CN116642225A - 一种冷凝热回收恒温恒湿空调***及其除霜控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷凝热回收恒温恒湿空调***及其除霜控制方法，***包括：恒温恒湿机组；所述恒温恒湿机组包括壳体、设置于壳体内沿风向依次排布的新风温度探头、第一换热器、第二换热器、出风温度探头、加湿器以及送风机、设置于壳体外的压缩机、四通阀、室外换热器和室外风机；除霜状态下，四通阀换向，所述压缩机的输出端一路通过再热电动球阀、第二换热器、电子膨胀阀、第一换热器后经四通阀连接至所述压缩机的输入端，所述压缩机的输出端另一路通过四通阀、冷凝电动球阀、室外换热器、电子膨胀阀、第一换热器后再经四通阀连接至所述压缩机的输入端。本发明通过冷凝热替代电加热来维持除霜时室内的温度，节约成本、降低能耗。

Description

一种冷凝热回收恒温恒湿空调***及其除霜控制方法
技术领域
本发明涉及空调控制技术领域，特别涉及一种冷凝热回收恒温恒湿空调***及其除霜控制方法。
背景技术
恒温恒湿空调机大多数应用在对温度和湿度精度要求特别高的场合，如电子工业、仪器仪表、精密机械、生物工程、食品饮料、医药卫生等场所，这些场所的温度和湿度精度将直接影响产品的质量、储存。
在制热模式下，恒温恒湿空调***的室外换热器通常会出现结霜的情况，进而影响到了空调的制热效果；因此，需要及时的对室外换热器进行除霜。目前，传统的除霜控制方法是，将四通阀换向以使冷媒逆向流动的方式进行除霜，并在除霜时通过电加热去补偿来维持除霜时室内温湿度；但该方法的控制精度较低，容易造成较大的温湿度波动，而温湿度的波动容易给电子工业、仪器仪表、精密机械、生物工程、食品饮料、医药卫生等场所造成不可逆的损失；此外，采用电加热的方式，机组的初投资高、能耗高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种冷凝热回收恒温恒湿空调***及其除霜控制方法，解决现有技术中传统恒温恒湿空调***在除霜时通过电加热去补偿来维持除霜时室内温湿度，导致机组的初投资高、能耗高等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种冷凝热回收恒温恒湿空调***，包括恒温恒湿机组；所述恒温恒湿机组包括壳体、设置于壳体内沿风向依次排布的新风温度探头、第一换热器、第二换热器、出风温度探头、加湿器以及送风机、设置于壳体外的压缩机、四通阀、室外换热器和室外风机；除霜状态下，四通阀换向，所述压缩机的输出端一路通过再热电动球阀、第二换热器、电子膨胀阀、第一换热器后经四通阀连接至所述压缩机的输入端，所述压缩机的输出端另一路通过四通阀、冷凝电动球阀、室外换热器、电子膨胀阀、第一换热器后再经四通阀连接至所述压缩机的输入端。
结合第一方面，优选地，所述空调***在制热状态下，所述压缩机的输出端一路通过再热电动球阀、第二换热器、室外换热器、冷凝电动球阀后经四通阀连接至所述压缩机的输入端，所述压缩机的输出端另一路通过四通阀、第一换热器、电子膨胀阀、室外换热器、冷凝电动球阀后再经四通阀连接至所述压缩机的输入端。
结合第一方面，优选地，还包括恒温恒湿室，所述恒温恒湿机组通过送风风管与恒温恒湿室连接。
结合第一方面，优选地，所述恒温恒湿室上设置有排风机，所述排风机的出口连接排风风管，所述排风风管上设置有温湿度传感器。
结合第一方面，优选地，所述压缩机的输出端与四通阀之间的管路上设置有冷凝压力传感器；所述四通阀与压缩机输入端之间的管路上设置有蒸发压力传感器；所述压缩机的两端分别配置有压缩机顶部温度传感器和压缩机底部温度传感器。
结合第一方面，优选地，所述冷凝电动球阀和再热电动球阀的调节开度范围均为0-3000p。第二方面，本发明提供了一种适用于第一方面任一所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***的除霜控制方法，所述方法包括：
根据所监测到的所述空调***达到进入除霜条件时，将压缩机的频率调至H1，其中，H1表示预设的第一频率；
确保所述压缩机的频率在预设的第一时间间隔内稳定在H1后，关闭四通阀以使所述四通阀换向，同时将冷凝电动球阀的开度调节至预设的第一开度、将电子膨胀阀的开度调至预设的第二开度；
经过预设的第二时间间隔后，将压缩机的频率调至H2，同时关闭室外风机，并将送风机和排风机的频率均调至H，其中，H2表示预设的第二频率，H表示除霜频率；
达到除霜结束的条件时，将压缩机的频率调至H1；
确保所述压缩机的频率在预设的第一时间间隔内稳定在H1后，开启四通阀以使所述四通阀再次换向，同时将冷凝电动球阀的开度调回至3000p、将电子膨胀阀的开度调回至正常运行的开度；
经过预设的第二时间间隔后，将压缩机、送风机和排风机的频率均调回至各自正常运行的频率，同时开启室外风机。
结合第二方面，优选地，所述预设的第一开度为1000p，所述预设的第二开度为180p。
结合第二方面，优选地，所述空调***达到进入除霜条件的判断步骤包括：
压缩机制热启动后检测新风温度；
若新风温度≤X，则监测压缩机制热运行时间T是否满足T≥Y；若满足T≥Y，则周期性监测新风温度、压缩机频率、排风温湿度传感器温度，并分别计算当前周期内新风温度变化率a1、压缩机频率变化率a2、排风温度变化率a3，根据a1和a2计算出a：a＝a1/(a2*0.24)；其中，X表示预设的温度阈值，Y表示预设的第一时间阈值；
若a≤0.8且a3≤-2，则直接进入除霜模式；否则等到压缩机制热运行时间T≥Q时进入除霜模式，其中Q>Y，Q表示预设的第二时间阈值；
若新风温度>X，则等到压缩机制热运行时间T≥Z时进入除霜模式，其中，Z>Y，Z表示预设的第三时间阈值。
结合第二方面，优选地，X的取值为12℃；Y的取值为40min；Z的取值为120min；Q的取值为80min；所述新风温度、压缩机频率、排风温湿度传感器温度的监测周期为40秒/次。
结合第二方面，优选地，所述达到除霜结束的条件包括：
冷凝压力传感器监测到的压力≥预设的冷凝压力阈值、或压缩机顶部温度≥预设的温度阈值、或除霜时间≥预设的时间阈值。
结合第二方面，优选地，H1的取值范围为30HZ～50HZ；H2的取值范围为70HZ～90HZ；H的取值范围为20HZ～50HZ；所述第一时间间隔和第二时间间隔均为5秒。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供的冷凝热回收恒温恒湿空调***在除霜模式下运行时，第一换热器转换为蒸发器，室外换热器转换为冷凝器用以除霜，第二换热器转换为冷凝器，第二换热器的第一端直接与压缩机排气口连接，通过冷凝热替代传统电加热的方式来维持除霜时恒温恒湿室内的温度，不仅降低了成本，而且能耗低；
本发明提供的除霜控制方法中通过对新风温度变化率a1、压缩机频率变化率a2及回风温度变化率a3进行计算，来确定是否进入除霜的条件，使得化霜的周期更合理，有效避免了误除霜的情况发生；
本发明综合除霜时间和室内温湿度波动，除霜状态下，控制再热电动球阀的开度为3000P，冷凝电动球阀的开度为1000p，使冷凝负荷分配一部分用于除霜，一部分用于维持室内温度；同时降低送风机和排风机的频率，在不改变室内压差的前提下，大大减少了恒温恒湿室内温湿度的波动。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种冷凝热回收恒温恒湿空调***的结构原理图；
图2是本发明实施例提供的一种冷凝热回收恒温恒湿空调***的除霜控制方法的控制逻辑示意图；
图3是本发明实施例提供的空调***达到进入除霜条件的判断流程示意图；
图中：1、壳体；1-1、新风温度探头；1-2、第一换热器；1-3、第二换热器；1-4、出风温度探头；1-5、加湿器；1-6、送风机；1-7、电子膨胀阀；1-8温湿度传感器；2、压缩机；3、冷凝压力传感器；4、冷凝电动球阀；5、再热电动球阀；6、室外换热器；7、室外风机；8、蒸发压力传感器；9、压缩机底部温度；10、四通阀；11、压缩机顶部温度传感器；12、送风风管；13、排风风管；14、恒温恒湿室；15、排风机。
具体实施方式
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符"/"，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一：
如图1所示，本实施例介绍一种冷凝热回收恒温恒湿空调***，包括恒温恒湿机组和恒温恒湿室14，所述恒温恒湿机组通过送风风管12与恒温恒湿室14连接；所述恒温恒湿室上设置有排风机，所述排风机的出口连接排风风管，所述排风风管上设置有温湿度传感器。其中，恒温恒湿机组包括壳体1、设置于壳体内沿风向依次排布的新风温度探头1-1、第一换热器1-2、第二换热器1-3、出风温度探头1-4、加湿器1-5以及送风机1-6；设置于壳体1外的压缩机2、四通阀10、室外换热器6和室外风机7；除霜状态下，四通阀10换向，所述压缩机2的输出端一路通过再热电动球阀5、第二换热器1-3、电子膨胀阀1-7、第一换热器1-2后经四通阀10连接至所述压缩机2的输入端，所述压缩机2的输出端另一路通过四通阀10、冷凝电动球阀4、室外换热器6、电子膨胀阀1-7、第一换热器1-2后再经四通阀10连接至所述压缩机2的输入端。
进一步的，在制热状态下，压缩机2的输出端一路通过再热电动球阀5、第二换热器1-3、室外换热器6、冷凝电动球阀4后经四通阀10连接至所述压缩机2的输入端，所述压缩机2的输出端另一路通过四通阀10、第一换热器1-2、电子膨胀阀1-7、室外换热器6、冷凝电动球阀4后再经四通阀10连接至所述压缩机2的输入端。
可选的，所述压缩机2的输出端与四通阀10之间的管路上设置有冷凝压力传感器3；所述四通阀10与压缩机2输入端之间的管路上设置有蒸发压力传感器9；所述压缩机2的两端分别配置有压缩机顶部温度传感器11和压缩机底部温度传感器9。
其中，新风温度探头1-1、电子膨胀阀1-7、温湿度传感器1-9、冷凝压力传感器3、蒸发压力传感器8、压缩机顶部温度传感器11、压缩机底部温度传感器9、冷凝电动球阀4、再热电动球阀5、四通阀10等均与控制***连接；送风机1-6与排风机1-8均是变频风机，可时刻调节送风量和排风量，以满足室内压差需求；压缩机2为变频压缩机，压缩机2输出负荷主要根据温湿度传感器1-8检测温度与目标温度差值来确定，具体是一种PID调节方式；加湿器1-5为电热加湿器，加湿器1-5输出主要根据温湿度传感器1-8检测湿度与目标湿度差值确定，具体是也一种PID调节方式。
可选的，所述冷凝电动球阀4和再热电动球阀5的调节开度范围均为0-3000p；进一步说明的是：再热电动球阀5与冷凝电动球阀4制热运行时两阀开度均开至3000p；除霜运行时，四通阀掉电由ON转为OFF，同时冷凝电动球阀4关至1000p，电子膨胀阀的开度调至180p，以分配冷凝负荷，一部分用于除霜，一部分用于维持室内温度。
实施例二：
参照2所示，基于实施例一，本发明提供了一种适用于上述的一种冷凝热回收恒温恒湿空调***的除霜控制方法，所述方法包括：
根据所监测到的所述空调***达到进入除霜条件时，将压缩机2的频率调至H1；
确保所述压缩机2的频率在预设的第一时间间隔内稳定在H1后，关闭四通阀10以使所述四通阀10换向，同时将冷凝电动球阀4的开度调节至1000p、将电子膨胀阀1-7的开度调至180p，其中，H1表示预设的第一频率；
经过预设的第二时间间隔后，将压缩机2的频率调至H2，同时关闭室外风机7，并将送风机1-6和排风机15的频率均调至H，其中，H2表示预设的第二频率，H表示除霜频率；
达到除霜结束的条件时，将压缩机2的频率调至H1；
确保所述压缩机2的频率在预设的第一时间间隔内稳定在H1后，开启四通阀10以使所述四通阀40再次换向，同时将冷凝电动球阀4的开度调回至3000p、将电子膨胀阀1-7的开度调回至正常运行的开度；
经过预设的第二时间间隔后，将压缩机2、送风机1-6和排风机15的频率均调回至各自正常运行的频率，同时开启室外风机7。
可选的，H1的取值范围为30HZ～50HZ；H2的取值范围为70HZ～90HZ；H的取值范围为20HZ～50HZ；所述第一时间间隔和第二时间间隔均为5秒。
需要说明的是，再热电动球阀5无论是在制热运行时还是除霜运行时的球阀开度均保持在3000p。
可选的，所述达到除霜结束的条件包括：
冷凝压力传感器3监测到的压力≥预设的冷凝压力阈值、或压缩机顶部温度≥预设的温度阈值、或除霜时间≥预设的时间阈值；其中，冷凝压力阈值优选为3.0MP；温度阈值优选为95℃；时间阈值优选为10min。
作为本发明的一种实施例，所述空调***达到进入除霜条件的判断步骤包括：
步骤1：压缩机制热启动后检测新风温度，并判断新风温度是否≤X，其中，X表示预设的温度阈值；若是，则执行步骤2，若否，则执行步骤3；
步骤2：监测压缩机制热运行时间是否≥Y，其中，Y表示预设的第一时间阈值，若是，则执行步骤4，若否，则执行步骤1；
步骤3：监测压缩机制热运行时间是否≥Z，其中Z>Y，Z表示预设的第三时间阈值；若是，则执行步骤7，若否，则执行步骤1；
步骤4：周期性监测新风温度、压缩机频率、排风温湿度传感器温度，并分别计算当前周期内新风温度变化率a1、压缩机频率变化率a2、排风温度变化率a3；根据a1和a2计算出a：a＝a1/(a2*0.24)；
步骤5：判断是否满足a≤0.8且a3≤-2，若是，则执行步骤7，若否，则执行步骤6；
步骤6：判断压缩机制热运行时间是否≥Q，其中Q>Y，Q表示预设的第二时间阈值；若是，则执行步骤7，若否，则执行步骤4；
步骤7：进入除霜模式。
可选的，X的取值为12℃；Y的取值为40min；Z的取值为120min；Q的取值为80min；新风温度、压缩机频率、排风温湿度传感器温度的监测周期为40秒/次，具体参照图3所示，为本发明达到进入除霜条件流程的一种实施例。
综上所述，本发明实施例中冷凝电动球阀4开度设为比例3：1综合了除霜时间和室内温湿度波动，能够分配冷凝负荷的最佳开度；通过对新风温度变化率a1、压缩机频率变化率a2及回风温度变化率a3进行计算，来确定是否进入除霜的条件，使得化霜的周期更合理，避免误除霜；此外，送风机1-6与排风机1-8相互配合，在除霜过程中，降低了风量，提升了送风温度，保证了恒温恒湿室14内压差无波动；本发明通过冷凝热替代传统电加热的方式来解决除霜所需的热补偿，不仅降低了成本，而且能耗低，适合推广运用。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷凝热回收恒温恒湿空调***，其特征在于，包括恒温恒湿机组；所述恒温恒湿机组包括壳体、设置于壳体内沿风向依次排布的新风温度探头、第一换热器、第二换热器、出风温度探头、加湿器以及送风机、设置于壳体外的压缩机、四通阀、室外换热器和室外风机；除霜状态下，四通阀换向，所述压缩机的输出端一路通过再热电动球阀、第二换热器、电子膨胀阀、第一换热器后经四通阀连接至所述压缩机的输入端，所述压缩机的输出端另一路通过四通阀、冷凝电动球阀、室外换热器、电子膨胀阀、第一换热器后再经四通阀连接至所述压缩机的输入端。
2.根据权利要求1所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***，其特征在于，所述空调***在制热状态下，所述压缩机的输出端一路通过再热电动球阀、第二换热器、室外换热器、冷凝电动球阀后经四通阀连接至所述压缩机的输入端，所述压缩机的输出端另一路通过四通阀、第一换热器、电子膨胀阀、室外换热器、冷凝电动球阀后再经四通阀连接至所述压缩机的输入端。
3.根据权利要求1所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***，其特征在于，还包括恒温恒湿室，所述恒温恒湿机组通过送风风管与恒温恒湿室连接。
4.根据权利要求2所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***，其特征在于，所述恒温恒湿室上设置有排风机，所述排风机的出口连接排风风管，所述排风风管上设置有温湿度传感器。
5.根据权利要求1所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***，其特征在于，所述压缩机的输出端与四通阀之间的管路上设置有冷凝压力传感器；所述四通阀与压缩机输入端之间的管路上设置有蒸发压力传感器；所述压缩机的两端分别配置有压缩机顶部温度传感器和压缩机底部温度传感器。
6.一种适用于权利要求1～5任一所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***的除霜控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据所监测到的所述空调***达到进入除霜条件时，将压缩机的频率调至H1，其中，H1表示预设的第一频率；
确保所述压缩机的频率在预设的第一时间间隔内稳定在H1后，关闭四通阀以使所述四通阀换向，同时将冷凝电动球阀的开度调节至预设的第一开度、将电子膨胀阀的开度调至预设的第二开度；
经过预设的第二时间间隔后，将压缩机的频率调至H2，同时关闭室外风机，并将送风机和排风机的频率均调至H，其中，H2表示预设的第二频率，H表示除霜频率；
达到除霜结束的条件时，将压缩机的频率调至H1；
确保所述压缩机的频率在预设的第一时间间隔内稳定在H1后，开启四通阀以使所述四通阀再次换向，同时将冷凝电动球阀的开度调回至3000p、将电子膨胀阀的开度调回至正常运行的开度；
经过预设的第二时间间隔后，将压缩机、送风机和排风机的频率均调回至各自正常运行的频率，同时开启室外风机。
7.根据权利要求6所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***的除霜控制方法，其特征在于，所述空调***达到进入除霜条件的判断步骤包括：
压缩机制热启动后检测新风温度；
若新风温度≤X，则监测压缩机制热运行时间T是否满足T≥Y；若满足T≥Y，则周期性监测新风温度、压缩机频率、排风温湿度传感器温度，并分别计算当前周期内新风温度变化率a1、压缩机频率变化率a2、排风温度变化率a3，根据a1和a2计算出a：a＝a1/(a2*0.24)；其中，X表示预设的温度阈值，Y表示预设的第一时间阈值；
若a≤0.8且a3≤-2，则直接进入除霜模式；否则等到压缩机制热运行时间T≥Q时进入除霜模式，其中Q>Y，Q表示预设的第二时间阈值；
若新风温度>X，则等到压缩机制热运行时间T≥Z时进入除霜模式，其中，Z>Y，Z表示预设的第三时间阈值。
8.根据权利要求7所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***的除霜控制方法，其特征在于，X的取值为12℃；Y的取值为40min；Z的取值为120min；Q的取值为80min；所述新风温度、压缩机频率、排风温湿度传感器温度的监测周期为40秒/次。
9.根据权利要求6所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***的除霜控制方法，其特征在于，所述达到除霜结束的条件包括：
冷凝压力传感器监测到的压力≥预设的冷凝压力阈值、或压缩机顶部温度≥预设的温度阈值、或除霜时间≥预设的时间阈值。
10.根据权利要求6所述的冷凝热回收恒温恒湿空调***的除霜控制方法，其特征在于，H1的取值范围为30HZ～50HZ；H2的取值范围为70HZ～90HZ；H的取值范围为20HZ～50HZ；所述第一时间间隔和第二时间间隔均为5秒。
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