一种基于多区域结霜图谱的空气源热泵除霜控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型除霜控制方法，具体地说，涉及一种基于多区域结霜图谱的 空气源热栗除霜控制方法，属于除霜技术领域。
【背景技术】
[0002] 结霜是影响空气源热栗机组运行效率的关键问题。霜层的存在与生长，增加了空 气源热栗机组室外换热器的传热热阻，降低了传热系数，增大了空气流动阻力，必须对其进 行除霜控制。现有的除霜控制方法包括：1)定时除霜方法;2)换热器表面温度-时间除霜控 制方法;3)压力-温度除霜控制方法;4)换热器表面温度变化率除霜控制方法;5)换热器表 面与空气温差除霜控制方法;6)人工智能除霜控制方法。以上除霜控制方法，通过测量影响 结霜过程的变量，如温度、压力、时间等，作为除霜控制的判据，均忽略或没有同时完全考虑 影响结霜最重要的三个因素：空气温度、空气湿度及冷表面温度。此外，目前对可用于预测 和判断结霜图谱的研究尚不精确，缺乏现场的实测验证，难以运用到实际中指导除霜控制 方法的开发。因此，空气源热栗机组在实际运行过程中，经常出现"无霜除霜"和"有霜不除" 的"误除霜"事故。"误除霜"导致的后果不仅表现在能源浪费、供热不足以及室内热舒适性 降低等方面，严重时还会出现高压侧压力超过系统高压保护值，压缩机功率急剧上升，造成 压缩机烧毁的恶性事故。
【发明内容】
[0003] 本发明克服了现有技术中的缺点，考虑了影响结霜最重要的三个因素：空气温度、 空气湿度及冷表面温度，提供了一种以多区域结霜图谱为基础开发出的除霜控制策略。运 用多区域结霜图谱，判断空气源热栗在不同环境条件下的结霜速度，再根据空气源热栗在 不同结霜分区内的运行时间，折算出标准化除霜时间，根据标准化除霜时间来实现空气源 热栗准确除霜的新型控制方法。该方法可准确控制空气源热栗机组、热栗型房间空调器等 制冷装置的除霜操作，有效避免"误除霜"事故的发生。
[0004] 为解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案。
[0005] -种基于多区域结霜图谱的空气源热栗除霜控制方法，其特征在于，包括以下步 骤：
[0006] 第一步，绘制多区域结霜图谱:多区域结霜图谱包括横坐标空气温度、纵坐标空气 相对湿度、临界结霜线、临界结露线、等结霜速率曲线。临界结露线将整个图谱分为上下两 部分，临界结露线的下方为非结霜区，临界结露线的上方有一条与纵坐标平行且下端终于 临界结露线的临界结霜线；在临界结露线上面，临界结霜线的左边为结霜区，右边为结露 区；在结霜区有四条等结霜速率曲线，将结霜区分为多个区域，每个区域结霜速率基本相 似；
[0007] 图谱中的临界线，其描述方程分别为：
[0008] 临界结霜线:Ta = x，5°C 12°C
[0009] 等结霜速率曲线A: RHa=k1A+k2ATa+k3ATa 2;
[0010] 等结霜速率曲线B: RHb = k1B+k2BTa+k3BTa 2;
[0011 ]等结霜速率曲线C: RHc = kK+l^Ta+hcTa2 ;
[0012 ]等结霜速率曲线D: RHd = k1D+k2DTa+k3DTa 2;
[0013] 临界结露线（相同结霜速率临界线E): RHE = RHx-k3ETa+k3E Ta2,35.52 < RHZ 45.25;上式中的RH与Ta均为无量纲参数。
[0014] 1)以目前空气源热栗主要适用的温度范围将结霜图谱横坐标（空气温度）下限定 为-15°C，上限可根据条件设定，一般在6~12°C;纵坐标取空气相对湿度的范围为0~ 100% ；
[0015] 2)根据结露和结霜的条件，利用空气的温度和相对湿度计算出结霜图上任意一点 的露点温度，再把露点温度相等的线连接起来形成等露点温度线，如图1;
[0016] 3)根据换热温差与盘管温度和空气温度的关系，对空气源热栗进行现场测试以及 数据的统计学分析，得出盘管温度Iw与空气温度的Ta的计算线性关系式为:Tw=(l-k 2)Ta-ki；
[0017] 4)根据3)中的关系式，任取一个1^均可得出一个Tw，找到同Tw相等的等露点温度线 与此空气温度1的交点即为临界结露点，在图谱中将所有的临界结露点连接起来得出临界 结露线;根据换热器表面是否明显发生结霜现象，以现场测试的方法确定出图谱的临界结 霜线。此时图谱包括三个区域:非结霜区、结露区与结霜区；
[0018] 5)利用冷平板结霜特性预测模型以及线性拟合，在结霜区内，将结霜速率相同的 点拟合、连接后形成四条曲线，结霜区从上往下被细化为以）、0)、（〇、（〇)、化)五个区域： 当空气源热栗机组分别在每一个结霜区域内运行时，其室外换热器的结霜速率是相似的， 并且从上往下的(A)、（B)、（C)、（D)、（E)五个结霜区域的结霜速率逐渐降低；即机组在结霜 区域(A)中运行时，其室外换热器表面的结霜速率是最快的，相反，在结霜区域(E)中运行 时，结霜速率最慢。
[0019] 6)实验测试验证图谱各个区域的结霜情况，得出最终图谱。
[0020] 第二步，在多区域结霜图谱的基础上，提供除霜控制法：
[0021] 当空气温度Ta < ￥°(：且1^ 2 k1A+k2ATa+k3ATa 2时，代表机组在结霜区域A中运行，于是 tA开始计时，否则tA保持其数值不变；
[0022] 当Ta < Y°C，k1B+k2BTa+k3BTa 2 < RH<k1A+k2ATa+k3AT a2时，代表机组在结霜区域B中运 行，tB开始计时，否则tB保持其数值不变；
[0023] 当Ta < Y°C，klc+k2CTa+k3CTa 2 < RH<k1B+k2BTa+k3BT a2时，代表机组在结霜区域C中运 行，te开始计时，否则te保持其数值不变；
[0024]当Ta < Y°C，k1D+k2DTa+k3DTa 2 < RH<klc+k2CTa+k3CT a2时，代表机组在结霜区域D中运 行，tD开始计时，否则tD保持其数值不变；
[0025] 当Ta < Y°C，k1E+k2ETa+k3ETa 2 < RH<k1D+k2DTa+k3DT a2时，代表机组在结霜区域E中运 行，tE开始计时，否则tE保持其数值不变；
[0026] 连续监测室外空气温、湿度，由以上控制逻辑监测空气源热栗机组在不同结霜分 区内的运行时间^，折算出一个与各区相对应的标准化的除霜间隔计时t'；再设定前后两 次除霜的最佳除霜间隔时间tsdrf，当除霜间隔总计时t tclt的累计值达到或超过设定的最佳 除霜间隔时间的设定值tsdrf时，空气源热栗机组开始除霜操作;'折算方法如下：
[0027]标准化的除霜间隔计时的折算方法：
[0028]七'二乂^"丨二八^^^^^其中乜为机组在各个区的运行时间；
[0029]
^分子45为厂家常用的标准除霜 间隔时间;分母为各区域推荐除霜间隔时间，min)
[0030] 除霜间隔总计时计算方法:tt〇t= 2ti'（i=A、B、C、D、E)
[0031] 上式中，分子45为热栗机组常用的标准除霜间隔时间，min;分母为各区域设定的 最佳除霜间隔时间（见附表2,表中的数据经多次现场测试总结得出'为折算出的 标准化除霜间隔计时，11^1131(1=4、8、(：、04)总共为5个分区计时对应的标准化系数 ;^。* 为除霜间隔总计时。
[0032] 进一步:连续监测空气温、湿度，并计算空气源热栗机组在各结霜分区制热工况下 的运行时间；计算除霜间隔总计时，并与最佳除霜时间设定值进行比较判断除霜与否：当前 后两次除霜间隔总计时ttot的累计值大于等于设定的最佳除霜间隔时间的设定值tsdrf时， 空气源热栗机组开始除霜;在除霜过程中，当盘管Iw大于等于设定值1^<^(根据需要设定，一 般为20°C)时，空气源热栗机组停止除霜操作，机组恢复供热。
[0033] 本发明提供的一种基于多区域结霜图谱的空气源热栗除霜控制方法的步骤：
[0034] 1)确定结霜图谱的范围：以目前空气源热栗主要适用的温度范围将结霜图谱横坐 标(空气温度)下限定为_15°C，纵坐标取空气相对湿度的范围为0~100% ;
[0035] 2)绘制等露点温度线:根据结露和结霜的条件，利用空气的温度和相对湿度计算 出结霜图上任意一点的露点温度，再把露点温度相等的线连接起来形成等露点温度线；
[0036] 3)确定临界结露线和临界结霜线:根据换热温差与盘管温度和空气温度的关系， 分析得出盘管温度Iw与空气温度的1的计算关系式为:Τν=(1;2)Τ 3-1α，任取一个1求出Tw 即为临界结露温度点，将所有不同的临界结露温度点连接起来得出临界结露线；以现场测 试的方法确定出图谱的临界结霜线Y。此时图谱包括三个区域:非结霜区、结露区与结霜区； [0037] 4)结霜区的的四条分界线的确定:利用冷平板结霜特性预测模型以及线性拟合， 在结霜区内，将结霜速率相同的点拟合、连接后形成四条曲线A、B、C、D，结霜区从上往下被 细化为以）、0)、（〇、（〇)、化)五个区域。
[0038] 5)对图谱的可靠性与正确性进行现场实测；
[0039] 6)根据得出的分区域结霜图谱编写控制逻辑，并将程序下载至控制器DDC中，程序 遵循"分区计时，累加评判"的原则；
[0040] 7)连续监测空气温、湿度，并计算空气源热栗机组在各结霜分区制热工况下的运 行时间;计算除霜间隔总计时，并与最佳除霜间隔时间设定值进行比较判断除霜与否：当前 后两次除霜间隔总计时ttot大于等于设定的最佳除霜间隔时间tsdrf时，空气源热栗机组开 始除霜;在除霜过程中，当盘管Iw等于设定值Tsdef (-般为20°C )时，空气源热栗机组停止除 霜操作。
[0041] 本发明在绘制图谱时：首先确定结霜图谱横、纵坐标的范围；根据结露、结霜的条 件，以及空气的温、湿度绘制出等露点温度线;再通过对空气源热栗的现场实测与数据分析 得出盘管温度与空气温度的对应关系，结合结霜、结露的条件确定出临界结露线和临界结 霜线;再以等结霜速率曲线细化结霜图谱中的结霜区并现场试验验证图谱的正确性。最终 图谱中包含三个区域:结霜区，结露区和非结霜区;两条分界线和四条等速率结霜曲线。
[0042] 本发明的有益效果是：（1)能准确的判断除霜出时刻，可靠性高；（2)能有效控制空 气源热栗机组的除霜操作，并避免"误除霜"事故的发生，除霜效率高；（3)适用性广泛，不受 地域和气候的限制；（4)软件与硬件的配置简易，实用性强。
[0043] 以下结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明：
【附图说明】
[0044] 图1是本发明中技术基础：多区域结霜图谱。图中，结霜区：（A)-一重霜区；（B)、 (C)--一般结霜区；（D)、（E)--轻霜区；结霜速率:S(A)>S (B)>S(C)>S⑶>S(E)
[0045] 非结霜区一一位于临界结露线之下（Tw>Td)。当空气源热栗机组在此区域内运行 时，其室外换热器表面将保持干燥，不会发生结露现象；
[0046] 结露区一一位于临界结露线之上，且在临界结霜线的右方(Tw〈Td且Tw>Tf)。当空气 源热栗机组在此区域内运行时，其室外换热器表面