CN115218346B - 蓄热化霜控制方法以及空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了蓄热化霜控制方法以及空调机组，蓄热化霜控制方法包括以下步骤：在空调机组处于普通制热模式下，获取空调机组所在地理位置的未来气象参数和空调机组的历史用户数据；根据未来气象参数和历史用户数据预测空调机组未来是否会结霜；若是，则根据空调机组的运行参数判断是否切换化霜模式或者制热蓄热模式；若否，则维持普通制热模式。本发明通过未来气象参数和历史用户数据相结合，预测空调机组未来是否会结霜，实现按需蓄热、避免能源浪费。

Description

蓄热化霜控制方法以及空调机组

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及蓄热化霜控制方法以及空调机组。

背景技术

空调机组运行制热模式时，室外换热器作为蒸发器使用，而蒸发器的表面温度较低，在冬季等低温环境下，室外换热器表面容易结霜，霜层阻挡室外换热器与空气之间的正常换热，导致空调机组的制热效果差，需要及时对室外换热器进行化霜。现有技术中已出现了具有蓄热模块的空调系统，在室外换热器需要化霜时，空调系统维持制热模式，由蓄热模块释放其储存的热量对室外换热器化霜流出的冷媒进行加热蒸发，以减小室内温度的波动。

例如，空调系统、蓄热控制方法及化霜控制方法，空调系统制热模式运行时，判断是否每个室内换热器所处的环境温度均达到其对应的用户设定温度，若是则满足蓄热开启条件，将蓄热控制阀开大至预设最大蓄热开度。这种蓄热控制方法仅根据室内环境温度来进行控制，在室外换热器没有化霜需求的情况下，压缩机必须持续工作以供应蓄热模块进行蓄热，导致空调机组能耗增加，而且蓄热模块在闲置状态下，其储存的热量会不断散失，造成能量浪费。

因此，如何设计能够有效避免能源浪费的蓄热化霜控制方法以及空调机组是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有蓄热控制方法存在能耗高、热量浪费的缺陷，本发明提出蓄热化霜控制方法以及空调机组，该蓄热化霜控制方法通过未来气象参数和历史用户数据相结合，预测空调机组未来是否会结霜，实现按需蓄热、避免能源浪费。

本发明采用的技术方案是，设计蓄热化霜控制方法，包括以下步骤：

在空调机组处于普通制热模式下，获取空调机组所在地理位置的未来气象参数和空调机组的历史用户数据；

根据未来气象参数和历史用户数据预测空调机组未来是否会结霜；

若是，则根据空调机组的运行参数判断是否切换化霜模式或者制热蓄热模式；

若否，则维持普通制热模式。

优选的，根据空调机组的运行参数判断是否切换化霜模式或者制热蓄热模式包括：

获取空调机组的运行参数；

比较运行参数与设定化霜范围以及设定蓄热范围；

若空调机组的运行参数处于设定化霜范围内，则控制空调机组切换为化霜模式；

若空调机组的运行参数处于设定蓄热范围内，则控制空调机组切换为制热蓄热模式；

若空调机组的运行参数超出设定化霜范围以及设定蓄热范围，则控制空调机组维持普通制热模式；

其中，设定化霜范围和设定蓄热范围无重叠。

优选的，空调机组的运行参数为空调机组的吸气侧参数，设定化霜范围为低于设定化霜值，设定蓄热范围为高于设定蓄热值，设定化霜值与设定蓄热值之间的区间为设定化霜范围。

在一些实施例中，运行参数为吸气压力P_s或室外换热器管温。

在一些实施例中，根据未来气象参数和历史用户数据预测空调机组未来是否会结霜包括：

获取未来气象参数中的室外温度值和室外湿度值，并根据未来气象参数和历史用户数据计算未来负荷率l；

判断室外温度值、室外湿度值以及未来负荷率是否都在各自对应的设定结霜范围内；

若是，则判定空调机组未来会结霜；

若否，则判定空调机组未来不会结霜。

在另一些实施例中，根据未来气象参数和历史用户数据预测所述空调机组未来是否会结霜包括：

获取所述未来气象参数中的室外温度值和室外湿度值，并根据所述未来气象参数和所述历史用户数据计算未来负荷率l；

判断所述室外温度值、所述室外湿度值以及所述未来负荷率是否有至少一个在各自对应的设定结霜范围内；

若是，则判定所述空调机组未来会结霜；

若否，则判定所述空调机组未来不会结霜。

优选的，室外温度值的设定结霜范围为小于设定室外温度值，室外湿度值的设定结霜范围为大于设定室外湿度值，未来负荷率的设定结霜范围为大于设定负荷率。

在一些实施例中，未来负荷率l的计算公式为：

C_i为空调机组中处于普通制热模式下的室内机容量，C_o为空调机组的室外机容量，k₁为室外温度修正系数，k₂为室内温度修正系数，α、β为常系数，为名义制热工况下标准室外干球温度，/>为名义制热工况下标准室内干球温度，T₀为根据所述未来气象参数测算得到的室外实际平均温度值，T_i为根据所述历史用户数据拟合得到的室内实际平均温度值。

优选的，以获取未来气象参数的时间点作为判定时间点，未来气象参数为由判定时间点至设定间隔时间之间的气象参数，历史用户数据为空调机组截至判定时间点所记录的用户数据，T₀为由判定时间点至设定间隔时间之间的室外实际平均温度值，T_i为由判定时间点至设定间隔时间之间的室内实际平均温度值。

优选的，在空调机组处于普通制热模式下，每隔设定周期时间之后重新获取空调机组所在地理位置的未来气象参数和空调机组的历史用户数据。

优选的，在空调机组切换为制热蓄热模式后，检测空调机组中的蓄热模块的实际温度值，判断实际温度值是否上升至设定蓄热阈值，若是，则空调机组切换为普通制热模式。

优选的，在空调机组切换为化霜模式后，检测空调机组的运行参数，判断运行参数是否满足化霜退出条件，若是，则空调机组切换为普通制热模式。

本发明还提出了空调机组，空调机组具有普通制热模式、化霜模式以及制热蓄热模式，空调机组的控制器执行上述的蓄热化霜控制方法。

优选的，空调机组包括：冷媒循环回路、与冷媒循环回路的室内换热器并联连接的蓄热模块、切换室内换热器接入或脱离冷媒循环回路的第一控制阀、切换蓄热模块接入或脱离冷媒循环回路的第二控制阀；

当空调机组处于普通制热模式时，室内换热器接入冷媒循环回路、蓄热模块脱离冷媒循环回路；

当空调机组处于化霜模式时，室内换热器脱离冷媒循环回路、蓄热模块接入冷媒循环回路；

当空调机组处于制热蓄热模式时，室内换热器接入冷媒循环回路、蓄热模块接入冷媒循环回路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、通过获取空调机组的地理位置信息收集当地未来气象参数，作为预测机组未来是否结霜的一个依据，通过收集用户使用空调机组的历史用户数据形成用户使用逐时数据，作为预测空调机组未来是否结霜的另一个依据，结合未来气象参数和历史用户数据预测空调机组未来是否会结霜，以实现按需蓄热，避免能源浪费；

2、根据空调机组的运行参数确定是否有化霜需求，在有化霜需求时切换到化霜模式，在没有化霜需求且空调机组的热量有盈余时，切换到制热蓄热模式，防止因蓄热影响室内温度波动，提高用户舒适度。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明中蓄热化霜控制方法的流程示意图；

图2是本发明中空调机组的连接示意图。

具体实施方式

本发明提出的蓄热化霜控制方法适用于空调机组中，空调机组具有普通制热模式、化霜模式以及制热蓄热模式，空调机组主要包含两个部分，分别是冷媒循环回路和蓄热模块，蓄热模块在普通制热模式下脱离冷媒循环回路，冷媒不经过蓄热模块，在冷媒循环回路中循环流动，蓄热模块在制热蓄热模式下接入冷媒循环回路中，部分冷媒流经蓄热模块，以便于蓄热模块蓄积热量，蓄热模块在化霜模式下参与冷媒循环回路，冷媒经过蓄热模块，利用蓄热模块的热量给化霜后的冷媒进行升温蒸发。

如图1所示，本发明的蓄热化霜控制方法是基于空调机组具备上述工作模式进行设计，蓄热化霜控制方法的执行流程如下。

步骤1、在空调机组处于普通制热模式下，获取空调机组所在地理位置的未来气象参数和空调机组的历史用户数据，根据未来气象参数和历史用户数据预测空调机组未来是否会结霜，若是，则说明空调机组未来会结霜，执行步骤2，若否，则说明空调机组未来不会结霜，执行步骤3；

步骤2、根据空调机组的运行参数判断是否切换化霜模式或者制热蓄热模式，在空调机组有化霜需求时切换到化霜模式，及时去除室外换热器上附着的霜层，使空调机组尽快恢复正常供热，在空调机组暂时没有化霜需求且供应的热量有盈余时，切换到制热蓄热模式，将部分冷媒引入到蓄热模块中，利用蓄热模块将多余的热量蓄积起来，防止因蓄热影响室内温度波动，提高用户舒适度；

步骤3、由于空调机组未来不会结霜，此种情况下空调机组不会开启化霜模式，蓄热模块处于闲置状态，空调机组维持普通制热模式即可，避免增加空调机组的运行负荷，并减少蓄热模块热量散失带来的能源浪费。

根据空调机组的工作特性，室内机负荷率大时，压缩机运行频率高，空调机组的吸气侧较低，此种情况下室外换热器更容易结霜，再结合外部环境因素，在室外温度低、室外湿度高时，此种情况下室外换热器也容易结霜，因此在本发明的一些实施例中，将室外温湿度(外部条件)以及整机负荷率(内部条件)作为判断空调机组未来是否结霜的依据，预测结果准确，有利于实现按需蓄热。

具体来说，根据未来气象参数和历史用户数据预测空调机组未来是否会结霜的方式如下：

获取未来气象参数中的室外温度值和室外湿度值，并根据未来气象参数和历史用户数据计算未来负荷率l；

判断室外温度值、室外湿度值以及未来负荷率l是否都在各自对应的设定结霜范围内；

若是，则判定空调机组未来会结霜；

若否，则判定空调机组未来不会结霜。

需要指出的是，室外温度值的设定结霜范围为小于设定室外温度值，室外湿度值的设定结霜范围为大于设定室外湿度值，未来负荷率的设定结霜范围为大于设定负荷率，当获取得到的室外温度值、室外湿度值以及未来负荷率l满足这三个设定结霜范围时，说明空调机组未来有极大的可能会结霜，需要根据空调机组的运行状态给蓄热模块进行蓄热，以便在有化霜需求时利用蓄热模块对室外换热器进行化霜，避免影响室内温度。在上述实施例中，设定室外温度值为10℃、设定室外湿度值为80％、设定负荷率为50％，但本发明并不局限于此，设定结霜范围可以根据机型等不同因素来确定。

实际应用时，判断条件的数量也可以根据具体需求设计，例如可以判断室外温度值、室外湿度值以及未来负荷率l是否有至少一个在各自对应的设定结霜范围内，这种方式的准确性稍差，节省能源的作用有限。

在本发明的一些实施例中，未来负荷率l的计算公式为：

其中，C_i为空调机组中所有处于普通制热模式下的室内机容量，C_o为空调机组的室外机容量，不同机型的室内机容量和室外机容量均有对应的固定值，k₁为室外温度修正系数，k₂为室内温度修正系数，α、β为常系数，α、β可以通过多次实验的数据统计分析得到，为名义制热工况下标准室外干球温度，/>为名义制热工况下标准室内干球温度，/>和可参考国标GB/T 7725-2004，T₀为根据未来气象参数测算得到的室外实际平均温度值，T_i为根据历史用户数据拟合得到的室内实际平均温度值。其中，计算k₁、k₂之前，将/>T₀以及T_i的单位均转换为℃，再去掉单位取其数值，代入到上述公式中进行计算。

应当理解的是，以获取所述未来气象参数的时间点作为判定时间点，未来气象参数为由判定时间点至设定间隔时间之间的气象参数，历史用户数据为空调机组截至判定时间点所记录的用户数据，T₀为由判定时间点至设定间隔时间之间的室外实际平均温度值，T_i为由判定时间点至设定间隔时间之间的室内实际平均温度值。设定间隔时间可以是1小时、2小时甚至更长时间。

为便于理解，以1小时为例进行说明，通过天气预报获取未来24小时内每小时的干球温度和相对湿度，现在的天气预报已有逐时数据，若天气预报给出的是范围，则计算其平均值，从而得到室外实际平均温度值T₀。室内实际平均温度值T_i是通过训练一个神经网络模型拟合得到，通过空调机组的GPRS模块收集的用户使用空调的历史用户数据，该历史用户数据包含开机时段、开机时长、内机开机数量、设定温度以及室内环境温度，神经网络模型可理解为由若干参数组成的函数，训练过程是指输入历史用户数据、调整参数的过程，一个训练成功的模型可以以较高的准确率拟合出结果，通过模型预测拟合出未来24小时每小时每台室内机的室内环境温度，再计算处于普通制热模式下的所有室内机的室内环境温度的平均值，从而得到室内实际平均温度值T_i，上述模型储存在控制器的AI芯片中，获取到未来气象参数和历史用户数据后输入到AI芯片，由AI芯片进行计算得到负荷率。当然，上述方式仅作举例说明，室内实际平均温度值T_i也可以采用其他更简单的方式进行模糊预测，例如历史用户数据仅包含开机时段以及室内环境温度，以历史用户数据中与未来1小时处于同一时段的所有制热室内机的室内环境温度的平均值作为室内实际平均温度值T_i，本发明对未来负荷率l的具体计算方式不作特殊限制，能够反映室内机与室外机之间的供应关系即可。

为了提高控制逻辑的准确性，在空调机组处于普通制热模式下，每隔一定时间更新一次预测结果，即每隔设定周期时间之后重新获取空调机组所在地理位置的未来气象参数和空调机组的历史用户数据，根据重新获取到的未来气象参数和历史用户数据预测空调机组未来是否会结霜，相当于每隔设定周期时间输出一次预测结果，即保证空调机组能够更准确的进行模式切换，设定周期时间可以是6小时、12小时或者24小时，本发明对此不作特殊限制。

在确定空调机组未来会结霜的预测结果之后，再根据空调机组的运行参数判断是否切换化霜模式或者制热蓄热模式，其实现方式如下：

获取空调机组的运行参数；

比较运行参数与设定化霜范围以及设定蓄热范围；

若空调机组的运行参数处于设定化霜范围内，则说明空调机组有化霜需求，室外换热器已经结霜，控制空调机组切换为化霜模式；

若空调机组的运行参数处于设定蓄热范围内，则说明空调机组热量充足，控制空调机组切换为制热蓄热模式，蓄热模块进行蓄热；

若空调机组的运行参数超出设定化霜范围以及设定蓄热范围，则说明空调机组无化霜需求且无多余热量，控制空调机组维持普通制热模式；

其中，设定化霜范围和设定蓄热范围无重叠。

需要指出的是，由于吸气侧参数受外部环境影响较小，空调机组的运行参数优选为空调机组的吸气侧参数，运行参数可以是吸气压力P_s或室外换热器管温，设定化霜范围为低于设定化霜值，设定蓄热范围为高于设定蓄热值，设定化霜值与设定蓄热值之间的区间为设定化霜临界范围。通常来说，设定化霜值和设定蓄热值采用温度值，当运行参数是吸气压力P_s时，将吸气压力P_s先转换成饱和温度再进行判断。在上述实施例中，设定化霜值为-2℃、设定蓄热值为0℃，但本发明并不局限于此，设定化霜范围、设定蓄热范围可以根据机型等不同因素来确定。

需要指出的是，在空调机组切换为制热蓄热模式后，检测空调机组中的蓄热模块的实际温度值，判断实际温度值是否上升至设定蓄热阈值，若是，则说明蓄热模块的热量已经蓄积充分，空调机组切换为普通制热模式。在空调机组切换为化霜模式后，检测空调机组的运行参数，判断运行参数是否满足化霜退出条件，若是，则说明室外换热器的霜层已经融化完毕，空调机组切换为普通制热模式。此处空调机组的运行参数可以是进入化霜模式的持续时间，化霜退出条件为持续时间达到设定化霜退出时间，也可以是室外换热器的管温，化霜退出条件为管温上升到设定化霜退出温度，以上仅为举例说明，本发明对运行参数和化霜退出条件的设计不作特殊限制。

本发明还提出了空调机组，空调机组的控制器执行上述蓄热化霜控制方法。

如图2所示，在本发明的一些实施例中，空调机组的连接结构如下，压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4以及室外换热器5通过管路依次连接形成冷媒循环回路。室内换热器3所在支路上安装有第一控制阀7，通过第一控制阀7切换室内换热器3接入或脱离冷媒循环回路，即第一控制阀7打开时，室内换热器3接入冷媒循环回路，至少有一部分冷媒经过室内换热器3，第一控制阀7关闭时，室内换热器3脱离冷媒循环回路，冷媒不经过室内换热器3。蓄热模块6与室内换热器3并联连接，蓄热模块6所在支路上安装有第二控制阀8，通过第二控制阀8切换蓄热模块6接入或脱离冷媒循环回路，即第二控制阀8打开时，蓄热模块接入冷媒循环回路，部分冷媒经过蓄热模块6，蓄热模块6吸收冷媒的热量进行蓄热，第二控制阀8关闭时，蓄热模块6脱离冷媒循环回路，冷媒不经过蓄热模块6。

以下进行详细说明空调机组在不同模式下的冷媒流向。

当空调机组处于普通制热模式时，室内换热器3接入冷媒循环回路、蓄热模块6脱离冷媒循环回路，冷媒循环回路的冷媒流路为压缩机1排气口的高温高压气体→四通阀2→室内换热器3冷凝→节流装置4→室外换热器5蒸发→四通阀2→回到压缩机1的吸气口。压缩机输出的高温高压冷媒经四通阀2进入室内换热器3与室内环境换热后，经节流装置4降温降压后流入室外换热器5进行换热，换热完成后低温低压冷媒流回压缩机1。

当空调机组处于化霜模式时，室内换热器3脱离冷媒循环回路、蓄热模块6接入冷媒循环回路，冷媒循环回路的冷媒流路为压缩机1排气口的高温高压气体→四通阀2→室外换热器5冷凝→节流装置4→蓄热模块6蒸发→回到压缩机1的吸气口。压缩机1输出的高温高压冷媒经四通阀2进入室外换热器5与室外环境换热，将室外换热器5外侧覆盖的霜熔化，蓄热模块6放热，化霜完成后四通阀2切换至普通制热模式。

当空调机组处于制热蓄热模式时，室内换热器3接入冷媒循环回路、蓄热模块6接入冷媒循环回路，室内换热器3和蓄热模块6并联接在冷媒循环回路中，冷媒循环回路维持普通制热模式的冷媒流路，蓄热模块6的冷媒流路为压缩机1排气口的高温高压气体→四通阀2→蓄热模块6→节流装置4→室外换热器5蒸发→四通阀2→回到压缩机1的吸气口。从压缩机输出的冷媒经过四通阀2后，分成两条支路，一条连通室内换热器3，另一条连通蓄热模块6，对蓄热模块6进行蓄热，蓄热完成后切换至普通制热模式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.蓄热化霜控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在空调机组处于普通制热模式下，获取所述空调机组所在地理位置的未来气象参数和所述空调机组的历史用户数据；

获取所述未来气象参数中的室外温度值和室外湿度值，并根据所述未来气象参数和所述历史用户数据计算未来负荷率l；

判断所述室外温度值、所述室外湿度值以及所述未来负荷率是否都在各自对应的设定结霜范围内；

若是，则判定所述空调机组未来会结霜，根据所述空调机组的运行参数判断是否切换化霜模式或者制热蓄热模式；

若否，则判定所述空调机组未来不会结霜，维持普通制热模式。

2.根据权利要求1所述的蓄热化霜控制方法，其特征在于，根据所述空调机组的运行参数判断是否切换化霜模式或者制热蓄热模式包括：

获取所述空调机组的运行参数；

比较所述运行参数与设定化霜范围以及设定蓄热范围；

若所述空调机组的运行参数处于设定化霜范围内，则控制所述空调机组切换为化霜模式；

若所述空调机组的运行参数处于设定蓄热范围内，则控制所述空调机组切换为制热蓄热模式；

若所述空调机组的运行参数超出所述设定化霜范围以及所述设定蓄热范围，则控制所述空调机组维持所述普通制热模式；

其中，所述设定化霜范围和所述设定蓄热范围无重叠。

3.根据权利要求2所述的蓄热化霜控制方法，其特征在于，所述空调机组的运行参数为所述空调机组的吸气侧参数，所述设定化霜范围为低于设定化霜值，所述设定蓄热范围为高于设定蓄热值，所述设定化霜值与所述设定蓄热值之间的区间为设定化霜范围。

4.根据权利要求3所述的蓄热化霜控制方法，其特征在于，所述运行参数为吸气压力P_s或室外换热器管温。

5.根据权利要求1所述的蓄热化霜控制方法，其特征在于，所述室外温度值的设定结霜范围为小于设定室外温度值，所述室外湿度值的设定结霜范围为大于设定室外湿度值，所述未来负荷率的设定结霜范围为大于设定负荷率。

6.根据权利要求1所述的蓄热化霜控制方法，其特征在于，所述未来负荷率l的计算公式为：

C_i为所述空调机组中处于普通制热模式下的室内机容量，C_o为所述空调机组的室外机容量，k₁为室外温度修正系数，k₂为室内温度修正系数，α、β为常系数，为名义制热工况下标准室外干球温度，/>为名义制热工况下标准室内干球温度，T₀为根据所述未来气象参数测算得到的室外实际平均温度值，T_i为根据所述历史用户数据拟合得到的室内实际平均温度值。

7.根据权利要求6所述的蓄热化霜控制方法，其特征在于，以获取所述未来气象参数的时间点作为判定时间点，所述未来气象参数为由所述判定时间点至设定间隔时间之间的气象参数，所述历史用户数据为所述空调机组截至所述判定时间点所记录的用户数据，T₀为由判定时间点至设定间隔时间之间的室外实际平均温度值，T_i为由所述判定时间点至所述设定间隔时间之间的室内实际平均温度值。

8.根据权利要求1所述的蓄热化霜控制方法，其特征在于，在所述空调机组处于普通制热模式下，每隔设定周期时间之后重新获取所述空调机组所在地理位置的未来气象参数和所述空调机组的历史用户数据。

9.根据权利要求1所述的蓄热化霜控制方法，其特征在于，在所述空调机组切换为所述制热蓄热模式后，检测所述空调机组中的蓄热模块的实际温度值，判断所述实际温度值是否上升至设定蓄热阈值，若是，则所述空调机组切换为所述普通制热模式。

10.根据权利要求1所述的蓄热化霜控制方法，其特征在于，在所述空调机组切换为化霜模式后，检测所述空调机组的运行参数，判断所述运行参数是否满足化霜退出条件，若是，则所述空调机组切换为所述普通制热模式。

11.空调机组，所述空调机组具有普通制热模式、化霜模式以及制热蓄热模式，其特征在于，所述空调机组的控制器执行权利要求1至10任一项所述的蓄热化霜控制方法。

12.根据权利要求11所述的空调机组，其特征在于，所述空调机组包括：冷媒循环回路、与所述冷媒循环回路的室内换热器并联连接的蓄热模块、切换所述蓄热模块接入或脱离所述冷媒循环回路的第一控制阀、切换所述室内换热器接入或脱离所述冷媒循环回路的第二控制阀；

当所述空调机组处于普通制热模式时，所述室内换热器接入所述冷媒循环回路、所述蓄热模块脱离所述冷媒循环回路；

当所述空调机组处于化霜模式时，所述室内换热器脱离所述冷媒循环回路、所述蓄热模块接入所述冷媒循环回路；

当所述空调机组处于制热蓄热模式时，所述室内换热器接入所述冷媒循环回路、所述蓄热模块接入所述冷媒循环回路。