CN1448674A - 风冷热泵空调化霜控制方法 - Google Patents

Abstract

风冷热泵空调化霜控制方法是一种通过测定蒸发器出口风速来实现的。本发明首先对***进行仿真模拟，得出蒸发温度和蒸发器出口风速的关系。再根据安装在蒸发器出口的风速传感器测到的风速算出蒸发温度，根据蒸发器表面温度和蒸发温度的关系得到蒸发器表面温度，然后根据蒸发器表面温度来确定是否化霜。最后根据蒸发器出口风速是否达到正常运行时的阈值来确定是否结束化霜。通过这样的化霜控制方法，不仅简单易行，而且可以很好的节约能源，克服了传统化霜控制技术的缺点，很好的控制化霜。

Description

风冷热泵空调化霜控制方法

技术领域

本发明涉及的是风冷热泵空调***化霜控制方法，特别是一种通过测定风冷热泵空调室外机蒸发器出口风速来控制化霜时刻的方法。属于热能工程和制冷与空调技术领域。

背景技术

以室外空气为热源的热泵空调，当蒸发器表面温度低于0℃时，空气中的水分会在蒸发器表面凝结成霜。霜层覆盖在蒸发器表面，阻碍了盘管和翅片与空气的接触，大大降低了换热器的传热效率。随着霜层厚度的增加，使风道截面变小，风量减小，换热条件不断恶劣，蒸发器表面温度不断降低，从而使蒸发温度也不断降低，制热量也不断减少。甚至使通道完全阻塞，使热泵无法工作。因此风冷。热泵***在冬季运行时，需要定时地化霜，而化霜控制是其中较难的一个环节。

化霜控制，即确定化霜开始时间和结束时间，成为目前热泵空调研究的一个重点。已有技术中，陈汝东和许东晟在《制冷装置除霜方法的研究》(《同济大学学报》，1998年26卷5期，566-569页)一文中叙述和研究的自动化霜开始和结束的控制方法主要有：

1)时间控制化霜。根据经验确定化霜周期和持续时间，用一个时间控制器，接通化霜装置，开始化霜；化霜持续指定的时间间隔切断化霜装置。这是一种普遍的化霜控制方法，但是有其局限性，在室外空气干球温度高于0℃，或者空气湿度很低的时候，可能蒸发器表面没有结霜，却定时的接通化霜装置，浪费能源，并且影响室内空气舒适度。

2)温差控制化霜。同工况下空气与蒸发器内工质的温差基本不变。蒸发器表面结霜后，传热显著变差，两者之间的温差变大。利用这个变化，用两个温敏元件分别测空气温度和蒸发温度，根据温差发出化霜开始和终止信号。使用这种方法时，控制***本身和温差范围的预定都较难，对热泵空调负荷的变化很敏感。同时如果室外风机出了故障会频繁的接通化霜装置，直到停机，浪费能源。

3)微压差控制化霜。空气流过蒸发器时的压力降与结霜厚度有关，霜层越厚，压力降越大。这样，可用微压差控制器感应蒸发器进、出口的压力差，发出化霜开始信号。这种微压差控制器价格较贵，对于家用空调来说，使用微压差控制器会使成本大大增加，所以在家用空调中基本不用。

所以怎样用最简单的方法，使用较低的成本，又节约能源，又能够很好地控制化霜，是我们制冷空调界普遍关心的一个课题。

发明内容

为克服上述已有技术中几种常用化霜控制方法的缺点，本发明提出一种通过测定蒸发器出口风速来控制风冷热泵空调化霜的方法。

本发明首先对风冷热泵空调进行了仿真模拟，建立室外机，室内机，压缩机和节流元件的仿真模型，然后通过压力平衡，质量平衡和能量平衡将四大部件联结成***，然后循环迭代，***进行结霜运行仿真计算。最终得到了蒸发温度和出口风速的关系：

t₀＝0.1417v⁵-0.5463v⁴+0.6173v³-0.0988v²+0.4941v-4.9040      (1)式中，t₀为蒸发温度，℃；v，为蒸发器出口风速，m/s。

接着，在室外机蒸发器出口处安装风速传感器，在一定的时间步长内，将测到的风速代入公式1，得到蒸发温度t₀。

常用化霜控制方法都是是根据蒸发器表面温度来确定是否化霜的，工程上，当蒸发器表面温度达到-2℃～-3℃时，开始化霜。而蒸发温度与蒸发器表面温度存在下面的关系：

t_w＝t₀+Δt_w                                                 (2)式中，t_w为蒸发器表面温度，℃；Δt_w为蒸发温度和蒸发器表面温度之差，一般取Δt_w＝1.5～2℃。

本发明沿用这个方法，设定当蒸发器表面温度t_w降低到-2℃～-3℃时，开始化霜，比如我们设定t_w降低到-3℃时开始化霜。那么当公式1计算得到的蒸发温度，代入公式2，比如取Δt_w＝1.5℃，得到蒸发器表面温度，则当t_w达到-3℃时开始化霜。

化霜结束时刻根据不同的***来确定。根据工程经验，一般室外机出口风速在不结霜正常运行时为1.8m/s～2.2m/s。根据这个速度范围，来设定结束化霜的一个阈值，比如设定当风速大于1.8m/s时结束化霜。

总结以上的介绍，本发明具体控制方法如下：

1)对风冷热泵空调的室外机、室内机、压缩机和节流元件分别建立仿真模型；

2)根据压力平衡、质量平衡和能量平衡原理，对***进行结霜运行仿真计算，得出蒸发器蒸发温度和蒸发器出口风速的关系如下：

t₀＝0.1417v⁵-0.5463v⁴+0.6173v³-0.0988v²+0.4941v-4.9040

3)在室外机蒸发器出口安装风速传感器；

4)根据不同的***，设定Δt_w的值和t_w的阈值

5)当风冷热泵运行时，在一定的时间步长内将风速传感器测到的风速代入公式1，得到蒸发温度t₀；

6)把公式1计算得到的蒸发温度t₀代入公式2，得到蒸发器表面温度t_w；

7)判断计算的蒸发器表面温度t_w是否到达预设定的值；

8)如果达到预设定的值，开始化霜；如果没有达到，继续运行；

9)开始化霜后，当测到的风速达到预设定的阈值时，结束化霜，否则继续化霜。

上述化霜控制方法，不仅简单易行，而且可以很好的节约能源，不像时间控制化霜那样定时的化霜，只是在需要化霜的情况下才化霜；也不像温差控制化霜那样很难设定初值，对空调负荷的变化也不敏感；同时和微压差控制化霜相比，成本也很低。可以用很低的成本，很好的控制化霜。

本发明具体实施方式：

下面结合一个具体热泵空调例子来对本发明的控制方法作进一步的描述。

1)对JFLSR-350风冷热泵的室外机(翅片管蒸发器)、室内机(板式换热器)、压缩机(15hp活塞压缩机)和节流元件(制冷量42kw的热力膨胀阀)分别建立数学仿真模型；

2)根据压力平衡、质量平衡和能量平衡原理，将上述各部件联结成***，然后对***进行结霜运行仿真计算，得出蒸发温度和蒸发器出口风速的关系如下：

t₀＝0.1417v⁵-0.5463v⁴+0.6173v³-0.0988v²+0.4941v-4.9040

3)在室外机(翅片管蒸发器)出口处安装一个风速传感器；

4)根据本***的实际情况，设定Δt_w＝1.5℃，t_w＝-3℃，即t_w＜-3℃时开始化霜；

5)在热泵开始运行时，取时间步长为2min，也就是每2min风速传感器测定风速一次，将测到的风速代入公式1，得到蒸发温度t₀；

6)将公式1计算得到的蒸发温度t₀代入公式2，得到蒸发器表面温度t_w；

7)判断计算的蒸发器表面温度t_w是否小于-3℃；

8)如果t_w小于或者等于-3℃时，开始化霜，如果没有达到，继续运行；

  本***中，某一时刻风速传感器测到的风速v为0.7m/s时，公式1算得的t₀＝-4.502℃，代入公式2算得t_w＝-3.002℃＜-3℃，此时热泵***开始化霜；

9)本***没有结霜时，正常风速为1.8-2.1m/s，因此设定当风速达到1.8m/s时结束化霜；

10)开始化霜后，当测到的风速v大于或者等于1.8m/s，结束化霜，否则继续化霜。

Claims (1)

1、一种风冷热泵空调化霜控制方法，其特征在于该控制方法包括：

1)对风冷热泵空调进行仿真模拟，建立室外机，室内机，压缩机和节流元件的仿真模型；

2)根据压力平衡、质量平衡和能量平衡原理，对***进行结霜运行仿真计算，得出蒸发器蒸发温度和蒸发器出口风速的关系如下：

  t₀＝0.1417v⁵-0.5463v⁴+0.6173v³-0.0988v²+0.4941v-4.9040

3)在室外机蒸发器出口安装风速传感器；

4)根据特定的***，设定Δt_w的值和t_w的阈值(如Δt_w＝1.5℃，t_w＝-3℃)；设定时间步长(如2min)和正常运行时的风速阈值(如1.8m/s)；

5)当风冷热泵开始运行时，在时间步长内将风速传感器测到的风速代入公式1，得到蒸发温度t₀；

6)把公式1计算得到的蒸发温度t₀代入公式2，得到蒸发器表面温度t_w；

7)判断计算的蒸发器表面温度t_w是否到达设定的值；

8)如果t_w达到设定的值，开始化霜；如果没有达到，继续运行；

9)开始化霜后，当测到的风速v达到设定的阈值时(比如大于1.9m/s)，结束化霜，否则继续化霜。