CN116608567A - 空调室外风机转速控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调室外风机转速控制方法及系统，该方法包括：提供一结霜温度区间；当检测到空调工作于制热模式且满足于下述第一条件或第二条件时，基于第一控制方法控制空调室外风机的工作状态；第一条件为：环境温度低于结霜温度区间；第二条件为：环境温度位于结霜温度区间，且空调的压缩机中的低压大于结霜临界值；第一控制方法包括：计算室外侧换热管的管内侧换热系数和管外侧换热系数；调整风机转速，使得管内侧换热系数与管外侧换热系数相适配。通过上述控制方法，室外风机所输出的风量恰是换热管所需风量，这样，不仅避免造成风量浪费，而且还能降低换热管的结霜率，提升空调整体的工作性能。

Description

空调室外风机转速控制方法及系统

技术领域

本发明涉及空调控制技术领域，尤其涉及一种空调室外风机转速控制方法及系统。

背景技术

空调是人们生产、生活不可或缺的电器设备，为人们营造舒适的气温。空调制冷时室外主机排出的是热风，通过室外风机强迫对流，空气流经翅片换热器对主机高压侧的冷媒进行降温，热泵制热时工作原理与其相反，它制取热水或热空气，排出的是冷风，通过风机强迫对流，空气流经翅片换热器，吸收空气的热量。由此可知，室外风机对空调的换热起到至关重要的作用，而室外风机所消耗的电能在空调机组中又占有较大比重。

对于目前的空调系统来说，一般都是根据室内能需来调节风机转速，这就使得室外风机大部分时间工作在最大转速状态，但是，通常情况下，室外风机高转速所提供给换热管的管外换热系数与冷媒所提供给换热管的管内换热系数不匹配，导致风量的浪费，不利于空调机组的节能降耗。

对此，在中国发明专利“一种外风机转速控制方法、装置及多联机空调器(申请号CN202110724155)”对风机转速的控制方法进行改进，以期达到节能的目的。该方案通过预判使用侧的负荷并仅根据低压/高压去调节风机转速。然而，这种控制方式并未考虑到机组的可靠性和安全性的运行，比如，在高湿环境下进行制热，也即空调机组工作在制热模式，机组的低压会比较高，而根据其控制方式单纯的通过低压较高而调低风速，反而会让翅片结霜更快，从而造成机组在一个较长的周期里面性能下降过多，使得节能效果不够理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种可基于空调机组的实际运行状态和当前环境条件有效控制室外风机的转速以避免风量浪费的空调室外风机转速控制方法及系统。

为了实现上述目的，本发明公开了一种空调室外风机转速控制方法，其包括：

提供一结霜温度区间，所述结霜温度区间表示与空调安装环境相适配的容易导致外机换热器结霜的环境温度区间；

当检测到空调工作于制热模式且满足于下述第一条件或第二条件时，基于第一控制方法控制空调室外风机的工作状态；

所述第一条件为：所述环境温度低于所述结霜温度区间；

所述第二条件为：所述环境温度位于结霜温度区间，且所述空调的压缩机中的低压大于结霜临界值；

所述第一控制方法包括：

基于预设的冷媒换热系数计算模型和当前冷媒流量计算室外侧换热管的管内侧换热系数；

基于预设的管外换热系数计算模型和当前风机转速计算室外侧换热管的管外侧换热系数；

调整所述风机转速，使得所述管内侧换热系数与所述管外侧换热系数相适配。

较佳地，调整所述风机转速的方法包括：

调整所述风机转速，使得所述管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值与预设的目标调控值的差小于预设的标准值。

较佳地，所述目标调控值的获取方法包括：

根据当前所述换热管的结构，提供若干组标准实验数据，每一组所述标准实验数据包括一冷媒流量和与该冷媒流量相适配的施加到所述换热管外侧的一风量；

计算出每一组所述标准实验数据中与所述风量相对应的室外风机的风机转速；

基于每一组所述标准实验数据启动空调，并检测换热管的总换热量；

根据所述总换热量、换热管的换热面积以及换热温差计算所管内侧换热系数与所述管外侧换热系数，并计算该管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值；

统计分析每一组标准实验数据获得的管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值，以获得所述目标调控值。

较佳地，所述管外换热系数计算模型满足下述公式一，冷媒换热系数计算模型满足下述公式二：

其中，a_w为管外侧换热系数，a_n为管内侧换热系数，a₁、b₁以及a₂、b₂为修正系数，X为风机转速，M为冷媒流量，n为常数，4≤n≤8。

较佳地，当检测到空调工作于制热模式时，如果所述环境温度位于结霜温度区间，且所述空调的压缩机中的低压小于结霜临界值，则基于第二控制方法控制空调室外风机的工作状态；

所述第二控制方法包括：

创建所述室外风机的风机转速与压缩机的低压值的线性函数关系式，且所述风机转速随所述压缩机的低压值的增大而减小。

较佳地，当检测到空调工作于制热模式时，如果环境温度大于结霜温度区间，则基于第三控制方法控制空调室外风机的工作状态；

所述第三控制方法包括：

以预设的最低转速控制所述室外风机的运行。

本发明还公开一种空调室外风机转速控制系统，其包括控制器，所述控制器基于上述空调室外风机转速控制方法控制空调中的室外风机运行。

本发明还公开一种空调室外风机转速控制系统，其包括：

一个或多个处理器；

存储器；

以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的空调室外风机转速控制方法的指令。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，其包括计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如上所述的空调室外风机转速控制方法。

与现有技术相比，本发明上述技术方案，针对空调工作在制热模式下由于室外风机运行状态与当前空调整体工作状态和环境条件不匹配导致换热管外壁容易结霜的问题，提出了当空调工作于制热模式且满足预设条件的第一控制方法，基于该第一控制方法，实时计算换热管的管内侧换热系数和管外侧换热系数，其中，管外侧换热系数与室外风机的风机转速相关，因此，当调节风速使得管内侧换热系数与所述管外侧换热系数相适配时，室外风机所输出的风量恰是换热管所需风量，这样，不仅避免造成风量浪费，而且还能降低换热管的结霜率，提升空调整体的工作性能。

附图说明

图1为本发明实施例中空调室外风机转速控制方法原理图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本实施例公开一种空调室外风机转速控制方法，以对空调运行过程中的室外风机的运行状态进行有效控制，既为室外换热管提供足够的风量，又可有效避免风量的浪费。另外，本实施例中的控制方法主要针对空调的制热模式进行控制，对此，该控制方法包括如下步骤：

S1：提供一结霜温度区间，所述结霜温度区间表示与空调安装环境相适配的容易导致外机换热器结霜的环境温度区间。对于该结霜温度区间，与空调安装地的空气环境状况相关，例如，对于长江以南的高湿热地区，该结霜温度区间为[-5℃，5℃]。

S2：当空调的压缩机启动后，判断空调的工作模式是否为制热模式，如果是，则进入下述步骤S3，如果否，则表示空调当前处于制冷模式，可通过本领域现有的控制方式控制空调的运行，例如，基于空调压缩比的方式控制室外风机的运行。

S3：判断空调当前状况是否满足于下述第一条件或第二条件，如果是，进入下述步骤S4，基于第一控制方法控制空调室外风机的工作状态，如果否，则可基于常规方式控制空调室外风机的运行，还可基于下述另一实施例中的第二控制方法和第三控制方法控制空调室外风机的运行。

其中，所述第一条件为：所述环境温度T低于所述结霜温度区间[T1,T2]，也即，T＜T1。

第二条件为：所述环境温度T位于结霜温度区间[T1,T2]，也即T1＜T＜T2，且所述空调的压缩机中的低压大于结霜临界值。

对于上述两个条件，环境温度均不大于结霜温度区间，而对基于压缩机工作的空调来说，由于蒸发温度越低或者压缩机转速越小时，冷媒循环量越低，从而使得换热管的管内侧换热系数越低，进而导致换热管的管外侧换热热阻降低，也即，此时影响换热管总的换热量的主要因素为管内侧换热系数，管外侧换热系数即使大幅提升(通过提升室外风机的转速提升管外侧换热系数)，对换热管总的换热量的提升也是有限。因此，当环境温度不大于结霜温度时，根据空调的管内侧换热系数调节风机转速对空调的节能降耗是非常有意义的。

另外，当T＜T1时，空气绝对含湿量小，此时换热管上翅片结霜不再是影响空调安全运行的问题，因此，可以仅考虑换热管内换热系数的影响因素对风机转速进行调整。

再者，当T1≤T≤T2时，由于管内低压大于结霜临界值，因此，管热管上翅片结霜对换热性能的影响可以忽略，从而仅考虑换热管内换热系数的影响因素对风机转速进行调整。

因此，本实施例中的第一控制方法包括下述步骤S4至S6。

S4：基于预设的冷媒换热系数计算模型和当前冷媒流量计算室外侧换热管的管内侧换热系数。具体地，当压缩机启动后，获取压缩机低压值、压缩机转速以及压缩机吸气温度，从而计算出冷媒流量，进而根据换热管的既有结构参数计算出管内侧换热系数。

S5：基于预设的管外换热系数计算模型和当前风机转速计算室外侧换热管的管外侧换热系数。具体地，基于室外风机的风机转速计算出施加在换热管外侧的风量，进而根据风量及换热管的外壁结构(也即翅片结构)计算出管外侧换热系数。

S6：调整所述风机转速，使得所述管内侧换热系数与所述管外侧换热系数相适配。

进一步地，所述管外换热系数计算模型满足下述公式一，冷媒换热系数计算模型满足下述公式二：

其中，a_w为管外侧换热系数，a_n为管内侧换热系数，a₁、b₁以及a₂、b₂为修正系数，X为风机转速，M为冷媒流量，n为常数，4≤n≤8。

进一步地，调整所述风机转速的方法包括：

调整所述风机转速，使得所述管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值K’与预设的目标调控值K的差小于预设的标准值D，也即，使得K’接近K，满足下述不等式一：

K‘-K|≤D。

更进一步地，所述目标调控值的获取方法包括：

首先，根据当前所述换热管的结构，提供若干组标准实验数据，每一组所述标准实验数据包括一冷媒流量和与该冷媒流量相适配的施加到所述换热管外侧的一风量。

然后，计算出每一组所述标准实验数据中与所述风量相对应的室外风机的风机转速。

接着，基于每一组所述标准实验数据启动空调，也即，空调压缩机启动后，其内的冷媒流量与该标准标准实验数据中的冷媒流量值相同，室外风机的风机转速与根据标准标准实验数据中的风量计算的风机转速值相同，并检测换热管的总换热量。

然后，根据所述总换热量、换热管的换热面积以及换热温差计算所管内侧换热系数与所述管外侧换热系数，并计算该管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值。

最后，统计分析每一组标准实验数据获得的管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值，以获得所述目标调控值。

具体地，当获得多个分别与每一组标准实验数据相对应的管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值时，如K1、K2……Kn等，可采取算术平均、方差等数据处理方式对上述多个比值进行处理，以获得目标调控值K。

另一方面，当空调的当前状态不满足于上述第一条件和第二条件时，包括两种情况，其一是环境温度位于结霜温度区间且空调的压缩机中的低压小于结霜临界值，其二是环境温度大于结霜温度区间，也T＞T2。

对于第一种情况，也即，环境温度位于结霜温度区间且空调的压缩机中的低压小于结霜临界值时，基于第二控制方法对空调的运行状态进行控制，该第二控制方法为：

创建所述室外风机的风机转速与压缩机的低压值的线性函数关系式，且所述风机转速随所述压缩机的低压值的增大而减小。

对于第二种情况，也即，环境温度大于结霜温度区间，由于蒸发侧的环境温度较高时，换热管的过热度较大，那么使得管内侧换热系数提升受限，因此，只需要较小的风量即可把换热管的性能有效发挥出来，对此，基于第三控制方法对空调的运行状态进行控制，该第三控制方法为：

以预设的最低转速控制所述室外风机的运行。

另外，在上述第一控制方法和第二控制方法中，还同时限制室外风机的最低转速，也即，提升室外风机的最低转速，从而有效提升空调机组运行的安全性能。

综上，本发明公开了一种空调室外风机转速控制方法，以用于空调制热模式中对室外风机的风机转速进行调控。具体地，当环境温度小于结霜温度区间时，以第一控制方法所提供的管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值的方式控制风机转速。当环境温度位于结霜温度区间，且压缩机内的低压大于结霜临界值时，以第一控制方法所提供的管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值的方式控制风机转速。当环境温度大于结霜温度区间时，控制室外风机以最低转速运行。当环境温度位于结霜温度区间，且压缩机内的低压小于结霜临界值时，以低压变化控制风机转速。基于上述控制方法控制室外风机的运行，室外风机所输出的风量恰是换热管所需风量，这样，不仅避免造成风量浪费，而且还能降低换热管的结霜率，提升空调整体的工作性能。

本发明另一较佳实施例中，还公开一种空调室外风机转速控制系统，其包括控制器，该控制器基于上述空调室外风机转速控制方法控制空调中的室外风机运行。

本发明还公开另一种空调室外风机转速控制系统，其包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的空调室外风机转速控制方法的指令。处理器可以采用通用的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器，应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者一个或多个集成电路，用于执行相关程序，以实现本申请实施例的空调室外风机转速控制系统中的模块所需执行的功能，或者执行本申请方法实施例的空调室外风机转速控制方法。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，其包括计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如上所述的空调室外风机转速控制方法。该计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)，或随机存取存储器(random access memory，RAM)，或磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带、磁碟、或光介质，例如，数字通用光盘(digital versatile disc，DVD)、或者半导体介质，例如，固态硬盘(solid state disk，SSD)等。

本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。电子设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该电子设备执行上述空调室外风机转速控制方法。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种空调室外风机转速控制方法，其特征在于，包括：

提供一结霜温度区间，所述结霜温度区间表示与空调安装环境相适配的容易导致外机换热器结霜的环境温度区间；

当检测到空调工作于制热模式且满足于下述第一条件或第二条件时，基于第一控制方法控制空调室外风机的工作状态；

所述第一条件为：所述环境温度低于所述结霜温度区间；

所述第二条件为：所述环境温度位于结霜温度区间，且所述空调的压缩机中的低压大于结霜临界值；

所述第一控制方法包括：

基于预设的冷媒换热系数计算模型和当前冷媒流量计算室外侧换热管的管内侧换热系数；

基于预设的管外换热系数计算模型和当前风机转速计算室外侧换热管的管外侧换热系数；

调整所述风机转速，使得所述管内侧换热系数与所述管外侧换热系数相适配。

2.根据权利要求1所述的空调室外风机转速控制方法，其特征在于，调整所述风机转速的方法包括：

调整所述风机转速，使得所述管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值与预设的目标调控值的差小于预设的标准值。

3.根据权利要求2所述的空调室外风机转速控制方法，其特征在于，所述目标调控值的获取方法包括：

根据当前所述换热管的结构，提供若干组标准实验数据，每一组所述标准实验数据包括一冷媒流量和与该冷媒流量相适配的施加到所述换热管外侧的一风量；

计算出每一组所述标准实验数据中与所述风量相对应的室外风机的风机转速；

基于每一组所述标准实验数据启动空调，并检测换热管的总换热量；

根据所述总换热量、换热管的换热面积以及换热温差计算所管内侧换热系数与所述管外侧换热系数，并计算该管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值；

统计分析每一组标准实验数据获得的管内侧换热系数与所述管外侧换热系数的比值，以获得所述目标调控值。

4.根据权利要求1所述的空调室外风机转速控制方法，其特征在于，所述管外换热系数计算模型满足下述公式一，冷媒换热系数计算模型满足下述公式二：

其中，a_w为管外侧换热系数，a_n为管内侧换热系数，a₁、b₁以及a₂、b₂为修正系数，X为风机转速，M为冷媒流量，n为常数，4≤n≤8。

5.根据权利要求1所述的空调室外风机转速控制方法，其特征在于，当检测到空调工作于制热模式时，如果所述环境温度位于结霜温度区间，且所述空调的压缩机中的低压小于结霜临界值，则基于第二控制方法控制空调室外风机的工作状态；

所述第二控制方法包括：

创建所述室外风机的风机转速与压缩机的低压值的线性函数关系式，且所述风机转速随所述压缩机的低压值的增大而减小。

6.根据权利要求1所述的空调室外风机转速控制方法，其特征在于，当检测到空调工作于制热模式时，如果环境温度大于结霜温度区间，则基于第三控制方法控制空调室外风机的工作状态；

所述第三控制方法包括：

以预设的最低转速控制所述室外风机的运行。

7.一种空调室外风机转速控制系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器基于权利要求1至6任一项所述的空调室外风机转速控制方法控制空调中的室外风机运行。

8.一种空调室外风机转速控制系统，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器；

以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1至6任一项所述的空调室外风机转速控制方法的指令。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如权利要求1至6任一项所述的空调室外风机转速控制方法。