智能电表安装在机组室外侧风机的供电电源上，用于监测风机运行时的有功功率，并与数据处理控制器相连；上述数据处理逻辑程序与机组控制器集成，用于读取风机转速与传达除霜控制信号；机组控制器用于控制压缩机、四通换向阀、膨胀阀和室外风机的启停及转速调节。
本发明提供的是一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制方法，首先设定结霜最大运行时间Timem、退出除霜温度Tqdf和结霜量阈值Mdf，其中的结霜量阈值Mdf是在具体的热风机机组出厂时根据相关的结除霜实验测定的。整体方法按以下步骤进行：
(1)机组控制器发出指令控制机组启动
热风机机组制热模式运行开始，同时数据处理控制器对机组数据进行采集处理；
(2)数据处理控制器读取风机转速以及监测风机的智能电表实时数据，以风机转速首次稳定后运行时间Time1(默认设定3min)内的数值采样进行计算有功功率初始平均值P0，以备修正计算模型，避免脏堵影响。
(3)将有功功率初始平均值P0耦合实测数据库中风机转速n与PB及测试结霜量M(单位为g/m2)的关系，建立计算模型M＝f(P0，n，PB)。
(4)数据处理控制器读取实时有功功率Pi，带入到结霜量计算模型中，计算得到实时结霜量，以Mi代表；
(5)当同时满足以下三个条件时：
①机组运行时间大于设定时间Timem；
②盘管温度Te低于当地冰点温度Tice；
③步骤4)的输出结果大于或等于结霜量阈值Mdf时；
顺序执行步骤6)；否则，返回继续执行步骤4)；
(6)数据处理逻辑程序向控制器传达除霜信号，机组控制器控制机组进行除霜操作；
(7)当机组盘管温度达到除霜退出设定值Tqdf(一般取20℃)时，机组控制器控制机组退出除霜，返回步骤1)，进行下一个结除霜循环；否则，继续执行步骤6)；
本发明的有益效果是：(1)可较为准确的监测机组结霜程度；(2)可有效控制除霜操作，避免机组“误除霜”事故的发生；(3)信号输出灵敏、可重复性强；(4)操作简单、实现成本较低。
附图说明
图1是本发明的一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制系统原理图；
图2是本发明的一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图针对本发明作进一步实例描述：
结合图1，本发明的一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制系统，包括压缩机1，四通换向阀2，室内侧换热器3，节流装置4，室外侧换热器5，室外侧风机6，室内侧风机7，气液分离器8，智能电表9以及集成了数据处理程序的机组控制器3。
其中，气液分离器8的出口与压缩机1的进气口相连，压缩机1的排气口与四通换向阀2的进气口相连，四通换向阀2的回气口与气液分离器8的入口相连；四通换向阀2的另外两个接口分别与室内侧换热器3的第一接口和室外侧换热器5的第一接口相连，节流装置的两端分别与室内侧换热器3的第二接口和室外侧换热器5的第二接口相连；智能电表9为可进行数据通讯的电能测试仪表，安装在空气源热泵热风机的室外机柜上，用于监测室外风机耗电情况，并与机组控制器10相连；机组控制器10可控制压缩机1，四通换向阀2，节流装置4和室外侧风机6的启停。
结合图2，本发明提供了一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制方法，首先，利用风机开启后首次转速稳定的运行时间的前T1(3min)内采样计算出的有功功率平均值P0去修正结霜量的计算模型，然后计算得出代表结霜程度的实时结霜量Mi(单位为g/m2)，结霜量阈值Mdf根据具体机组的出厂结除霜实验测得结果进行设定，详细实施步骤如下：
(1)机组控制器10发出指令使机组切换至制热模式运行，控制压缩机1、四通换向阀2、节流装置4，并开启室内、外侧风机，同时机组控制器10开始数据采集与处理；
(2)机组控制器10实时采集智能电表9的风机耗电数据，在风机开启后首次转速稳定的前T1(3min)时间内取10个数值求和平均计算有功功率初始平均值P0；
(3)将计算的有功功率初始平均值P0输入，建立实时的风机转速n-功率-结霜量计算模型M＝f(P0，n，PB)。
(4)数据处理控制器读取实时有功功率Pi，带入到结霜量计算模型中，计算得到实时结霜量预测值Mi；
(5)将步骤4)的输出结果与机组设定的结霜量阈值Mdf比较，判断是否满足除霜条件，若还同时满足盘管温度及压缩机运行时间的判定条件，就输出进入除霜的信号。
(6)数据处理逻辑向控制器10传达除霜信号，控制器控制机组进行除霜操作，四通换向阀2换向，室外侧与室内侧风机关闭。
(7)当机组盘管温度达到设定的退出除霜温度设定值Tqdf(一般取20℃)时，控制器10控制机组退出除霜操作，返回步骤1)，进行下一个结除霜循环；否则，继续执行步骤6)；
本发明的实施实例可有效控制空气源热泵热风机机组的除霜操作，避免“误除霜”事故的发生，保证机组稳定高效的运行。

Claims (1)

1.一种基于室外风机运行特性的空气源热泵热风机除霜控制方法，其特征在于：首先设定结霜最大运行时间Timem、退出除霜温度Tqdf和结霜量阈值Mdf，其中的结霜量阈值Mdf是在具体的热风机机组出厂时根据结除霜实验测定的；
整体方法按以下步骤进行：
(1)机组控制器发出指令控制机组启动
热风机机组制热模式运行开始，同时数据处理控制器对机组数据进行采集处理；
(2)数据处理控制器读取风机转速以及监测风机的智能电表实时数据，以风机转速首次稳定后运行时间Time1内的数值采样进行计算有功功率初始平均值P0，以备修正计算模型，避免脏堵影响；Time1设定3min；
(3)将有功功率初始平均值P0耦合实测数据库中风机转速n与PB及测试结霜量M的关系，建立计算模型M＝f(P0，n，PB)；
(4)数据处理控制器读取实时有功功率Pi，代入到结霜量计算模型中，计算得到实时结霜量，以Mi代表；
(5)当同时满足以下三个条件时：
①机组运行时间大于设定时间Timem；
②盘管温度Te低于当地冰点温度Tice；
③步骤(4)的输出结果大于或等于结霜量阈值Mdf时；
顺序执行步骤(6)；否则，返回继续执行步骤(4)；
(6)数据处理逻辑程序向控制器传达除霜信号，机组控制器控制机组进行除霜操作；
(7)当机组盘管温度达到除霜退出设定值Tqdf时，机组控制器控制机组退出除霜，返回步骤(1)，进行下一个结除霜循环；否则，继续执行步骤(6)。
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