CN114440452B - 一种空气能热水器结霜判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气能热水器结霜判定方法，本发明在预判热水器可能存在结霜的情况下，实时获取压缩机的运行功率和冷媒气体压力，将其代入结霜程度、压缩机功率和冷媒气体压力之间的数学关系中，准确判定空气能热水器室外盘型铜管是否结霜以及结霜程度，为除霜控制提供准确数据。本发明可以精准判断机组结霜故障及程度，避免单个条件，简单判断方法导致的误判及失效，为空气能热水器除霜运行工况提供可靠参数。本发明具有可靠性高、实用性好、智能化程度高等优势。

Description

一种空气能热水器结霜判定方法

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，特别涉及一种空气能热水器结霜判定方法。

背景技术

空气能热水器因其具有高效、节能、环保的优势，广泛应用于家庭、企事业单位及小区楼栋的热水供应及冬季室内取暖。然而，在冬季使用过程中，由于室外温度较低，蒸发器换热装置铜管经常会结霜。一方面，结霜导致蒸发器换热效能急剧下降；另一方面，压缩机在温控调节器的控制下长时间处于满载甚至过载运行，效率、寿命及可靠性大大降低。目前，家用空气源热泵热水系统结霜判定主要是通过采集相对湿度变化和水温发生变化数据进行简单比较判定，导致结霜判定准确度偏低，甚至发生误判。因而，如何在低温、相对湿度高的环境下准确、可靠的判定结霜程度，为空气能热水器除霜操作提供准确数据，成为空气源热泵热水器行业共同的难题，也是关注的重点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种空气能热水器结霜判定方法。本发明可以精准判断机组结霜故障及程度，避免单个条件，简单判断方法导致的误判及失效，为空气能热水器除霜运行工况提供可靠参数。

本发明的技术方案：一种空气能热水器结霜判定方法，在空气能热水器处于结霜运行边界范围内时，在一个采样周期内对压缩机的功率和冷媒高压气体压力进行采样，将采样得到的数据代入结霜程度函数关系式中对结霜程度进行求解，获得结霜程度数组，取结霜程度数组中的最大值判断是否小于第一结霜程度设定阈值，且同时判断当天环境温度是否大于第一温度设定阈值，若均成立，则计算结霜程度数组的平均值和标准方差，判断标准方差与平均值的比值是否小于阈值，若小于，再判断平均值是否小于第二结霜程度设定阈值，且判断当天环境温度是否大于第二温度设定阈值，若成立则空气能热水器不结霜，若不成立，则空气能热水器结霜程度为结霜程度数组的平均值。

上述的空气能热水器结霜判定方法，在空气能热水器处于结霜运行边界范围内时，在采样周期T_s内对压缩机的功率P_comp和冷媒高压气体压力P_press采样n个数据，分别记为：{P_comp(1),P_comp(2),…,P_comp(n)}和{P_press(1),P_press(2),…,P_press(n)}；

将{P_comp(1),P_comp(2),…,P_comp(n)}和{P_press(1),P_press(2),…,P_press(n)}代入结霜程度函数关系式P_press＝h(P_comp,α)中对结霜程度α进行求解，并令α解的个数为m，获得结霜程度数组{α₁,α₂,…,α_m}，0≤m≤n；

获取结霜程度数组{α₁,α₂,…,α_m}的最大值α_max＝max{α₁,α₂,…,α_m}，判断条件判断是否小于第一结霜程度设定阈值，且同时判断当天环境温度是否大于第一温度设定阈值若均成立，则计算结霜程度数组的平均值和标准方差/>

判断标准方差与平均值的比值是否小于阈值θ，若小于，再判断平均值是否小于第二结霜程度设定阈值，且判断当天环境温度是否大于第二温度设定阈值，若成立则空气能热水器不结霜，若不成立，则空气能热水器结霜程度为结霜程度数组的平均值。

前述的空气能热水器结霜判定方法，所述阈值θ为0.1。

与现有技术相比，本发明在空气能热水器处于结霜运行边界范围内时，在一个采样周期内对压缩机的功率和冷媒高压气体压力进行采样，将采样得到的数据代入结霜程度函数关系式中对结霜程度进行求解，获得结霜程度数组，取结霜程度数组中的最大值判断是否小于第一结霜程度设定阈值，且同时判断当天环境温度是否大于第一温度设定阈值，若均成立，则计算结霜程度数组的平均值和标准方差，判断标准方差与平均值的比值是否小于阈值，若小于，再判断平均值是否小于第二结霜程度设定阈值，且判断当天环境温度是否大于第二温度设定阈值，若成立则空气能热水器不结霜，若不成立，则空气能热水器结霜程度为结霜程度数组的平均值。本发明在预判热水器可能存在结霜的情况下，实时获取压缩机的运行功率和冷媒气体压力，将其代入结霜程度、压缩机功率和冷媒气体压力之间的数学关系中，准确判定空气能热水器室外盘型铜管是否结霜以及结霜程度，为除霜控制提供准确数据。本发明可以精准判断机组结霜故障及程度，避免单个条件，简单判断方法导致的误判及失效，为空气能热水器除霜运行工况提供可靠参数。

本发明具有可靠性高、实用性好、智能化程度高等优势。

附图说明

图1是空气能热水器蒸发器部分结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1：一种空气能热水器结霜判定方法，在空气能热水器处于结霜运行边界范围内时，在一个采样周期内对压缩机的功率和冷媒高压气体压力进行采样，将采样得到的数据代入结霜程度函数关系式中对结霜程度进行求解，获得结霜程度数组，取结霜程度数组中的最大值判断是否小于第一结霜程度设定阈值，且同时判断当天环境温度是否大于第一温度设定阈值，若均成立，则计算结霜程度数组的平均值和标准方差，判断标准方差与平均值的比值是否小于阈值，若小于，再判断平均值是否小于第二结霜程度设定阈值，且判断当天环境温度是否大于第二温度设定阈值，若成立则空气能热水器不结霜，若不成立，则空气能热水器结霜程度为结霜程度数组的平均值。

实施例2：一种空气能热水器结霜判定方法，包括空气能热水器，其中空气能热水器蒸发器部分结构图如图1所示，冷媒循环回路包括：蒸发器、四通阀、气液分离器、压缩机、换热器、储液罐、膨胀阀、过滤器。冷媒循环部分实现能量交换。在制热工作模式时，其冷媒的循环顺序为箭头实线流向；在除霜工作模式时，其冷媒的循环顺序为箭头虚线流向。制热/除霜模式下冷媒流向的切换是通过控制四通阀实现。在制热工作模式，冷媒在蒸发器处吸收空气中的热能，成为低温低压气体。经压缩机压缩后，为高温高压气体，并流经热交换器，进行热交换。释放热能后，经过储液罐、膨胀阀和过滤器后再次回到蒸发器进行下一次热交换。在除霜工作模式，冷媒在热交换器处吸收热能，成为低温低压气体。经压缩机压缩后，为高温高压气体，并流经蒸发器，对铜管加热除霜。释放热能后，经过过滤器、膨胀阀和储液罐后再次回到热交换器进行下一次除霜热交换。

相关变量和参数定义如下：：T_s为采样周期，i为采样数序号，P_comp(i)为压缩机运行功率，P_press(i)为冷媒高压气体压力，{P_comp(1),P_comp(2),…,P_comp(n)}和{P_press(1),P_press(2),…,P_press(n)}分别为压缩机功率P_comp和冷媒高压气体压力P_press的采样数据序列，P_press＝h(P_comp,α)为冷媒气体压力P_press与结霜程度α、压缩机功率P_comp之间的数学关系，{α(1),α(2),…,α(n)}为{P_comp(1),P_comp(2),…,P_comp(n)}和{P_press(1),P_press(2),…,P_press(n)}条件下解得的结霜程度数组，α_max为结霜程度数组{α(1),α(2),…,α(n)}的最大值元素，和分别为第一组结霜程度设定阈值和温度设定阈值，/>和/>分别为第二组结霜程度设定阈值和温度设定阈值，/>和σ分别为{α(1),α(2),…,α(n)}平均值和标准方差，θ为设定阈值。相关参数计算公式如下：

具体步骤如下：

(1)依据获取的当天环境温度T_amb和环境相对湿度H_amb，结合大数据经验知识，判断空气能热水器当前是否处于结霜运行边界范围；如果是，则进入结霜程度判定算法，即进入步骤(2)；否则，退出；

(2)以此时刻开始每隔ΔT时间执行一次结霜预测算法，并定义每次预测算法执行时均需对每个参数采样n个数据，采样周期为T_s；

(3)在采样周期T_s内对压缩机的功率P_comp和冷媒高压气体压力P_press采样n个数据，分别记为：{P_comp(1),P_comp(2),…,P_comp(n)}和{P_press(1),P_press(2),…,P_press(n)}；

(4)将{P_comp(1),P_comp(2),…,P_comp(n)}和{P_press(1),P_press(2),…,P_press(n)}代入公式P_press＝h(P_comp,α)进行求解，并令α解的个数为m，其解序列为{α₁,α₂,…,α_m}，0≤m≤n，其中P_press＝h(P_comp,α)物理含义为结霜程度α、压缩机运行功率P_comp与冷媒高压气体压力P_press之间的函数关系。该函数关系可以依据理论仿真、实验测试及数据拟合得到。

再判断m≥k是否成立？如果是，则进入步骤(5)；否则，返回步骤(2)。k为人为设定正整数，满足：1≤k≤n；

(5)获取{α₁,α₂,…,α_m}的最大值α_max＝max{α₁,α₂,…,α_m}，判断条件和是否成立？如果是，说明空气能热水器不结霜，返回步骤(2)；否则，进入步骤(6)。其中：/>和/>分别为第一结霜程度设定阈值和第一温度设定阈值；

(6)计算{α₁,α₂,…,α_m}的平均值进入步骤(7)；

(7)计算{α₁,α₂,…,α_m}的标准方差进入步骤(8)；

(8)判断是否成立？如果是，进入步骤(9)；否则，返回步骤(2)。其中：θ为设定阈值，本实施例中取值0.1；

(9)判断条件和/>是否成立？如果是，说明空气能热水器不结霜，返回步骤(2)；否则，进入步骤(10)；其中：/>和/>分别为第二结霜程度设定阈值和第二温度设定阈值；

(10)确定空气能热水器结霜程度

综上所述，本发明在预判热水器可能存在结霜的情况下，实时获取压缩机的运行功率和冷媒气体压力，将其代入结霜程度、压缩机功率和冷媒气体压力之间的数学关系中，准确判定空气能热水器室外盘型铜管是否结霜以及结霜程度，为除霜控制提供准确数据。本发明可以精准判断机组结霜故障及程度，避免单个条件，简单判断方法导致的误判及失效，为空气能热水器除霜运行工况提供可靠参数。本发明具有可靠性高、实用性好、智能化程度高等优势。

Claims (2)

1.一种空气能热水器结霜判定方法，其特征在于：在空气能热水器处于结霜运行边界范围内时，在一个采样周期内对压缩机的功率和冷媒高压气体压力进行采样，将采样得到的数据代入结霜程度函数关系式中对结霜程度进行求解，获得结霜程度数组，取结霜程度数组中的最大值判断是否小于第一结霜程度设定阈值，且同时判断当天环境温度是否大于第一温度设定阈值，若均成立，则计算结霜程度数组的平均值和标准方差，判断标准方差与平均值的比值是否小于阈值，若小于，再判断平均值是否小于第二结霜程度设定阈值，且判断当天环境温度是否大于第二温度设定阈值，若成立则空气能热水器不结霜，若不成立，则空气能热水器结霜程度为结霜程度数组的平均值；

在空气能热水器处于结霜运行边界范围内时，在采样周期T_s内对压缩机的功率P_comp和冷媒高压气体压力P_press采样n个数据，分别记为：{P_comp(1),P_comp(2),…,P_comp(n)}和{P_press(1),P_press(2),…,P_press(n)}；

将{P_comp(1),P_comp(2),…,P_comp(n)}和{P_press(1),P_press(2),…,P_press(n)}代入结霜程度函数关系式P_press＝h(P_comp,α)中对结霜程度α进行求解，并令α解的个数为m，获得结霜程度数组{α₁,α₂,…,α_m}，0≤m≤n；

获取结霜程度数组{α₁,α₂,…,α_m}的最大值α_max＝max{α₁,α₂,…,α_m}，判断条件判断是否小于第一结霜程度设定阈值，且同时判断当天环境温度是否大于第一温度设定阈值若均成立，则计算结霜程度数组的平均值和标准方差/>

判断标准方差与平均值的比值是否小于阈值θ，若小于，再判断平均值是否小于第二结霜程度设定阈值，且判断当天环境温度是否大于第二温度设定阈值，若成立则空气能热水器不结霜，若不成立，则空气能热水器结霜程度为结霜程度数组的平均值。

2.根据权利要求1所述的空气能热水器结霜判定方法，其特征在于：所述阈值θ为0.1。