CN112460867B - 空气源热泵融霜启停管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气源热泵融霜启停管理系统及方法，系统包括热泵主体、蒸发器和采暖末端，还包括数据处理设备，数据处理设备与热泵主体电性连接，蒸发器的进风口设有进风温度传感器，出风口设有出风温度传感器，数据处理设备内设有融霜启动条件和融霜预设阈值，融霜预设阈值包括进风温度阈值和温差阈值，融霜启动条件包括：蒸发器的进风温度小于进风温度阈值，且进出风温差大于温差阈值，当蒸发器的进风温度、进出风温差满足所述融霜启动条件时，数据处理设备控制热泵主体启动融霜。该启停管理系统和方法可获得最佳融霜时机，使节能效果与制热能力得到改善，提升了现有空气源热泵产品品质。

Description

空气源热泵融霜启停管理系统及方法

技术领域

本发明属于热泵除霜技术领域，具体涉及一种空气源热泵融霜启停管理系统及方法。

背景技术

空气源热泵已广泛应用于生产/生活热水、建筑采暖、农业烘干等领域。其能效比远高于电加热等形式。尤其是近年来北方煤改电采暖中，其发挥了关键作用，为冬季雾霾的缓解和节能减排的推进做出了重要贡献。

目前限制空气源热泵能效提升和运行稳定性的一个瓶颈是其融霜控制的有效性与可靠性。空气源热泵制取的热量时通过蒸发器从空气中吸收热量，蒸发器表面的温度往往低于空气露点，当同时满足蒸发器表面温度低于水凝固点时，蒸发器表面就会结霜。如不能及时融霜，会导致蒸发器换热系数下降，蒸发温度降低，系统能效下降，同时造成制热量下降；但如果过度频繁地融霜，又将导致能耗上升，制热时间不足，总制热量下降。现有的系统多采用定时融霜或根据蒸发温度融霜的方法，容易导致不及时除霜或过度融霜。因此，如何确定融霜开始与结束的时机成为一个研究热点，也是提升现有空气源热泵产品品质，实现节能减排的一个重要方面。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种空气源热泵融霜启停管理系统及方法，可获得最佳融霜时机，使节能效果与制热能力得到改善，提升了现有空气源热泵产品品质。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

空气源热泵融霜启停管理系统，包括热泵主体、蒸发器和采暖末端，还包括数据处理设备，数据处理设备与热泵主体电性连接，蒸发器的进风口设有进风温度传感器，出风口设有出风温度传感器，数据处理设备内设有融霜启动条件和融霜预设阈值，融霜预设阈值包括进风温度阈值和温差阈值，融霜启动条件包括：蒸发器的进风温度小于进风温度阈值，且进出风温差大于温差阈值，当蒸发器的进风温度、进出风温差满足所述融霜启动条件时，数据处理设备控制热泵主体启动融霜。

作为本发明的优选方案之一，蒸发器的工质管路进口设有管温传感器，所述融霜预设阈值还包括蒸发器进口管温阈值，融霜启动条件还包括蒸发器进口管温小于进口管温阈值，当蒸发器的进风温度、进出口温差和进口管温满足所述融霜启动条件时，数据处理设备控制热泵主体启动融霜。

作为本发明的优选方案之一，还包括模数转换与采集设备，用于采集蒸发器进出风温度、进口管温，并经模数转换发送至数据处理设备。

作为本发明的优选方案之一，还包括远程监控平台和存储设备，远程监控平台与数据处理设备通过远程传输装置连通，存储设备将融霜数据存储，远程监控平台可根据存储数据对预设阈值进行优化。

本发明还提供一种空气源热泵融霜启停管理方法，包括：

S1，设定热泵融霜预设阈值和融霜启动条件，其中，融霜预设阈值包括蒸发器进风温度阈值、蒸发器出风温度阈值和蒸发器进出风温差阈值；融霜启动条件为：蒸发器的进风温度小于进风温度阈值，且进出风温差大于温差阈值；

S2，获取热泵初始化运行状态，若运行状态为制冷，则结束；若运行状态为制热，则进入下一步；

S3，获取蒸发器的进风温度和出风温度；

S4，判断蒸发器进风温度、蒸发器进出风温差是否满足融霜启动条件，若是，则启动融霜。

作为本发明的优选方案之一，步骤S1中，所述融霜预设阈值还包括蒸发器进口管温阈值，融霜启动条件还包括蒸发器进口管温＜进口管温阈值；

步骤S3中还获取蒸发器进口管温，步骤S4中还判断蒸发器进口管温是否满足融霜启动条件。

作为本发明的优选方案之一，步骤S4之后还包括，S5，远程监测蒸发器融霜状态，根据融霜状态优化步骤S1中的预设阈值。

作为本发明的优选方案之一，蒸发器进风温度阈值的确定方法如下：

A1)将热泵系统置于相对湿度为85％-95％的人工环境中，

B1)启动热泵系统；

C1)缓慢降低人工环境温度；

D1)记录蒸发器刚开始结霜时的空气温度，即进风温度T₇；

F1)蒸发器进风温度阈值则T_a＝T₇+ΔT，其中ΔT为调整值。

作为本发明的优选方案之一，蒸发器进出风温差阈值的确定方法如下：

A2)蒸发器置于一定湿度的环境下；

B2)启动热泵，逐步降低环境温度，蒸发器开始结霜；

C2)待霜层足够厚需要除霜时，记录此时蒸发器进风温度T₄、出风温度T₅；

D2)计算此时进出风温差ΔT_x＝T₄-T₅，

E2)启动除霜，完全融化后，改变环境湿度，回到b)进行下一轮实验；

F2)根据实验得到的数据，建立ΔT_x与T₄间的关系，得到进出风温差阈值T_b。

作为本发明的优选方案之一，蒸发器进口管温阈值的确定方法如下：

A3)将热泵系统置于相对湿度为85％-95％的人工环境中，

B3)启动热泵系统；

C3)缓慢降低人工环境温度；

D3)记录蒸发器刚开始结霜时的进口管壁温度T₆；

E3)蒸发器进口管温阈值T_c＝T₆+ΔT，其中ΔT为调整值

本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明所述启停管理系统及方法，基于蒸发器进出风温差或再辅以制冷剂管温来获得融霜时机，进出风温差及制冷剂管温可准确反映霜层厚度和结霜状态，因此可获得最佳融霜时机，提高空气源热泵的产品品质。同时，基于试验调节来获取融霜预设阈值，再辅以远程监控平台监测和优化预设阈值，进一步提高了融霜精度。

附图说明

图1是实施例1所述空气源热泵融霜启停管理系统示意图；

图2是实施例2所述空气源热泵融霜启停管理方法流程图；

图3是实施例2所述方法中，进风温度阈值T_a获取流程图；

图4是实施例2所述方法中，进出风温差阈值T_b获取流程图；

图5是实施例3所述空气源热泵融霜启停管理方法流程图；

图6是实施例3所述方法中，进口管温阈值T_c获取流程图。

附图标记:1.空气源热泵主体、2工质管路、3.蒸发器、4.进风方向、5.蒸发器进风温度传感器、6.出风温度传感器、7.工质管路、8.数据处理设备、9.采暖末端、10.用户室内、11.模数转换与采集设备、12.远程传输装置、13.远程监控平台、14.存储设备、15.管温传感器。

具体实施方式

以下将对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例1

如图1所示，本发明所述空气源热泵融霜启停管理系统包括空气源热泵主体1、蒸发器3和采暖末端9，空气源热泵主体1通过工质管路2和7与蒸发器3、采暖末端9相连，采暖末端可以是设于用户室内10的风机盘管或散热片。蒸发器进风温度传感器5、出风温度传感器6以及管温传感器15分别通过模数转换与采集设备11与数据处理设备8连接，数据处理设备8与热泵主体1相连。

模数转换与采集设备11用于采集蒸发器进出风温度、蒸发器进口管温，并将数据进行模数转换，传送至数据处理设备8，数据处理设备8内设有融霜启动条件和融霜预设阈值，融霜预设阈值包括进风温度阈值和温差阈值，融霜启动条件包括：蒸发器的进风温度小于进风温度阈值，且进出风温差大于温差阈值，当蒸发器的进风温度、进出风温差、进口管温满足所述融霜启动条件时，数据处理设备8控制热泵主体1启动融霜。

由于蒸发器与空气接触，若其表面结霜，将导致传热系显著下降，引起蒸发温度降低，换热量减少，各因素综合作用下最终蒸发器进出口风温温差减少。因而，反过来，本发明获取蒸发器表面的进出风温差，可准确反映结霜状态，当进出风温差符合一定融霜启动条件时，开始融霜，即可提高融霜性能，从而提升空气源热泵的制热品质。

数据处理设备8通过远程传输装置12与远程监控平台13相连，远程监控平台13连接有存储设备14，存储设备14将融霜数据和预设阈值进行存储，远程监控平台13除了可进行传统意义上的人工监控操作之外，还可根据存储数据对预设阈值进行计算优化，以使得融霜时机更佳。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种空气源热泵融霜启停管理方法，包括如下步骤：

S1，设定热泵融霜预设阈值和融霜启动条件，其中，融霜预设阈值包括蒸发器进风温度阈值、蒸发器出风温度阈值和蒸发器进出风温差阈值；融霜启动条件为：蒸发器的进风温度小于进风温度阈值T_a，且进出风温差大于温差阈值T_b；

S2，获取热泵初始化运行状态，若运行状态为制冷，则结束；若运行状态为制热，则进入下一步；

S3，获取蒸发器的进风温度T₁和出风温度T₂；

S4，判断蒸发器进风温度、蒸发器进出风温差是否满足融霜启动条件，若是，则启动融霜，并将运行模式标记为除霜，若否，则结束。

如图3所示，为保证融霜启停的精准性，融霜预设阈值的取值非常关键，本实施例中，蒸发器进风温度阈值T_a的确定方法如下：

A1)将热泵系统置于相对湿度为85％-95％的人工环境中，

B1)启动热泵系统；

C1)缓慢降低人工环境温度；

D1)记录蒸发器刚开始结霜时的空气温度，即进风温度T₇；

F1)蒸发器进风温度阈值则T_a＝T₇+ΔT，其中ΔT为人为设定的调整值。

如图4所示，蒸发器进出风温差阈值T_b的确定方法如下：

A2)蒸发器置于一定湿度的环境下；

B2)启动热泵，逐步降低环境温度，蒸发器开始结霜；

C2)待霜层足够厚需要除霜时，记录此时蒸发器进风温度T₄、出风温度T₅；

D2)计算此时进出风温差ΔT_x＝T₄-T₅，

E2)启动除霜，完全融化后，改变环境湿度，回到B2)进行下一轮实验；

F2)根据试验所得的数据，即所有的ΔT_x,i，将其进行某种操作如算术平均或取中位数等，得到设定值T_b＝f(ΔTx,1…ΔTx,i…)，或考虑到进风温度T₄的影响，将ΔT_x,i与T_4,i处理得到设定值T_b＝f(ΔT_x,1…ΔT_x,i…，T_4,1…T_4,i)。

采用上述确定方法，即可得到较为精准的融霜预设阈值，以保证融霜时机判断的精准性。优选地，还可通过远程监控平台实时监测融霜状态，若融霜效果不理想，可调取存储数据，优化预设阈值，进一步提高启停管理的精准性。

实施例3

如图5所示，考虑到蒸发器设于室外，容易受到风力的影响，若风力较大，仅采取进出口风温数据，将会导致误除霜等操作，因此，本实施例所述空气源热泵融霜启停管理方法与实施例2不同之处在于，所述融霜预设阈值还包括蒸发器进口管温阈值T_c，融霜启动条件还包括蒸发器进口管温T₃＜进口管温阈值；步骤S3中还获取蒸发器进口管温，步骤S4中还判断蒸发器进口管温是否满足融霜启动条件。

蒸发器进口管温反映的是制冷剂温度，受风力影响较小，将其与进出风温差同时作为判断依据，可较好地克服风力的影响。如图6所示，本实施例中，蒸发器进口管温阈值Tc的确定方法如下：

A3)将热泵系统置于相对湿度为85％-95％的人工环境中，

B3)启动热泵系统；

C3)缓慢降低人工环境温度；

D3)记录蒸发器刚开始结霜时的进口管壁温度T6；

E3)蒸发器进口管温阈值Tc＝T6+ΔT，其中ΔT为人为设定的调整值。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.空气源热泵融霜启停管理系统，包括空气源热泵主体、蒸发器和采暖末端，其特征在于，还包括数据处理设备，数据处理设备与空气源热泵主体电性连接，空气源热泵主体通过工质管路与蒸发器、采暖末端相连；蒸发器的进风口设有蒸发器进风温度传感器，蒸发器出风口设有蒸发器出风温度传感器，蒸发器的工质管路进口设有管温传感器；数据处理设备内设有融霜启动条件和融霜预设阈值，融霜预设阈值包括蒸发器进风温度阈值、蒸发器进口管温阈值和蒸发器进出风温差阈值，融霜启动条件包括：蒸发器的进风温度小于蒸发器进风温度阈值、蒸发器进口管温小于蒸发器进口管温阈值，且蒸发器进出风温差大于蒸发器进出风温差阈值，当蒸发器进风温度、蒸发器进出风温差和蒸发器进口管温满足所述融霜启动条件时，数据处理设备控制热泵主体启动融霜；

还包括模数转换与采集设备，用于采集蒸发器进出风温度、蒸发器进口管温，并经模数转换发送至数据处理设备；

还包括远程监控平台和存储设备，远程监控平台与数据处理设备通过远程传输装置连通，存储设备将融霜数据和融霜预设阈值进行存储，远程监控平台根据存储数据对融霜预设阈值进行优化。

2.空气源热泵融霜启停管理方法，其特征在于，包括：

S1，设定热泵融霜预设阈值和融霜启动条件，其中，融霜预设阈值包括蒸发器进风温度阈值、蒸发器出风温度阈值和蒸发器进出风温差阈值；融霜启动条件为：蒸发器进风温度小于蒸发器进风温度阈值，且蒸发器进出风温差大于蒸发器进出风温差阈值；

S2，获取热泵初始化运行状态，若热泵运行状态为制冷，则结束；若热泵运行状态为制热，则进入下一步；

S3，获取蒸发器进风温度和蒸发器出风温度；

S4，判断蒸发器进风温度、蒸发器进出风温差是否满足融霜启动条件，若是，则启动融霜，并将热泵运行模式标记为除霜，若否，则结束；

还包括：S5，远程监测蒸发器融霜状态，根据融霜状态优化步骤S1中的融霜预设阈值，

步骤S1中，所述融霜预设阈值还包括蒸发器进口管温阈值，融霜启动条件还包括蒸发器进口管温＜蒸发器进口管温阈值；

步骤S3中还获取蒸发器进口管温，步骤S4中还判断蒸发器进口管温是否满足融霜启动条件。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：蒸发器进风温度阈值的确定方法如下：

A1)将热泵系统置于相对湿度为85％-95％的人工环境中，

B1)启动热泵系统；

C1)缓慢降低人工环境温度；

D1)记录蒸发器刚开始结霜时的空气温度，即蒸发器进风温度T₇；

F1)蒸发器进风温度阈值则T_a＝T₇+ΔT，其中ΔT为调整值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：蒸发器进口管温阈值的确定方法如下：

A3)将热泵系统置于相对湿度为85％-95％的人工环境中，

B3)启动热泵系统；

C3)缓慢降低人工环境温度；

D3)记录蒸发器刚开始结霜时的蒸发器进口管壁温度T₆；

E3)蒸发器进口管温阈值T_c＝T₆+ΔT，其中ΔT为调整值。

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