CN114427694B - 一种空气源热泵机组除霜控制方法及空气源热泵 - Google Patents

Abstract

一种空气源热泵机组的除霜控制方法，包括：在空气源热泵机组制热时，采集热泵机组制热循环下的环境温度T2和蒸发压力P1，蒸发温度T1由采集的蒸发压力P1通过程序编写公式计算得到，生成差值△T＝T2‑T1随时间变化的曲线方程f(ΔT)，并进行曲线方程f(ΔT)的导数计算，通过导数计算结果得到蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT的变化趋势，依据导数计算结果比较，判断空气源热泵是否需要进行除霜，并通过自动调整变频压缩机和变频风机的频率进行除霜。本发明提供的除霜控制方法在不改变制热循环方向情况下，利用实时调整压缩机和风机的频率进行除霜，解决了能源的浪费、化霜水难处理及影响舒适性的问题。本发明另外提出了实现这种方法的空气源热泵。

Description

一种空气源热泵机组除霜控制方法及空气源热泵

技术领域

本发明涉及空气源热泵技术领域，特别是涉及一种基于变频技术的空气源热泵机组除霜控制方法。

背景技术

空气源热泵机组在冬季制热工况运行一段时间后，环境温度低于0℃时翅片换热器表面会结霜，翅片换热器结霜会堵塞翅片间通道，增加空气流动阻力，使翅片换热器换热能力下降。随着结霜的不断进行，翅片换热器上的霜层逐渐加厚，机组循环回路的换热效率也会急剧下降，进而导致了机组的制热量输出也出现了衰减。结霜再严重的情况下会冻漏翅片换热器，使空气源热泵机组不能继续正常工作，影响人们的正常取暖。因此空气源热泵机组在制热运行时就要经常检测翅片换热器的结霜情况，判断是否需要进行除霜，保证热泵机组能够高效的运行。

空气源热泵机组最常见的除霜方法有热气旁通除霜和四通换向阀反向除霜。热气旁通除霜不需要改变热泵机组的制热循环方向，对需要除霜的翅片换热器通入高温制冷剂达到除霜的目的，此除霜方法控制简单，但是因为有一部分高温制冷剂用于翅片换热器的除霜而影响了热泵机组的能效，造成了能源的浪费，同时还影响供暖效果，此除霜方法还存在化霜水不易处理迅速结冰的问题。四通换向阀反向除霜也是目前普通使用的一种除霜方法，机组需要除霜时四通换向阀动作，改变热泵机组的工作循环方向，由制热循环改为制冷循环，同时风机停止工作，高温的制冷剂排入翅片换热器进行除霜。除霜过程是一个制冷运行过程，不仅不能制热水，同时还需要消耗用户侧热水的热量，降低温度后的热水还要排放到热水侧，使水温进一步降低，影响用户的舒适度。待除霜结束热泵机组还需要把降低的水温重新拉上来，不得不说这也是一种能源的浪费。同热气除霜方法同样存在化霜水不易处理很快又会结冰的问题。

因此，空气源热泵技术领域需要一种新的除霜控制方法来解决上述等问题。

发明内容

基于此，为了解决现有空气源热泵机组除霜技术中的上述问题，本发明提供了一种空气源热泵机组利用变频技术的除霜控制方法。空气源热泵机组包括变频压缩机、翅片换热器、壳管换热器、变频风机、四通换向阀和膨胀阀、计算模块和控制器等。除霜控制方法包括在空气源热泵机组制热时，采集热泵机组制热循环下的环境温度T2和蒸发压力P1,蒸发温度T1由采集的蒸发压力P1通过程序编写公式计算得到，生成差值△T＝T2-T1随时间变化的曲线方程f(ΔT)，并进行曲线方程f(ΔT)的导数计算，通过导数计算结果得到蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT的变化趋势，依据导数计算结果比较检测翅片换热器的结霜程度，判断空气源热泵是否需要进行除霜，并通过自动调整变频压缩机和变频风机的频率进行除霜。

作为进一步改进，当热泵机组制热循环下的蒸发温度T1和环境温度T2差值ΔT＝T2-T1逐渐增大至出现拐点时，即f’(ΔT)＞0且f”(ΔT)＝0时，变频风机自动调至最高频率，变频压缩机自动调至最低频率，从而减少换热器的结霜，空气源热泵进入除霜模式。

作为进一步改进，曲线方程f(ΔT)不满足f’(ΔT)＞0且f”(ΔT)＝0时，空气源热泵机组维持制热模式。

作为进一步改进，当变频压缩机调至最低频率，变频风机调至最高频率后，蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)仍在增大，即不满足f’(ΔT)<0将热气旁通打开进行除霜。

作为进一步改进，当空气源热泵进入除霜模式后，当蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)开始减小时，即满足f’(ΔT)<0时可自动适当调大变频压缩机频率，空气源热泵机组逐渐恢复制热功能。

作为进一步改进，蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)不再变化时，即满足f’(ΔT)＝0变频压缩机可根据制热需求自动调节频率至正常工作状态。

作为进一步改进，当变频压缩机频率调至工频50Hz时，蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)仍在减小，即满足f’(ΔT)<0时变频风机频率调低至正常工作，热泵机组进入制热模式，蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)不减小，即不满足f’(ΔT)<0保持变频风机最大频率不变，进行除霜。

作为进一步改进，通过低压传感器采集低压P1数据，并通过内部转换将低压P1转换为蒸发温度T1数据，环境温度T2通过温度传感器进行采集。

还提供了一种空气源热泵，包括变频压缩机、换热器、变频风机、四通换向阀、膨胀阀、温度传感器、低压压力传感器、计算模块和控制器，所述低压压力传感器安装在所述变频压缩机吸气管上。用于执行前述之除霜控制方法。

本发明的有益效果：本发明提供的空气源热泵机组除霜控制方法,在不改变制热循环方向情况下，利用实时调整压缩机和风机的频率，减少换热器的结霜程度，并利用风机高频率工作使霜进行升华，以达到除霜目的。本发明能够按照空气源热泵运行的要求按需实时除霜，减少了除霜能耗，一定范围内解决能源浪费问题。同时，在开启热气旁通进行除霜后利用风机反转将化霜水吹落，解决了翅片换热器上化霜水难处理的问题。另外，在空气源热泵进行除霜时，可以通过逐渐调高压缩机频率，空气源热泵可以提供一定的制热量供人们使用，解决了影响舒适性的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所公开的基于变频技术的空气源热泵机组除霜控制方法流程图；

图2为本发明一实施例所公开的基于变频技术的空气源热泵机组除霜控制方法流程图；

图3为本发明提供的一实施例所公开的基于变频技术的空气源热泵机组除霜控制方法结构框图。

具体实施方式

下面结合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，对于未特别注明的结构和工艺，均为本领域的常规现有技术。

一种空气源热泵机组，包括变频压缩机、翅片换热器、壳管换热器、变频风机、四通换向阀、膨胀阀、温度传感器、低压压力传感器、计算模块和控制器，低压压力传感器安装在变频压缩机吸气管上。如图1所示，一种基于变频技术的空气源热泵机组除霜控制方法为在空气源热泵机组制热时，采集热泵机组制热循环下的环境温度T2和蒸发压力P1,蒸发温度T1由采集的蒸发压力P1通过程序编写公式计算得到，生成差值△T＝T2-T1随时间变化的曲线方程f(ΔT)，并进行曲线方程f(ΔT)的导数计算，通过导数计算结果得到蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT的变化趋势，依据导数计算结果比较检测翅片换热器的结霜程度，判断空气源热泵是否需要进行除霜，并通过自动调整变频压缩机和变频风机的频率进行除霜或维持正常的制热模式。

如图3所示，采集环境温度T2和蒸发温度T1，在一个实施例中，通过环境温度传感器监测热泵机组所处环环境温度T2并进行数据采集，通过安装在压缩机吸气管上的低压压力传感器监测蒸发压力P1并进行数据采集，通过计算模块程序内部公式计算将蒸发压力P1转换为蒸发温度T1。

如图3所示，将一系列蒸发温度T1与环境温度T2通过通讯模块传输到计算模块计算差值ΔT＝T2-T1，并把计算得到的一系列差值ΔT自动生成ΔT随时间变化的方程f(ΔT)。

如图2所示，由计算模块实时计算方程f(ΔT)的一阶导数f’(ΔT)是否大于0且二阶导数f”(ΔT)是否等于0，判断是否需要调节变频压缩机和变频风机的频率进行除霜。当f’(ΔT)＞0且f”(ΔT)＝0时，即f(ΔT)出现拐点，说明ΔT逐渐增大蒸发温度T1降低的速度变慢，此时结霜量即将达到最大，如图3所示，将上述导数计算结果传输给控制器，由控制器发出指令将变频风机频率自动调至最大，变频压缩机频率自动调至最低，以减少翅片换热器内的制冷剂吸收空气中的热量，减少结霜，使翅片换热器上的霜层吸收空气中的水蒸气凝结后放出的热量，以达到除霜的目的，由于通过实时采集数据并通过计算判断换热器的结霜程度后进行除霜，因此本除霜方法及时有效，减少了因除霜产生的能耗，有效地节约了能源，同时通过调至最大频率的风机将霜进行升华或者通过风机反转将热气旁通除霜后的融霜水吹落，解决了翅片上融霜水再次结霜的问题；如果不满足f’(ΔT)＞0且f”(ΔT)＝0条件时，则不需要进入除霜模式，空气源热泵机组维持原制热模式。

风机频率自动调至最大压缩机频率自动调至最低进入除霜模式后，仍然持续采集环境温度T2和蒸发压力P1,蒸发温度T1由采集的蒸发压力P1通过程序编写公式计算得到，并通过计算模块计算方程f(ΔT)一阶导数f’(ΔT)的大小，当计算的一阶导数f’(ΔT)＜0，说明蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT(ΔT＝T2-T1)不再增大开始减小，说明变频风机频率调至最大且变频压缩机频率调至最小频率起到了除霜的效果。

如图2所示，在一个实施例中，风机频率自动调至最大压缩机频率自动调至最低后，计算方程f(ΔT)一阶导数f’(ΔT)不是小于零，则说明蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT(ΔT＝T2-T1)仍然增大，说明将压缩机频率调至最低且风机频率调至最高时，不能有效把霜除掉，这时需要将热气旁通打开进行除霜，此时热泵机组制热循环没有发生改变仍在进行制热，翅片换热器上的霜被旁通的高温制冷剂热气除掉以后，部分水珠粘附在翅片换热器上，利用风机反转将其吹落。

如图2所示，在一个实施例中，风机频率自动调至最大压缩机频率自动调至最低进入除霜模式后，仍然持续采集环境温度T2和和蒸发压力P1，蒸发温度T1由采集的蒸发压力P1通过程序编写公式计算得到，并通过计算模块计算方程f(ΔT)一阶导数f’(ΔT)的大小，当蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT(ΔT＝T2-T1)不再增大开始减小，即方程f(ΔT)一阶导数f’(ΔT)＜0时，可以判断通过将风机至最大频率且调整压缩机到最小频率起到了除霜的效果后，通过控制器发出指令，自动将压缩机频率逐渐调高，热泵机组可以提供一定的制热量供人们使用，在除霜的同时保证了使用的舒适度。

如图2所示，在一个实施例中，蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT(ΔT＝T2-T1)不再增大开始减小过程中，持续采集环境温度T2和蒸发压力P1,蒸发温度T1由采集的蒸发压力P1通过程序编写公式计算得到，并通过计算模块计算f’(ΔT)的数值，当满足满足f’(ΔT)＝0时，说明蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT不在发生变化，完成除霜工作，此时由控制器发出指令，压缩机恢复正常制热工作模式。实时检测除霜工作的完成情况，及时恢复正常的制热模式，保证除霜效率的同时提高了空气源热泵的制热效率，降低了能耗。

如图2所示，在一个实施例中，蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT(ΔT＝T2-T1)不再增大开始减小，逐渐调大变频压缩机的频率，持续采集环境温度T2和蒸发压力P1，蒸发温度T1由采集的蒸发压力P1通过程序编写公式计算得到，并通过计算模块计算f’(ΔT)的数值，当变频压缩机频率调至工频50Hz时，蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)仍在减小，即满足f’(ΔT)<0时由控制器发出指令，变频风机频率调至正常工作，热泵机组进入制热模式，蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)不减小，即不满足f’(ΔT)<0保持变频风机最大频率不变，进行除霜。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种空气源热泵机组的除霜控制方法，其特征在于：在空气源热泵机组制热时，采集热泵机组制热循环下的环境温度T2和蒸发压力P1，蒸发温度T1由采集的蒸发压力P1通过程序编写公式计算得到，生成差值△T＝T2-T1随时间变化的曲线方程f(ΔT)，并进行曲线方程f(ΔT)的导数计算，通过导数计算结果得到蒸发温度T1与环境温度T2的差值ΔT的变化趋势，依据导数计算结果比较，判断空气源热泵是否需要进行除霜，并通过自动调整变频压缩机和变频风机的频率进行除霜；

当热泵机组制热循环下的蒸发温度T1和环境温度T2差值ΔT＝T2-T1逐渐增大至出现拐点时，即f’(ΔT)＞0且f”(ΔT)＝0时，变频风机自动调至最高频率，变频压缩机自动调至最低频率，从而减少换热器的结霜，空气源热泵进入除霜模式。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵机组的除霜控制方法，其特征在于：曲线方程f(ΔT)不满足f’(ΔT)＞0且f”(ΔT)＝0时，空气源热泵机组维持制热模式。

3.根据权利要求2所述的空气源热泵机组的除霜控制方法，其特征在于：当变频压缩机调至最低频率，变频风机调至最高频率后，蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)仍在增大，即不满足f’(ΔT)<0将热气旁通打开进行除霜。

4.根据权利要求2所述的空气源热泵机组的除霜控制方法，其特征在于：当空气源热泵进入除霜模式后，当蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)开始减小时，即满足f’(ΔT)<0时可自动适当调大变频压缩机频率，空气源热泵机组逐渐恢复制热功能。

5.根据权利要求4所述的空气源热泵机组的除霜控制方法，其特征在于：蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)不再变化时，即满足f’(ΔT)＝0变频压缩机可根据制热需求自动调节频率至正常工作状态。

6.根据权利要求4所述的空气源热泵机组的除霜控制方法，其特征在于：当变频压缩机频率调至工频50Hz时，蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)仍在减小，即满足f’(ΔT)<0时变频风机频率调低至正常工作，热泵机组进入制热模式，蒸发温度T1与环境温度T2的差值△T(△T＝T2-T1)不减小，即不满足f’(ΔT)<0保持变频风机最大频率不变，进行除霜。

7.根据权利要求1所述的空气源热泵机组的除霜控制方法，其特征在于：通过低压传感器采集低压P1数据，并通过内部转换将低压P1转换为蒸发温度T1数据，环境温度T2通过温度传感器进行采集。

8.一种空气源热泵，其特征在于：所述空气源热泵使用如权利要求1-7任一项所述的除霜控制方法进行除霜。