CN116907140A - 一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法 - Google Patents

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黄成洋
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Abstract

一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法，涉及一种空气源热泵除霜启动控制方法。进行空气源热泵的结除霜实验，确定除霜最优室外盘管表面温度，获得室外空气与室外盘管表面的温差阈值随室外空气温度变化拟合方程，制热运行过程中实时监测室外空气温度和室外盘管表面温度，若二者的差值大于拟合计算得到的该温度下的温差阈值，则进行除霜操作。基于最佳除霜控制点理论和制冷剂随室外温度的变化特性，得到不同室外温度下最佳除霜时刻室外空气与室外盘管表面的温差阈值，然后基于该温差阈值控制空气源热泵的除霜启动，可根据室外温度自动调整实现准确除霜，提升空气源热泵的除霜准确率和供暖性能系数，降低建筑供暖能耗。

Description

一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法
技术领域
本发明涉及一种空气源热泵除霜启动控制方法，尤其是一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法，属于空气源热泵除霜控制设计技术领域。
背景技术
由于空气源热泵具有良好的节能效果，目前已广泛应用于建筑供暖，但空气源热泵在低温高湿环境下运行时会出现结霜问题，因此需要进行除霜处理。
目前常用的除霜控制方法是在特定环境工况(如干湿球温度为2℃/1℃)下设计的，并以该工况下室外空气与室外盘管表面的温差作为所有室外环境工况下的除霜判定条件。在设计工况下，空气源热泵能够准确除霜，但在实际应用过程中，由于室外环境温湿度复杂多变，空气源热泵的实际结霜工况是千差万别的。在不同室外温度下，制冷剂特性会发生变化，导致空气源热泵的室外盘管表面温度随结霜过程的变化速率存在明显差异，具体体现是：室外环境温度越低时，由于蒸发器内的制冷剂压力在未结霜时已经比较低，结霜过程中的下降速率明显低于室外环境温度较高时。制冷剂的这一特性决定了空气源热泵在达到相同的结霜程度时，室外盘管表面温度的下降幅度会随着室外温度而变化，从而使目前常用的除霜控制方法在实际应用工况下无法准确除霜，尤其是在室外温度偏离设计温度较大时。
因此，现有除霜控制方法在空气源热泵实际供暖时会引起除霜准确率低的问题，进而降低其运行性能系数，并增大建筑的供暖能耗。
发明内容
为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法，它基于最佳除霜控制点理论和制冷剂随室外温度的变化特性，得到不同室外温度下最佳除霜时刻室外空气与室外盘管表面的温差阈值，然后基于该温差阈值控制空气源热泵的除霜启动，可根据室外温度自动调整实现准确除霜，提升空气源热泵的除霜准确率和供暖性能系数，降低建筑供暖能耗。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法，包括以下步骤：
步骤一：确定不同室外温度下室外空气与室外盘管表面的温差阈值Δt的拟合方程
S1.1在室外相对湿度为90％且室外空气温度为-26℃～7℃范围内，以3℃为温差，分别进行空气源热泵的结除霜实验；
S1.2以整个结除霜过程平均性能系数最高为原则，确定不同室外空气温度下最佳除霜时刻的室外盘管表面温度值，即除霜最优室外盘管表面温度；
S1.3以室外空气温度与除霜最优室外盘管表面温度的差值为纵坐标，室外空气温度为横坐标进行拟合，得到差值随室外空气温度变化的拟合方程Y；
步骤二：基于温差阈值Δt的除霜启动控制流程
S2.1空气源热泵进行制热运行，并实时监测室外空气温度t1和室外盘管表面温度t2；
S2.2基于实时监测的室外空气温度t1，利用步骤一中得到的拟合方程Y计算出该温度下室外空气与室外盘管表面的温差阈值Δt；
S2.3将实时监测的室外空气温度t1和室外盘管表面温度t2的差值t1-t2与温差阈值Δt进行对比，若前者大于后者则进行除霜操作，否则返回S2.1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明方法通过监测环境温度，实时改变除霜时刻室外空气与室外盘管表面的温差设定值，可有效提高空气源热泵的除霜准确性，在一个供暖季的连续供暖过程中，空气源热泵的除霜准确性可提高40％以上；
2、本发明方法可将空气源热泵在结霜工况下的性能系数提升30％以上，进而使整个供暖季的平均性能系数提升8％以上，且在室外相对湿度越高的地区，提升效果越明显；
3、在向建筑提供相同热量的情况下，本发明方法可使空气源热泵的耗电量降低7.4％以上，且在室外相对湿度越高的地区，耗电量降低幅度越大；
4、本发明方法可有效降低误除霜事故对供热量的干扰，并大幅提升供暖的稳定性，从而提高空气源热泵供暖建筑的室内热舒适性。
附图说明
图1是本发明的热泵除霜启动控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法，该控制方法的实现主要包括室外空气与室外盘管表面的温差阈值Δt随室外温度变化的拟合方程的获得以及基于温差阈值Δt的除霜启动控制流程这两个步骤，具体如下：
基于温差阈值Δt的除霜启动控制流程
(1)空气源热泵进行制热运行，并实时监测室外空气温度t1和室外盘管表面温度t2，温度的监测可采用热电阻进行，室外空气温度t1和室外盘管表面温度t2可每隔10秒钟监测一次；
(2)基于实时监测的室外空气温度t1，利用拟合方程Y计算出该温度下室外空气与室外盘管表面的温差阈值Δt；
(3)将实时监测的室外空气温度t1和室外盘管表面温度t2的差值t1-t2与温差阈值Δt进行对比，若前者大于后者则进行除霜操作，否则返回步骤(1)。
在该控制方法中，室外空气与室外盘管表面的温差阈值Δt是随室外空气温度变化的。在某一室外空气温度下，若该温差阈值Δt过大，会导致除霜操作滞后，由于结霜时间过长，导致空气源热泵的供暖性能系数下降；若该温差阈值Δt过小，会导致除霜操作提前，在无霜或轻霜情况下就进行除霜操作，也会导致空气源热泵的供暖性能系数下降。因此，在任一室外空气温度下，都应选取一个合理的温差阈值Δt。
为了使空气源热泵在结霜工况下的性能系数最高，不同室外空气温度下的阈值Δt采用如下方法确定：
室外空气与室外盘管表面的温差阈值Δt随室外空气温度变化拟合方程的获得
(1)在室外相对湿度为90％且室外空气温度为-26℃～7℃范围内，以3℃为温差，分别进行空气源热泵的结除霜实验；
(2)以整个结除霜过程平均性能系数最高为原则，确定不同室外空气温度下最佳除霜时刻的室外盘管表面温度值，即除霜最优室外盘管表面温度；
(3)以室外空气温度与除霜最优室外盘管表面温度的差值为纵坐标，室外空气温度为横坐标进行拟合，得到差值随室外空气温度变化的拟合方程Y；
(4)在空气源热泵实际供暖过程中，根据实时测量得到的室外空气温度，利用拟合方程计算出该温度对应的温差阈值Δt。
拟合方程Y一般分为两种情况，即抛物线形式与直线形式，具体如下：
当拟合方程Y为抛物线表达式时，Y＝a*t12+b*t1+c，其中系数a、b和c的值由空气源热泵的配置和制冷剂的性能确定，且系数a始终为负值；
当拟合方程Y为直线表达式时，Y＝a*t1+b，其中系数a和b的值由空气源热泵的配置和制冷剂的性能确定，且系数a始终为负值。
此外，区别于上述基于室外温度调整温差的除霜启动控制方法，还可以基于室外温度变温差-时间进行除霜启动控制，区别在于：
实际供暖工况下的控制过程
(1)空气源热泵进行制热运行，并实时监测和记录室外空气温度t1、室外盘管表面温度t2和机组供热时间T1；
(2)基于实时监测的室外空气温度t1，利用拟合方程Y计算出该温度下室外空气与室外盘管表面的温差阈值Δt；
(3)将实时监测的室外空气温度t1和室外盘管表面温度t2的差值t1-t2与温差阈值Δt进行对比，若前者大于后者则进行步骤(4)，否则返回步骤(1)；
(4)将机组供热时间T1与结霜时间最小设定值Tset对比，若前者大于后者，进入除霜操作，否则返回步骤(1)。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：确定不同室外温度下室外空气与室外盘管表面的温差阈值Δt的拟合方程
S1.1在室外相对湿度为90％且室外空气温度为-26℃～7℃范围内，以3℃为温差，分别进行空气源热泵的结除霜实验；
S1.2以整个结除霜过程平均性能系数最高为原则，确定不同室外空气温度下最佳除霜时刻的室外盘管表面温度值，即除霜最优室外盘管表面温度；
S1.3以室外空气温度与除霜最优室外盘管表面温度的差值为纵坐标，室外空气温度为横坐标进行拟合，得到差值随室外空气温度变化的拟合方程Y；
步骤二：基于温差阈值Δt的除霜启动控制流程
S2.1空气源热泵进行制热运行，并实时监测室外空气温度t1和室外盘管表面温度t2；
S2.2基于实时监测的室外空气温度t1，利用步骤一中得到的拟合方程Y计算出该温度下室外空气与室外盘管表面的温差阈值Δt；
S2.3将实时监测的室外空气温度t1和室外盘管表面温度t2的差值t1-t2与温差阈值Δt进行对比，若前者大于后者则进行除霜操作，否则返回S2.1。
2.根据权利要求1所述的一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法，其特征在于：所述S1.3中拟合方程Y为抛物线表达式，Y＝a*t12+b*t1+c，其中系数a、b和c的值由空气源热泵的配置和制冷剂的性能确定，且系数a始终为负值。
3.根据权利要求1所述的一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法，其特征在于：所述S1.3中拟合方程Y为直线表达式，Y＝a*t1+b，其中系数a和b的值由空气源热泵的配置和制冷剂的性能确定，且系数a始终为负值。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于室外温度自动调整温差的热泵除霜启动控制方法，其特征在于：所述S2.1中每隔10秒钟监测一次室外空气温度t1和室外盘管表面温度t2。
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