CN111765678B - 一种热泵系统智能控制方案 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种热泵系统智能控制方案，该热泵系统智能控制方案包括外风机控制方案和电子膨胀阀开度控制方案，外风机控制方案用作热泵系统在制冷、制热、停机以及除霜等状态时的外风机转速模式控制逻辑，根据换热器的实时换热需求来对外风机的运行状态进行控制，从而在保证热泵系统的制冷、制热、停机以及除霜效果的同时，使得其能耗也能降到最低。电子膨胀阀开度控制方案用作电子膨胀阀从启动至运行过程的控制逻辑，根据环境温度和压缩机排气温度等参数实时调整不同工作状况下的电子膨胀阀开度，从而保证电子膨胀阀开度始终在一定的范围内自适应调整，以使热泵系统达到最优的运行状态和性能。

Description

一种热泵系统智能控制方案
技术领域
本发明涉及热泵系统控制方法技术领域，具体涉及一种热泵系统智能控制方案。
背景技术
在当前能源供应趋紧、环境保护要求不断提高的形势下，人们在不断地寻求既节能又环保的新能源，热泵就是新能源的一种。热泵能实现把低温热能输送至高温热能，可大量利用自然资源和余热资源中的热量，有效地节约民用及工业所需的一次能源，其中，热泵控制系统是一种可以对热泵及其设备运行过程进行控制的系统。
在现有热泵系统运行过程中，电子膨胀阀和外风机等这些热泵系统元器件的运行情况基本按照系统设定的参数稳定运行，从而使热泵系统能够稳定的制冷或者制热。但是在实际应用过程中，热泵系统的工作状况和环境可能是一直变化的，若按照预设的参数运行，则可能无法始终达到热泵系统的最佳工作运行状态。
发明内容
为解决现有热泵系统的元器件按照预设参数运行，导致无法始终达到最佳工作运行状态的问题，本发明提供了一种热泵系统智能控制方案。
一种热泵系统智能控制方案，包括外风机控制方案，其特征在于，所述外风机控制方案包括热泵系统制冷模式控制方案和热泵系统制热模式控制方案，所述热泵系统制冷模式控制方案包括以下步骤：
获取热泵系统的环境温度Tamb和盘管温度Tcoil，根据获取的所述环境温度Tamb和所述盘管温度Tcoil度确定外风机的转速模式；
所述热泵系统制热模式控制方案包括以下步骤：
获取热泵系统的所述环境温度Tamb，根据获取的所述环境温度Tamb确定所述外风机的转速模式。
进一步地，所述根据获取的所述环境温度Tamb和所述盘管温度Tcoil度确定外风机的转速模式包括以下步骤：
S110：判断所述环境温度Tamb是否大于等于第一预设环境温度，若所述环境温度Tamb大于等于所述第一预设环境温度，则所述外风机的转速模式为高速，若所述环境温度Tamb小于所述第一预设环境温度，进入步骤S120；
S120：判断所述环境温度Tamb是否大于等于第二预设环境温度，若所述环境温度Tamb大于等于所述第二预设环境温度，进入步骤S130，若所述环境温度Tamb小于所述第二预设环境温度，进入步骤S150；
S130：判断所述盘管温度Tcoil是否大于等于第一预设盘管温度，若所述盘管温度Tcoil大于等于所述第一预设盘管温度，所述外风机的转速模式为高速，若所述盘管温度Tcoil小于所述第一预设盘管温度，进入步骤S140；
S140：判断所述盘管温度Tcoil是否大于等于第二预设盘管温度，若所述盘管温度Tcoil大于等于所述第二预设盘管温度，则所述外风机的转速模式为中速，若所述盘管温度Tcoil小于所述第二预设盘管温度，则所述外风机的转速模式为低速；
S150：判断所述盘管温度Tcoil是否大于等于第三预设盘管温度，若所述盘管温度Tcoil大于等于所述第三预设盘管温度，则所述外风机的转速模式为低速，若所述盘管温度Tcoil小于所述第三预设盘管温度，则所述外风机的转速模式为停止。
进一步地，所述第一预设环境温度为26℃，所述第二预设环境温度为20℃，所述第一预设盘管温度为40℃，所述第二预设盘管温度为35℃，所述第三预设盘管温度为25℃。
进一步地，所述根据获取的所述环境温度Tamb确定所述外风机的转速模式包括以下步骤：
S210：判断所述环境温度Tamb是否小于等于第三预设环境温度，若所述环境温度Tamb小于等于所述第三预设环境温度，则所述外风机的转速模式为高速，若所述环境温度Tamb大于所述第三预设环境温度，进入步骤S220；
S220：判断所述环境温度Tamb是否小于等于第四预设环境温度，若所述环境温度Tamb小于等于所述第四预设环境温度，则所述外风机的转速模式为中速，若所述环境温度Tamb大于所述第四预设环境温度，则所述外风机的转速模式为低速。
进一步地，所述第三预设环境温度为10℃，所述第四预设环境温度为15℃。
进一步地，所述外风机控制方案还包括热泵系统停机及除霜模式控制方案，所述热泵系统停机及除霜模式控制方案包括以下步骤：
S310：获取热泵系统的运行模式，若所述热泵系统的运行模式为停机状态或者除霜模式，则所述外风机的转速模式为停止。
进一步地，所述外风机控制方案还包括风速状态控制方案，所述风速状态控制方案包括以下步骤：
S410：获取主控板选择的外风机风速状态，判断所述外风机风速状态是否为单风速，若所述外风机风速状态为单风速，则在满足外风机其余启动条件的情况下，所述外风机的转速模式为高速。
进一步地，还包括电子膨胀阀开度控制方案，所述电子膨胀阀开度控制方案包括以下步骤：
S510：热泵系统启动时，将电子膨胀阀上电并进行复位，所述电子膨胀阀复位至初始开度P；
S520：确定所述电子膨胀阀的实际过热度SH和目标过热度TSH，所述目标过热度TSH由压缩机的排气温度决定；
S530：确定第一比例系数Kp1和第二比例系数Kp2，所述第一比例系数Kp1由所述实际过热度SH确定，所述第二比例系数Kp2由所述目标过热度TSH确定；
S540：求解所述电子膨胀阀的开度增量△P，所述开度增量△P的计算公式为：△P＝Kp1*SH－Kp2*TSH。
进一步地，S530中所述第一比例系数Kp1由所述实际过热度SH确定，所述第二比例系数Kp2由所述目标过热度TSH确定，具体为：
当SH＜0时，Kp1＝3，否则Kp1＝1；
当TSH＜0时,Kp2＝3，否则Kp2＝1。
进一步地，S510中将电子膨胀阀上电并进行复位，所述电子膨胀阀复位至初始开度P具体为：
所述电子膨胀阀的复位步数为550，复位后所述初始开度P为：60≤P≤470，且所述电子膨胀阀的开度计算为每40S计算一次。
本发明提供的热泵系统智能控制方案，包括外风机控制方案，该外风机控制方案包括热泵系统制冷模式控制方案和热泵系统制热模式控制方案。其中，热泵系统制冷模式控制方案用作热泵系统制冷时外风机转速模式的控制逻辑，具体为通过获取热泵系统的环境温度Tamb和盘管温度Tcoil从而确定制冷模式下外风机的转速模式；热泵系统制热模式控制方案用作热泵系统制热时外风机转速模式的控制逻辑，具体为通过获取热泵系统的环境温度Tamb从而确定制热模式下外风机的转速模式。
因此，随着热泵系统所处的环境温度或者盘管温度等工况在变化，热泵系统根据换热器的实时换热需求来对外风机的运行状态进行控制，从而使得外风机的运行状态与热泵系统的运行状态相匹配，在保证热泵系统的制冷或制热效果的同时，使得其能耗也能降到最低。
附图说明
图1是本发明的热泵系统制冷模式控制方案的示意图；
图2是本发明的热泵系统制热模式控制方案的示意图；
图3是本发明的电子膨胀阀开度控制方案的示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的热泵系统智能控制方案包括外风机控制方案，外风机控制方案包括热泵系统制冷模式控制方案和热泵系统制热模式控制方案，其中，热泵系统制冷模式控制方案包括的步骤如下：
获取热泵系统的环境温度Tamb和盘管温度Tcoil，根据获取的环境温度Tamb和盘管温度Tcoil度确定外风机的转速模式；
热泵系统制热模式控制方案包括的步骤如下：
获取热泵系统的环境温度Tamb，根据获取的环境温度Tamb确定外风机的转速模式。
在热泵系统运行过程中，随着制冷或者制热需求的改变，和热泵系统的运行状态相匹配的外风机也在不停的发生改变。如果外风机按照系统预设的参数或者按照固定的转速参数转动，当热泵系统的制冷量或者制热量需求较小时，会因为外风机的转速过高导致消耗的能量过大，造成不必要的浪费；相反，当热泵系统的需要较大的制冷量或者制热量需求时，会由于外风机的转速过低导致影响换热器与外部环境进行换热的效果，同时会因为换热不充分导致热泵系统的压力增加，从而浪费能耗。为使得外风机的转速与热泵系统的运行状态相匹配，本发明的外风机控制方案通过获取环境温度Tamb和盘管温度Tcoil参数，然后根据热泵系统的不同模式(制冷、制热)，从而确定外风机的转速模式，保证外风机的转速与热泵系统的运行状态相匹配，使得热泵系统能始终达到最佳运行状态。
参见图1所示，根据本发明的实施例，热泵系统制冷模式控制方案的具体步骤如下：
S110：判断环境温度Tamb是否大于等于第一预设环境温度，若环境温度Tamb大于等于第一预设环境温度，则外风机的转速模式为高速，若环境温度Tamb小于第一预设环境温度，进入步骤S120；
S120：判断环境温度Tamb是否大于等于第二预设环境温度，若环境温度Tamb大于等于第二预设环境温度，进入步骤S130，若环境温度Tamb小于第二预设环境温度，进入步骤S150；
S130：判断盘管温度Tcoil是否大于等于第一预设盘管温度，若盘管温度Tcoil大于等于第一预设盘管温度，外风机的转速模式为高速，若盘管温度Tcoil小于第一预设盘管温度，进入步骤S140；
S140：判断盘管温度Tcoil是否大于等于第二预设盘管温度，若盘管温度Tcoil大于等于第二预设盘管温度，则外风机的转速模式为中速，若盘管温度Tcoil小于第二预设盘管温度，则外风机的转速模式为低速；
S150：判断盘管温度Tcoil是否大于等于第三预设盘管温度，若盘管温度Tcoil大于等于第三预设盘管温度，则外风机的转速模式为低速，若盘管温度Tcoil小于第三预设盘管温度，则外风机的转速模式为停止。
其中，第一预设环境温度为26℃，第二预设环境温度为20℃，第一预设盘管温度为40℃，第二预设盘管温度为35℃，第三预设盘管温度为25℃。
以上数据均由实验所得，热泵系统在制冷模式下，当环境温度Tamb大于等于第一预设环境温度时，也即当Tamb≥26℃时，此时外界环境温度较高，外风机需要足够大的转速才能保证换热器的换热效率，从而保证热泵系统处于最佳运行状态，此时外风机的转速模式为高速。
当环境温度Tamb小于第一预设环境温度而大于等于第二预设环境温度时，也即20℃≤Tamb＜26℃时，此时判断盘管温度Tcoil是否大于第一预设盘管温度，当盘管温度Tcoil大于等于第一预设盘管温度时，也即Tcoil≥40℃时，此时换热盘管的温度较高，为保证换热器的换热效率，此时外风机需要较大的转速，也即外风机的转速模式为高速。依次类推，当盘管温度Tcoil小于第一预设盘管温度而大于第二预设盘管温度时，也即35℃≤Tcoil＜40℃时，外风机的转速模式为中速；当盘管温度Tcoil小于第二预设盘管温度，也即Tcoil＜35℃时，外风机的转速模式为低速即可满足换热器的换热效率。
当环境温度Tamb小于第二预设环境温度时，也即Tamb＜20℃时，此时外界环境的温度较低，如果盘管温度Tcoil大于等于第二预设盘管温度，也即Tcoil≥25℃时，外风机低速运转便能保证换热器的换热效率。当盘管温度Tcoil小于第二预设盘管温度时，此时不需要开启外风机，换热器通过空气的自然对流即可完成换热，保证热泵系统的正常工作状态。
进一步地，参见图2所示，根据本发明的实施例，热泵系统制热模式控制方案的具体步骤如下：
S210：判断环境温度Tamb是否小于等于第三预设环境温度，若环境温度Tamb小于等于第三预设环境温度，则外风机的转速模式为高速，若环境温度Tamb大于第三预设环境温度，进入步骤S220；
S220：判断环境温度Tamb是否小于等于第四预设环境温度，若环境温度Tamb小于等于第四预设环境温度，则外风机的转速模式为中速，若环境温度Tamb大于第四预设环境温度，则外风机的转速模式为低速。
其中，第三预设环境温度为10℃，第四预设环境温度为15℃。
以上数据均由实验所得，热泵系统在制热模式下，当环境温度Tamb小于等于第三预设环境温度时，也即Tamb≤10℃时，此时换热盘管温度较低，为保证换热器的换热效率，需要将外风机调整至较高转速。以此类推，当环境温度Tamb大于第三预设环境温度且小于等于第四预设环境温度时，也即10℃＜Tamb≤15℃时，外风机中速运行即可满足换热器的换热效率。当当环境温度Tamb大于第四预设环境温度时，也即Tamb＞15℃时，外风机低速甚至停止运行即可满足换热器的换热效率。
可选地，外风机控制方案还包括热泵系统停机及除霜模式控制方案，热泵系统停机及除霜模式控制方案包括的步骤如下：
S310：获取热泵系统的运行模式，若热泵系统的运行模式为停机状态或者除霜模式，则外风机的转速模式为停止。
停机状态时，热泵系统的所有元器件停止运行，因此外风机也停止运行；除霜模式时，热泵系统的冷媒主流路停止运转，因此外风机也停止运行。
可选地，外风机控制方案还包括风速状态控制方案，风速状态控制方案包括的步骤如下：
S410：获取主控板选择的外风机风速状态，判断外风机风速状态是否为单风速，若外风机风速状态为单风速，则在满足外风机其余启动条件的情况下，外风机的转速模式为高速，也即当确认主控板选择的外风机为单风速状态时，外风机此时高速运转。
参见图3所示，根据发明的实施例，热泵系统智能控制方案还包括电子膨胀阀开度控制方案，该电子膨胀阀开度控制方案包括的步骤如下：
S510：热泵系统启动时，将电子膨胀阀上电并进行复位，电子膨胀阀复位至初始开度P；
S520：确定电子膨胀阀的实际过热度SH和目标过热度TSH，目标过热度TSH由压缩机的排气温度决定；
S530：确定第一比例系数Kp1和第二比例系数Kp2，第一比例系数Kp1由实际过热度SH确定，第二比例系数Kp2由目标过热度TSH确定；
S540：求解电子膨胀阀的开度增量△P，开度增量△P的计算公式为：△P＝Kp1*SH－Kp2*TSH。
因此，本发明的电子膨胀阀开度控制方案中，电子膨胀阀在上电时先进行复位操作，然后系统会确定电子膨胀阀的实际过热度，并通过将其与目标过热度对比，而确定最优开度值域，结合第一比例系数Kp1和第二比例系数Kp2，最终得出电子膨胀阀的实时开度，保证电子膨胀阀开度始终在一定的范围内自适应调整，以使热泵系统达到最优的运行状态和性能。
可选地，步骤S530中的第一比例系数Kp1由实际过热度SH确定，第二比例系数Kp2由目标过热度TSH确定，具体为：
当SH＜0时，Kp1＝3，否则Kp1＝1；
当TSH＜0时,Kp2＝3，否则Kp2＝1。
通过实际过热度SH和目标过热度TSH确定第一比例系数Kp1和第二比例系数Kp2，最终计算出电子膨胀阀的开度增量△P，从而得到当前的电子膨胀阀开度。
可选地，S510中将电子膨胀阀上电并进行复位，电子膨胀阀复位至初始开度P具体为：
电子膨胀阀的复位步数为550，复位后初始开度P为：60≤P≤470，且电子膨胀阀的开度计算为每40S计算一次。
根据热泵系统的实时工况，以40S为周期定期计算电子膨胀阀的开度增量△P，进而得出电子膨胀阀的实时开度，保证电子膨胀阀开度始终在一定的范围内自适应调整，以使热泵系统达到最优的运行状态和性能。
综上所述，本发明提供的热泵系统智能控制方案，包括外风机控制方案和电子膨胀阀开度控制方案。其中，外风机控制方案用作热泵系统在制冷、制热、停机以及除霜等状态时的外风机转速模式控制逻辑，随着热泵系统所处的环境温度或者盘管温度等工况在变化，热泵系统根据换热器的实时换热需求来对外风机的运行状态进行控制，从而使得外风机的运行状态与热泵系统的运行状态相匹配，在保证热泵系统的制冷、制热、停机以及除霜效果的同时，使得其能耗也能降到最低。
而电子膨胀阀开度控制方案用作电子膨胀阀从启动至运行过程的控制逻辑，上电时先进行复位操作，然后再根据环境温度和压缩机排气温度等参数实时调整不同工作状况下的电子膨胀阀开度，从而保证电子膨胀阀开度始终在一定的范围内自适应调整，以使热泵系统达到最优的运行状态和性能。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种热泵系统智能控制方案，包括外风机控制方案，其特征在于，所述外风机控制方案包括热泵系统制冷模式控制方案和热泵系统制热模式控制方案，所述热泵系统制冷模式控制方案包括以下步骤：
获取热泵系统的环境温度Tamb和盘管温度Tcoil，根据获取的所述环境温度Tamb和所述盘管温度Tcoil度确定外风机的转速模式；
所述根据获取的所述环境温度Tamb和所述盘管温度Tcoil度确定外风机的转速模式包括以下步骤：
S110：判断所述环境温度Tamb是否大于等于第一预设环境温度，若所述环境温度Tamb大于等于所述第一预设环境温度，则所述外风机的转速模式为高速，若所述环境温度Tamb小于所述第一预设环境温度，进入步骤S120；
S120：判断所述环境温度Tamb是否大于等于第二预设环境温度，若所述环境温度Tamb大于等于所述第二预设环境温度，进入步骤S130，若所述环境温度Tamb小于所述第二预设环境温度，进入步骤S150；
S130：判断所述盘管温度Tcoil是否大于等于第一预设盘管温度，若所述盘管温度Tcoil大于等于所述第一预设盘管温度，所述外风机的转速模式为高速，若所述盘管温度Tcoil小于所述第一预设盘管温度，进入步骤S140；
S140：判断所述盘管温度Tcoil是否大于等于第二预设盘管温度，若所述盘管温度Tcoil大于等于所述第二预设盘管温度，则所述外风机的转速模式为中速，若所述盘管温度Tcoil小于所述第二预设盘管温度，则所述外风机的转速模式为低速；
S150：判断所述盘管温度Tcoil是否大于等于第三预设盘管温度，若所述盘管温度Tcoil大于等于所述第三预设盘管温度，则所述外风机的转速模式为低速，若所述盘管温度Tcoil小于所述第三预设盘管温度，则所述外风机的转速模式为停止
所述热泵系统制热模式控制方案包括以下步骤：
获取热泵系统的所述环境温度Tamb，根据获取的所述环境温度Tamb确定所述外风机的转速模式。
2.根据权利要求1所述的热泵系统智能控制方案，其特征在于，所述第一预设环境温度为26℃，所述第二预设环境温度为20℃，所述第一预设盘管温度为40℃，所述第二预设盘管温度为35℃，所述第三预设盘管温度为25℃。
3.根据权利要求1所述的热泵系统智能控制方案，其特征在于，所述根据获取的所述环境温度Tamb确定所述外风机的转速模式包括以下步骤：
S210：判断所述环境温度Tamb是否小于等于第三预设环境温度，若所述环境温度Tamb小于等于所述第三预设环境温度，则所述外风机的转速模式为高速，若所述环境温度Tamb大于所述第三预设环境温度，进入步骤S220；
S220：判断所述环境温度Tamb是否小于等于第四预设环境温度，若所述环境温度Tamb小于等于所述第四预设环境温度，则所述外风机的转速模式为中速，若所述环境温度Tamb大于所述第四预设环境温度，则所述外风机的转速模式为低速。
4.根据权利要求3所述的热泵系统智能控制方案，其特征在于，所述第三预设环境温度为10℃，所述第四预设环境温度为15℃。
5.根据权利要求1所述的热泵系统智能控制方案，其特征在于，所述外风机控制方案还包括热泵系统停机及除霜模式控制方案，所述热泵系统停机及除霜模式控制方案包括以下步骤：
S310：获取热泵系统的运行模式，若所述热泵系统的运行模式为停机状态或者除霜模式，则所述外风机的转速模式为停止。
6.根据权利要求1所述的热泵系统智能控制方案，其特征在于，所述外风机控制方案还包括风速状态控制方案，所述风速状态控制方案包括以下步骤：
S410：获取主控板选择的外风机风速状态，判断所述外风机风速状态是否为单风速，若所述外风机风速状态为单风速，则在满足外风机其余启动条件的情况下，所述外风机的转速模式为高速。
7.根据权利要求1所述的热泵系统智能控制方案，其特征在于，还包括电子膨胀阀开度控制方案，所述电子膨胀阀开度控制方案包括以下步骤：
S510：热泵系统启动时，将电子膨胀阀上电并进行复位，所述电子膨胀阀复位至初始开度P；
S520：确定所述电子膨胀阀的实际过热度SH和目标过热度TSH，所述目标过热度TSH由压缩机的排气温度决定；
S530：确定第一比例系数Kp1和第二比例系数Kp2，所述第一比例系数Kp1由所述实际过热度SH确定，所述第二比例系数Kp2由所述目标过热度TSH确定；
S540：求解所述电子膨胀阀的开度增量△P，所述开度增量△P的计算公式为：△P＝Kp1*SH－Kp2*TSH。
8.根据权利要求7所述的热泵系统智能控制方案，其特征在于，S530中所述第一比例系数Kp1由所述实际过热度SH确定，所述第二比例系数Kp2由所述目标过热度TSH确定，具体为：
当SH＜0时，Kp1＝3，否则Kp1＝1；
当TSH＜0时,Kp2＝3，否则Kp2＝1。
9.根据权利要求7所述的热泵系统智能控制方案，其特征在于，S510中将电子膨胀阀上电并进行复位，所述电子膨胀阀复位至初始开度P具体为：
所述电子膨胀阀的复位步数为550，复位后所述初始开度P为：60≤P≤470，且所述电子膨胀阀的开度计算为每40S计算一次。
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