CN112460868B - 空气源热泵多模式精确除霜启停管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空气源热泵多模式精确除霜启停管理方法及系统，方法包括S1，设定热泵除霜运行参数阈值和除霜启动条件；S2，获取热泵初始化运行状态、初次除霜标记和运行时间；S3，获取蒸发器进风温度和蒸发器出风温度；S4，判断初次除霜标记为是或否，若是，判断热泵的运行时间、蒸发器进风温度、出风温度、蒸发器进出风温差是否满足标准除霜启动条件，若是，则启动除霜；若否，判断热泵的运行时间、蒸发器进风温度是否满足初次除霜启动条件，若是，则启动除霜。该方法基于蒸发器进出风温差或再辅以制冷剂管温、运行时间、初次除霜标记等共同判断融霜时机，可精准除霜，有效防止误判，安装采集简单、价格低廉，具有很好的实用性。
Description
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多模式精确除霜启停管理方法。
背景技术
空气源热泵是一种清洁节能技术，可用于生产/生活热水、建筑采暖、农业烘干等广泛领域。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。
空气源热泵制取的热量是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多模式精确除霜启停管理方法，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：
空气源热泵多模式精确除霜启停管理方法，包括：
S1，设定热泵除霜运行参数阈值和除霜启动条件，其中，除霜运行参数阈值包括运行时间第一阈值、运行时间第二阈值、运行时间第三阈值、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；除霜启动条件包括初次除霜启动条件和标准除霜启动条件，初次除霜启动条件为：运行时间＞第一阈值，且蒸发器进风温度＜进风温度阈值；标准除霜启动条件为：运行时间＞第三阈值，或者，第二阈值＜运行时间＜第三阈值，且蒸发器出风温度＜出风温度阈值、蒸发器进出风温差＞温差阈值；
S2，获取热泵初始化运行状态、初次除霜标记和运行时间；
S3，获取蒸发器进风温度和蒸发器出风温度；
S4，判断初次除霜标记为是或否，若是，判断热泵的运行时间、蒸发器进风温度、出风温度、蒸发器进出风温差是否满足标准除霜启动条件，若是，则启动除霜；若否，判断热泵的运行时间、蒸发器进风温度是否满足初次除霜启动条件，若是，则启动除霜。
作为本发明的优选方案之一，步骤S1中，所述除霜运行参数阈值还包括蒸发器进口管温第一阈值和蒸发器进口管温第二阈值，初次除霜启动条件还包括蒸发器进口管温＜蒸发器进口管温第一阈值；第二阈值+附加值＜运行时间＜第三阈值时，标准除霜启动条件还包括蒸发器进口管温＜蒸发器进口管温第二阈值；
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初次除霜启动条件或标准除霜启动条件。
作为本发明的优选方案之一，步骤S3还获取蒸发器的进风湿度，所述蒸发器进出风温差阈值是基于进风湿度的函数。
作为本发明的优选方案之一，步骤S4之前，还判断运行状态，若运行状态为制热，则进入步骤S4；若运行状态为除霜，则判断热泵的运行时间是否大于第四阈值，若是，则停止除霜；若运行状态为制冷，则切换运行状态至制热，初始化运行时间和初次除霜标记，转入步骤S4。
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T3；
F1)蒸发器进风温度阈值则Ta＝T3+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，和进风湿度R，
D2)计算此时进出风温差ΔT1＝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)根据实验得到的数据，建立ΔT1与R和T4间的关系，得到进出风温差阈值。
作为本发明的优选方案之一，蒸发器进口管温第一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)蒸发器进口管温第一阈值Td＝T6+ΔT，其中ΔT为调整值。
本发明还提供一种空气源热泵多模式精确除霜启停管理系统，包括蒸发器进风温度传感器、蒸发器出风温度传感器、蒸发器进口管温传感器、蒸发器进风湿度传感器和数据处理设备，所述数据处理设备采用所述的方法对空气源热泵进行除霜控制。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
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，由于霜层厚度将影响传热效果继而改变进出风温差而管温足够低是结霜的必要条件，因此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，因此可精准除霜，且温度传感器相比于湿度等其他方法，安装采集简单、价格低廉，具有很好的实用性。
提出初次除霜的办法，能很好地稳定运行状态，有效防止误判。
对运行时间，进风温度，进出风温差进行先分层判断，再综合判断，大大提升了判断的准确率，且基于试验调节来获取融霜预设阈值，进一步提高了融霜精度。
附图说明
图1是实施例1所述除霜启停管理系统示意图；
图2是实施例1所述除霜启停管理方法基本流程示意图；
图3是实施例1所述制冷子程序流程示意图；
图4是实施例1所述除霜启停管理方法流程图；
图5是实施例1所述方法中，进风温度阈值Ta获取流程图；
图6是实施例1所述方法中，进出风温差阈值Tc获取流程图；
图7是实施例2所述除霜启停管理系统示意图；
图8是实施例2所述除霜启停管理方法流程图。
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.管温传感器，10.湿度传感器。
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，所述空气源热泵除霜启停管理方法应用于空气源热泵系统中，包括空气源热泵主体1、蒸发器3和采暖末端，空气源热泵主体1通过工质管路2和7与蒸发器3相连，采暖末端可以是设风机盘管或散热片。蒸发器的进风侧设有进风温度传感器5、出风侧设有出风温度传感器，进风温度传感器5和出风温度传感器5均与数据处理设备8连接，数据处理设备8与热泵主体1相连。
除霜启停管理开始前，需先在数据处理设备8中设定热泵除霜运行参数阈值和除霜启动条件，即为步骤S1。其中，除霜运行参数阈值包括运行时间第一阈值
运行时间第二阈值
运行时间第三阈值
蒸发器进风温度阈值Ta、蒸发器出风温度阈值Tb和蒸发器进出风温差阈值Tc；除霜启动条件包括初次除霜启动条件和标准除霜启动条件，初次除霜启动条件为：运行时间
且蒸发器进风温度T1＜Ta；标准除霜启动条件为：
或者，
且蒸发器出风温度T2＜Tb、蒸发器进出风温差(T1-T2)＞Tc。
如图2所示，除霜启停管理方法的基础方案包括以下步骤：
第一步，启动热泵系统，将运行状态、初次融霜标记、运行时间、进出风温差等参数初始化。
第二步，每间隔一段时间(如1秒)，读取进风温度T1，出风温度T2，运行时间和用户所设置的运行模式；并执行融霜以外的其他命令。
第三步，判断用户设置的运行模式，若为制冷，则调用设置模式为制冷时的程序；若为制热，则调用设置模式为制热时的程序。
第四步，读取用户启停命令，如为停止，则进入关机程序；如不停止，则回到第二步，进行下一轮操作。
第三步中，制冷子程序如图3所示，包括以下步骤：
a)从主程序输入进风温度T1，出风温度T2，运行时间，运行状态，初次融霜标记。
b)如当前运行状态为制冷，则判断当前参数是否正常，继续运行，并返回主程序。
c)如当前运行状态为融霜或制热，则运行状态由融霜或制热切换为制冷，并将运行状态标记为制冷，初始化运行时间，并返回主程序。
第三步中，制热子程序即为重点关注模式，该模式下，除霜启停管理方法如图4所示，主要包括以下步骤：
S2，获取热泵初始化运行状态、初次除霜标记和运行时间；
S3，获取蒸发器进风温度和蒸发器出风温度；
判断运行状态，若运行状态为制热，则进入步骤S4；若运行状态为除霜，则判断热泵的运行时间ty是否大于第四阈值
若是，则停止除霜；若运行状态为制冷，则切换运行状态至制热，初始化运行时间和初次除霜标记，转入步骤S4；
S4，判断初次除霜标记为是或否，若是，判断热泵的运行时间、蒸发器进风温度、出风温度、蒸发器进出风温差是否满足标准除霜启动条件，若是，则启动除霜；若否，判断热泵的运行时间、蒸发器进风温度是否满足初次除霜启动条件，若是，则启动除霜。
步骤S4具体为：
初次除霜标记为否时，若运行时间
且蒸发器进风温度T1＜Ta，则开始除霜，将运行状态标记为除霜，并标记为已初次除霜，同时初始化运行时间，返回主程序；若否，则结束本程序，返回主程序。
初次除霜标记为是时，若
直接进入除霜模式，并将运行状态标记为已除霜，同时初始化运行时间，返回主程序。若
且蒸发器出风温度T2＜Tb、蒸发器进出风温差(T1-T2)＞Tc，则启动除霜，并将运行状态标记为除霜，同时初始化运行时间，返回主程序。第二时间阈值
相较于正常运行时间来说一般是个较短的时间，如10分钟，目的是为了确保此时系统稳定正常运行且不结霜。考虑到运行时间的误差性，对运行时间第二阈值
设置附加值，当运行时间在第二阈值与其附加值之间时，返回主程序。优选地，出风温度阈值Tb取5℃左右。
如图5所示，本实施例中，蒸发器进风温度阈值Ta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T3；
F1)蒸发器进风温度阈值则Ta＝T3+ΔT，其中ΔT为调整值。
为进一步提高判断的精准性，本实施例还在蒸发器的进风方向设置湿度传感器10，步骤S3中还获取蒸发器的进风湿度，蒸发器进出风温差阈值设置为基于进风湿度R的函数，将温度和湿度共同作为参考值，提高参考值的精确性。
如图6所示，蒸发器进出风温差阈值Tc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，和进风湿度R，
D2)计算此时进出风温差ΔT1＝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)根据实验得到的数据，建立ΔT1与R和T4间的关系，得到进出风温差阈值Tc＝f(R，T4)。
实施例2
本实施例所述空气源热泵多模式精确除霜启停管理方法，与实施例1不同之处在于，蒸发器工质管路进口处还设有管温传感器9，如图7所示，辅助蒸发器进出风温度共同判断除霜启停时机，避免因瞬时风力导致风温传感器测量不准，从而造成除霜误判的问题。
步骤S1中，所述除霜运行参数阈值还包括蒸发器进口管温第一阈值Td和蒸发器进口管温第二阈值Te，初次除霜启动条件还包括蒸发器进口管温T7＜蒸发器进口管温第一阈值；第二阈值＜运行时间＜第三阈值时，标准除霜启动条件还包括蒸发器进口管温＜蒸发器进口管温第二阈值；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初次除霜启动条件或标准除霜启动条件。优选地，第一阈值可以定为1℃左右，而第二阈值可以定位-1℃左右。
蒸发器进口管温第一阈值的确定方法与进风温度阈值的确定方法类似，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)蒸发器进口管温第一阈值Td＝T6+ΔT，其中ΔT为调整值。
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 (7)
1.空气源热泵多模式精确除霜启停管理方法，其特征在于，包括：
S1，设定热泵除霜运行参数阈值和除霜启动条件，其中，除霜运行参数阈值包括热泵运行时间第一阈值、热泵运行时间第二阈值、热泵运行时间第三阈值、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；除霜启动条件包括初次除霜启动条件和标准除霜启动条件，初次除霜启动条件为：热泵运行时间＞第一阈值，且蒸发器进风温度＜蒸发器进风温度阈值；标准除霜启动条件为：热泵运行时间＞第三阈值；或者，第二阈值+附加值＜热泵运行时间＜第三阈值、且蒸发器出风温度＜蒸发器出风温度阈值、蒸发器进出风温差＞蒸发器进出风温差阈值；
S2，具体为：S21，启动热泵系统，将热泵运行状态、初次除霜标记、热泵运行时间和蒸发器进出风温差初始化；S22，读取蒸发器进风温度T1，蒸发器出风温度T2，热泵运行时间和用户所设置的运行模式；并执行除霜以外的其他命令；S23，判断用户设置的运行模式，若为制冷，则调用设置模式为制冷时的程序；若为制热，则调用设置模式为制热时的程序；
S3，在调用设置模式为制热时的程序时，获取热泵初始化运行状态、初次除霜标记和热泵运行时间；获取蒸发器进风温度和蒸发器出风温度；
S4，判断初次除霜标记为是或否，若是，判断热泵的运行时间、蒸发器进风温度、蒸发器出风温度、蒸发器进出风温差是否满足标准除霜启动条件，若是，则启动除霜，并将热泵运行状态标记为除霜，同时初始化热泵运行时间，返回主程序；若否，判断热泵的运行时间、蒸发器进风温度是否满足初次除霜启动条件，若是，则启动除霜，将热泵运行状态标记为除霜，并标记为已初次除霜，同时初始化热泵运行时间，返回主程序；
S5，读取用户启停命令，如为停止，则进入关机程序，如不停止，则回到步骤S22中，进行下一轮操作；
步骤S4之前，还判断热泵运行状态，若热泵运行状态为制热，则进入步骤S4；若热泵运行状态为除霜，则判断热泵的运行时间是否大于第四阈值，若是，则停止除霜；若热泵运行状态为制冷，则切换热泵运行状态至制热，初始化热泵运行时间和初次除霜标记，转入步骤S4。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中，所述除霜运行参数阈值还包括蒸发器进口管温第一阈值和蒸发器进口管温第二阈值，初次除霜启动条件还包括蒸发器进口管温＜蒸发器进口管温第一阈值；第二阈值＜热泵运行时间＜第三阈值时，标准除霜启动条件还包括蒸发器进口管温＜蒸发器进口管温第二阈值；
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初次除霜启动条件或标准除霜启动条件。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤S3还获取蒸发器进风湿度，所述蒸发器进出风温差阈值是基于蒸发器进风湿度的函数。
4.根据权利要求 3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T3；
F1)蒸发器进风温度阈值则Ta＝T3+ΔT，其中ΔT为调整值。
5.根据权利要求 3所述的方法，其特征在于：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、蒸发器出风温度T5，和蒸发器进风湿度R，
D2)计算此时蒸发器进出风温差ΔT1＝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)根据实验得到的数据，建立ΔT1与R和T4间的关系，得到蒸发器进出风温差阈值。
6.根据权利要求 3所述的方法，其特征在于：蒸发器进口管温第一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)蒸发器进口管温第一阈值Td＝T6+ΔT，其中ΔT为调整值。
7.空气源热泵多模式精确除霜启停管理系统，其特征在于：包括蒸发器进风温度传感器、蒸发器出风温度传感器、蒸发器进口管温传感器、蒸发器进风湿度传感器和数据处理设备，所述数据处理设备采用权利要求1-6中任一项所述的方法对空气源热泵进行除霜控制。
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