CN109340961A - 一种新型智能空调***和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型智能空调***，包括室外机和室内机，还包括：至少一个热管耦合器，热管耦合器与室外机连接；设置在热管耦合器表面的室内管温传感器；设置在室内的室内温湿度传感器，用于采集室内湿空气状态参数；设置在室内机上的内机盘管温度传感器；设置在所述室外机内部的电子膨胀阀，用于开启/关断热管耦合器与室外机的换热通道；与所述室内管温传感器、室内温湿度传感器、内机盘管温度传感器和电子膨胀阀连接的控制单元，所述控制单元还连接压缩机。可以实现无风感以及快速制冷和制热的相互结合，解决了制冷的冷凝温度和制热时效率不高和吹冷风的技术问题。

Description

一种新型智能空调***和控制方法
技术领域
本发明涉及空调制冷技术领域，具体的说，是一种新型智能空调***和控制方法。
背景技术
目前，空调器作为一种家用电器，已经在消费者家庭中普及。空调器包括室内机和室外机，现有的空调器室内机中均是通过出风口向外吹冷风或热风来向室内提供冷量或热量的，但是由于冷风或热风直接空调器的出风口吹出，吹到室内的用户的身上，会对用户带来不舒服感觉，影响用户的使用体验。特别是在制热过程中，由于风吹到用户身上造成寒冷感觉，就必须提高空调出风温度，考虑到出风空气不断与室内空气扩散，为保证气流温度在到达用户位置使用户满意，需要出风口温度要达到50℃，这会使热泵循环效率明显下降，同时室内漏热量增加，室内空气更加干燥，且效能降低，使用者不舒服。制冷时，现有的直接吹风，使用者不舒服，主要是有温度梯度的缘故，且温度场也不是很均匀。后来，就开发出小孔出风的无风感空调，虽然可以实现无风感控制，但其空调***和控制方法并不能完全实现无风感，还存在温度场不均匀不稳定的问题，且冷热风依然吹向使用者。又如毛细管的辐射***，制冷时需要专门的除湿***，以防止凝露出现，这样造成了***的复杂，而且造成了能源的浪费和带来了新的热负荷的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型智能空调***和控制方法，用于解决现有技术中无风感的空调***存在的制冷的冷凝温度、制热时效率不高以及吹冷风的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种新型智能空调***，包括室外机和室内机，还包括：
至少一个热管耦合器，所述热管耦合器与所述室外机连接，用于与室外机进行热交换；
设置在热管耦合器表面的室内管温传感器；
设置在室内的室内温湿度传感器，用于采集室内湿空气状态参数；所述室内湿空气状态参数包括空气的干球温度和相对湿度；
设置在室内机上的内机盘管温度传感器；
设置在所述室外机内部的电子膨胀阀，用于开启/关断热管耦合器与室外机的换热通道；
与所述室内管温传感器、室内温湿度传感器、内机盘管温度传感器和电子膨胀阀连接的控制单元，所述控制单元还连接压缩机。
本技术方案不仅可以实现现有空调的功能，如独立使用室内机和室外机的联动，而且完全利用热管耦合器的辐射热交换技术进行制冷或制热，不仅让温度场更加均匀，而且完全实现了无风感，从而提高了使用者的舒适度，并且克服现有技术中无风感空调室内机的智能控制复杂、运行效率低、结构复杂，制造成本高的缺点。
在温度稳定时，室内机主要用于除湿功能以防止凝露，此时室内温湿度传感器是为了防止制冷时出现凝露，利用当前空气绝对含湿量di以及露点温度tli，按内机盘管温度推定地面温度，通过计算露点温度tli与内机盘管温度(地面温度)差值，可以控制内机盘管温度始终高于露点温度tli，从而避免地面出现结露情况：具体控制措施可以通过控制压缩机转速以及匹配电子膨胀阀开度大小来调节，如果地面有凝露风险，电子膨胀阀开度减小，室内机起除湿主要作用，减少对热管耦合器交换热量；如果需要降温或维持，则适度调节电子膨胀阀开度，使制冷剂流经内机保持较高温度，减少室内机换热，使热管耦合器起主要换热作用。
进一步地，还包括与所述控制单元连接的修正模块，所述修正模块用以计算修正系数k，将修正系数k乘以空调的额定功率进行驱动空调运转。
当空调出厂后，由使用空调当地的海拔高度和空气密度，计算修正系数，然后根据修正系数调整空调的额定功率，驱动空调运转。
一种新型智能空调控制方法，包括：
步骤100：开启热管耦合器、室内机和室外机，利用热管耦合器的热辐射交换实现无风感的制冷或制热；
步骤S200：当处于制冷状态时，室内温湿度传感器实时采集室内空气的干球温度和相对湿度，获取当前空气绝对含湿量di以及露点温度tli，根据内机盘管温度传感器检测的内机盘管温度与露点温度tli的差值，控制内机盘管温度始终高于露点温度tli。
既可以实现无风感制冷或制热，又可以防止凝露出现。
进一步地，所述步骤S200具体包括：
步骤S210：根据露点温度tli与内机盘管温度传感器检测的差值，控制电子膨胀阀的开度：
当室内机起除湿作用时，减小电子膨胀阀开度，室内机减少对热管耦合器换热量；
当室内机用于降温或维持温度，增大电子膨胀阀开度，制冷剂经室内机时减少换热，使热管耦合器起主要换热作用；
步骤S220：根据露点温度tli与内机盘管温度传感器检测的差值控制压缩机转速：
控制单元根据室内温湿度传感器实测的室内干球温度Ta和设定的室内干球温度Ts的差值ΔT，ΔT＝Ts-Ta，控制压缩机频率变化Δf∝ΔT，使压缩机的转速发生变化。
可以通过压缩机转速以及匹配膨胀阀开度大小来调节，如果地面有凝露风险，膨胀阀开度减小，内机起除湿主要作用，减少对地面盘管换热量；如果需要以主要降温或维持，则适度调节膨胀阀开度，使制冷剂流经内机保持较高温度，减少内机换热，使地面盘管起主要换热作用。其中温度控制主要由控制单元随室内温湿度传感器检测的室内干球温度Ts以及设定室内干球温度Ta的差值ΔT，ΔT＝Ts-Ta来控制变频压缩机转速发生变化，以上变化关系可以通过模糊控制方式实现，使压缩机频率变化Δf∝ΔT。
进一步地，还包括采用修正系数k修正空调额定制冷量和制热量，具体包括：
步骤A1：计算当地海拔高度和当地空气密度；
步骤A2：设定修正系数k调整空调的额定功率，其中0.5＜k＜1。
进一步地，所述步骤A1中计算当地空气密度的方法为：由实测的湿球温度和海拔高度计算得到当地空气密度，具体如下：
当环境温度t＝－100℃～0℃，
ln(Pq,b)＝C1/T+C2+C3T+C4T2+C5T3+C6T4+C7ln(T) (1)
其中，C1＝-5674.5359，C2＝6.3925247，C3＝-0.9677843E-2，C4＝0.62215701E-6，C5＝0.20747825E-8，C6＝-0.9484024E-12，C7＝4.1635019；
当环境温度t＝0℃～200℃，
ln(Pq,b)＝C8/T+C9+C10T+C11T2+C12T3+C13ln(T) (2)
其中，C8＝-5800.2206，C9＝1.3914993，C10＝-0.04860239，C11＝0.41764768E-4，C12＝0.14452093E-7，C13＝6.5459673；
由(1)和(2)式可以计算出温度T的饱和水蒸气压，T＝t+273.15，水蒸气压Pq由下式计算：
Pq＝P’q,b－A(t－ts)P0 (3)
其中ts为湿球温度，单位℃，Pq单位Pa；P’q,b为对应Ts的函数，ln(P’q,b)＝f(Ts)，函数f同(1)或(2)式，Ts＝ts+273.15，P0为标准大气压，(3)式中A的计算公式：
A＝0.00001(65+6.75/v)，v为流经湿球的空气流速；
湿空气相对湿度Φ计算公式：
Φ＝Pq/Pq,b (4)
含湿量d(g/kg)计算公式：
d＝622(Pq/(P0-Pq)) (5)
湿空气焓值ha(kJ/kg)计算公式：
ha＝1.01t+0.001d(2501+1.84t) (6)
湿空气密度ρ(kg/m3)计算公式：
ρ＝0.00348P0/T–0.0132Pq/T (7)
由(1)-(7)得到当地空气密度。
进一步地，所述步骤A2具体包括：
步骤A21：根据计算得到的当地空气密度和测得的海拔高度，得到当前应该设定的干球温度Ts’；
步骤A22：根据当前设定的干球温度Ts’与设定的干球温度Ts，设定修正系数k，k＝Ts’/Ts；
步骤A23：采用修正系数k调整空调的额定功率，驱动空调运转。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明可以实现无风感以及快速制冷和制热的相互结合，解决了制冷的冷凝温度和制热时效率不高和吹冷风的技术问题。
(2)采用修正系数k来调整空调的额定功率，拓展了现有空调的用途和实用范围。
附图说明
图1为本发明的***原理框图；
其中1-室外机；2-室内机；3-热管耦合器；11-压缩机；12-四通阀；13-风机；14-冷凝器；15-储液罐；16-单向阀；17-电子膨胀阀。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
结合附图1所示，一种新型智能空调***，包括室外机1和室内机2，还包括：
至少一个热管耦合器3，所述热管耦合器3与所述室外机连接，用于与室外机进行热交换；
设置在热管耦合器3表面的室内管温传感器；
设置在室内的室内温湿度传感器，用于采集室内湿空气状态参数；所述室内湿空气状态参数包括空气的干球温度和相对湿度；
设置在室内机2上的内机盘管温度传感器；
设置在所述室外机1内部的电子膨胀阀17，用于开启/关断热管耦合器3与室外机1的换热通道；
与所述室内管温传感器、室内温湿度传感器、内机盘管温度传感器和电子膨胀阀17连接的控制单元，所述控制单元还连接压缩机。
本技术方案不仅可以实现现有空调的功能，如独立使用室内机2和室外机1的联动，而且完全利用热管耦合器3的辐射热交换技术进行制冷或制热，不仅让温度场更加均匀，而且完全实现了无风感，从而提高了使用者的舒适度，并且克服现有技术中无风感空调室内机的智能控制复杂、运行效率低、结构复杂，制造成本高的缺点。
在温度稳定时，室内机2主要用于除湿功能以防止凝露，此时室内温湿度传感器是为了防止制冷时出现凝露，利用当前空气绝对含湿量di以及露点温度tli，按内机盘管温度推定地面温度，通过计算露点温度tli与内机盘管温度(地面温度)差值，可以控制内机盘管温度始终高于露点温度tli，从而避免地面出现结露情况：具体控制措施可以通过控制压缩机转速以及匹配电子膨胀阀开度大小来调节，如果地面有凝露风险，电子膨胀阀开度减小，室内机2起除湿主要作用，减少对热管耦合器3交换热量；如果需要降温或维持，则适度调节电子膨胀阀17开度，使制冷剂流经内机保持较高温度，减少室内机换热，使热管耦合器3起主要换热作用。当空调出厂后，由使用空调当地的海拔高度和空气密度，计算修正系数k，控制单元根据修正系数k调整空调的额定功率，驱动空调运转。
实施例2：
结合附图1所示，一种新型智能空调控制方法，包括：
步骤100：开启热管耦合器3、室内机2和室外机1，利用热管耦合器3的热辐射交换实现无风感的制冷或制热；
步骤S200：当处于制冷状态时，室内温湿度传感器实时采集室内空气的干球温度和相对湿度，获取当前空气绝对含湿量di以及露点温度tli，根据内机盘管温度传感器检测的内机盘管温度与露点温度tli的差值，控制内机盘管温度始终高于露点温度tli，具体地：
步骤S210：根据露点温度tli与内机盘管温度传感器检测的差值，控制电子膨胀阀17的开度：
当室内机2起除湿作用时，减小电子膨胀阀17开度，室内机2减少对热管耦合器3换热量；
当室内机2用于降温或维持温度，增大电子膨胀阀17开度，制冷剂经室内机2时减少换热，使热管耦合器3起主要换热作用；
步骤S220：根据露点温度tli与内机盘管温度传感器检测的差值控制压缩机转速：
控制单元根据室内温湿度传感器实测的室内干球温度Ta和设定的室内干球温度Ts的差值ΔT，ΔT＝Ts-Ta，控制压缩机频率变化Δf∝ΔT，使压缩机的转速发生变化。
可以通过压缩机转速以及匹配电子膨胀阀17开度大小来调节，如果地面有凝露风险，电子膨胀阀17开度减小，室内机2起除湿主要作用，减少对地面盘管换热量；如果需要以主要降温或维持，则适度调节电子膨胀阀17开度，使制冷剂流经内机保持较高温度，减少室内机2换热，使热管耦合器3起主要换热作用。其中温度控制主要由控制单元随室内温湿度传感器检测的室内干球温度Ts以及设定室内干球温度Ta的差值ΔT，ΔT＝Ts-Ta来控制变频压缩机转速发生变化，以上变化关系可以通过模糊控制方式实现，使压缩机频率变化Δf∝ΔT。
进一步地，还包括采用修正系数k修正空调额定制冷量和制热量，具体包括：
步骤A1：计算当地海拔高度和当地空气密度；
步骤A2：设定修正系数k调整空调的额定功率，其中0.5＜k＜1。
进一步地，所述步骤A1中计算当地空气密度的方法为：由实测的湿球温度和海拔高度计算得到当地空气密度，具体如下：
当环境温度t＝－100℃～0℃，
ln(Pq,b)＝C1/T+C2+C3T+C4T2+C5T3+C6T4+C7ln(T) (1)
其中，C1＝-5674.5359，C2＝6.3925247，C3＝-0.9677843E-2，C4＝0.62215701E-6，C5＝0.20747825E-8，C6＝-0.9484024E-12，C7＝4.1635019；
当环境温度t＝0℃～200℃，
ln(Pq,b)＝C8/T+C9+C10T+C11T2+C12T3+C13ln(T) (2)
其中，C8＝-5800.2206，C9＝1.3914993，C10＝-0.04860239，C11＝0.41764768E-4，C12＝0.14452093E-7，C13＝6.5459673；
由(1)和(2)式可以计算出温度T的饱和水蒸气压，T＝t+273.15，水蒸气压Pq由下式计算：
Pq＝P’q,b－A(t－ts)P0 (3)
其中ts为湿球温度，单位℃，Pq单位Pa；P’q,b为对应Ts的函数，ln(P’q,b)＝f(Ts)，函数f同(1)或(2)式，Ts＝ts+273.15，P0为标准大气压，(3)式中A的计算公式：
A＝0.00001(65+6.75/v)，v为流经湿球的空气流速；
湿空气相对湿度Φ计算公式：
Φ＝Pq/Pq,b (4)
含湿量d(g/kg)计算公式：
d＝622(Pq/(P0-Pq)) (5)
湿空气焓值ha(kJ/kg)计算公式：
ha＝1.01t+0.001d(2501+1.84t) (6)
湿空气密度ρ(kg/m3)计算公式：
ρ＝0.00348P0/T–0.0132Pq/T (7)
由(1)-(7)得到当地空气密度。
进一步地，所述步骤A2具体包括：
步骤A21：根据计算得到的当地空气密度和测得的海拔高度，得到当前应该设定的干球温度Ts’；
步骤A22：根据当前设定的干球温度Ts’与设定的干球温度Ts，设定修正系数k，k＝Ts’/Ts；
步骤A23：采用修正系数k调整空调的额定功率，驱动空调运转。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (7)

1.一种新型智能空调***，包括室外机和室内机，其特征在于，还包括：
至少一个热管耦合器，所述热管耦合器与所述室外机连接，用于与室外机进行热交换；
设置在热管耦合器表面的室内管温传感器；
设置在室内的室内温湿度传感器，用于采集室内湿空气状态参数；所述室内湿空气状态参数包括空气的干球温度和相对湿度；
设置在室内机上的内机盘管温度传感器；
设置在所述室外机内部的电子膨胀阀，用于开启/关断热管耦合器与室外机的换热通道；
与所述室内管温传感器、室内温湿度传感器、内机盘管温度传感器和电子膨胀阀连接的控制单元，所述控制单元还连接压缩机。
2.根据权利要求1所述的一种新型智能空调***，其特征在于，还包括与所述控制单元连接的修正模块，所述修正模块用以计算修正系数k，将修正系数k乘以空调的额定功率进行驱动空调运转。
3.一种新型智能空调控制方法，其特征在于，包括：
步骤100：开启热管耦合器、室内机和室外机，利用热管耦合器的热辐射交换实现无风感的制冷或制热；
步骤S200：当处于制冷状态时，室内温湿度传感器实时采集室内空气的干球温度和相对湿度，获取当前空气绝对含湿量di以及露点温度tli，根据内机盘管温度传感器检测的内机盘管温度与露点温度tli的差值，控制内机盘管温度始终高于露点温度tli。
4.根据权利要求3所述的一种新型智能空调控制方法，其特征在于，所述步骤S200具体包括：
步骤S210：根据露点温度tli与内机盘管温度传感器检测的差值，控制电子膨胀阀的开度：
当室内机起除湿作用时，减小电子膨胀阀开度，室内机减少对热管耦合器换热量；
当室内机用于降温或维持温度，增大电子膨胀阀开度，制冷剂经室内机时减少换热，使热管耦合器起主要换热作用；
步骤S220：根据露点温度tli与内机盘管温度传感器检测的差值控制压缩机转速：
控制单元根据室内温湿度传感器实测的室内干球温度Ta和设定的室内干球温度Ts的差值ΔT，ΔT＝Ts-Ta，控制压缩机频率变化Δf∝ΔT，使压缩机的转速发生变化。
5.根据权利要求4所述的一种新型智能空调控制方法，其特征在于，还包括采用修正系数k修正空调额定制冷量和制热量，具体包括：
步骤A1：计算当地海拔高度和当地空气密度；
步骤A2：设定修正系数k调整空调的额定功率，其中0.5＜k＜1。
6.根据权利要求5所述的一种新型智能空调控制方法，其特征在于，所述步骤A1中计算当地空气密度的方法为：由实测的湿球温度和海拔高度计算得到当地空气密度，具体如下：
当环境温度t＝－100℃～0℃，
ln(Pq,b)＝C1/T+C2+C3T+C4T2+C5T3+C6T4+C7ln(T) (1)
其中，C1＝-5674.5359，C2＝6.3925247，C3＝-0.9677843E-2，C4＝0.62215701E-6，C5＝0.20747825E-8，C6＝-0.9484024E-12，C7＝4.1635019；
当环境温度t＝0℃～200℃，
ln(Pq,b)＝C8/T+C9+C10T+C11T2+C12T3+C13ln(T) (2)
其中，C8＝-5800.2206，C9＝1.3914993，C10＝-0.04860239，C11＝0.41764768E-4，C12＝0.14452093E-7，C13＝6.5459673；
由(1)和(2)式可以计算出温度T的饱和水蒸气压，T＝t+273.15，水蒸气压Pq由下式计算：
Pq＝P’q,b－A(t－ts)P0 (3)
其中ts为湿球温度，单位℃，Pq单位Pa；P’q,b为对应Ts的函数，ln(P’q,b)＝f(Ts)，函数f同(1)或(2)式，Ts＝ts+273.15，P0为标准大气压，(3)式中A的计算公式：
A＝0.00001(65+6.75/v)，v为流经湿球的空气流速；
湿空气相对湿度Φ计算公式：
Φ＝Pq/Pq,b (4)
含湿量d(g/kg)计算公式：
d＝622(Pq/(P0-Pq)) (5)
湿空气焓值ha(kJ/kg)计算公式：
ha＝1.01t+0.001d(2501+1.84t) (6)
湿空气密度ρ(kg/m3)计算公式：
ρ＝0.00348P0/T–0.0132Pq/T (7)
由(1)-(7)得到当地空气密度。
7.根据权利要求6所述的一种新型智能空调控制方法，其特征在于，所述步骤A2具体包括：
步骤A21：根据计算得到的当地空气密度和测得的海拔高度，得到当前应该设定的干球温度Ts’；
步骤A22：根据当前设定的干球温度Ts’与设定的干球温度Ts，设定修正系数k，k＝Ts’/Ts；
步骤A23：采用修正系数k调整空调的额定功率，驱动空调运转。
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