空气源热泵或风冷冷热水机组的化霜控制系统和控制方法与流程

本发明属于空调热泵技术领域，具体涉及一种以环境温度和湿度因素作为控制条件的空气源热泵和风冷冷热水机组化霜控制技术。

背景技术：

空气源热泵在热水、采暖及烘干领域获得越来越广泛的应用，但目前普遍采用的化霜控制方式仍是定时化霜。当环境温度及盘管温度低于设定温度时，机组运行到设定的时间(通常为45分钟)后，进入化霜运行，高温高压冷媒进入空气侧翅片换热器盘管，融化盘管外壁及翅片上的霜，待霜融化完，盘管温度升至设定温度(通常18℃左右)时，退出除霜。这就是目前普遍采用的以环境温度及盘管温度为条件的定时化霜方式。

采用上述化霜方式的空气源热泵或风冷冷热水机组在湿度较高的天气会出现化霜不及时导致机组不能制热及停机的故障，在湿度较低的天气又频繁出现没有霜却化霜、白消耗能源的现象。据对实际运行机组观测统计，这两种误除霜占总除霜次数之比高达70％，在北方大量表现为无霜除霜、浪费能源，在南方大量表现为有霜不除、制热失效。

出现上述两种现象的原因在于：结霜既与空气温度相关，也与空气湿度相关，冬天空气湿度的波动也比较大，雨雪天相对湿度很高，无雨雪吹北风的天气相对湿度很低，两者结霜周期可相差数倍。只考虑空气温度、不考虑空气湿度的化霜控制方式必定不能满足热泵机组在不同温湿度环境下稳定可靠又高效运行的要求。

有的解决方案提出用直接检测霜层厚度来确定进入化霜的时机，但这种方式价格昂贵且难以实现；还有一些解决方案是检测结霜后机组一些参数变化作为判定依据，如风机电流变化、室外换热器进出风压的变化、蒸发温度或盘管温度的变化、冷媒压力的变化等，但这些变量可能由多种因素引起，也不精确，易引起误操作。

随着空气源热泵采暖在北方的推广应用，迫切需要一种经济实用的化霜控制方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种以环境温度和相对湿度作为控制条件的空气源热泵和风冷冷热水机组化霜控制系统和控制方法，使化霜周期随环境温湿度动态调整，使进入化霜时机更切合结霜情况，减少现有机型大量出现的无霜化霜或有霜不除，保障机组安全高效运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种空气源热泵或风冷冷热水机组的化霜控制系统，其包括温度传感器、空气湿度传感器以及控制器，所述温度传感器和空气湿度传感器分别与所述控制器信号连接；所述温度传感器用于检测环境空气温度t，并将该温度信息发送给所述控制器；所述空气湿度传感器用于检测环境的相对湿度h％，并将该相对湿度信息发送给所述控制器；所述控制器根据所述温度信息和相对湿度信息计算化霜周期时间，并输出控制信号，以控制所述空气源热泵机组或风冷冷热水机组进入化霜模式。

所述控制器具体用于：根据所述温度信息t和相对湿度信息h％，以及化霜周期t的计算公式：t＝[a/(t+h)]ⁿ，计算出化霜周期，到达需要化霜的时间点后，输出化霜控制信号，从而控制所述空气源热泵机组或风冷冷热水机组进入化霜模式，该公式中，a值和n值可依据空气源热泵机组或风冷冷热水机组的空气侧翅片换热器的结霜难易特性进行设定，也可以依据实测的典型工况的t、t、h值算得a及n值。

a值和n值与机型本身冷媒系统设计、翅片换热器及风机设计相关，一旦设定后，机组化霜周期t就取决于环境空气的t+h值。

本发明还提供一种空气源热泵或风冷冷热水机组的化霜控制方法，其包括以下步骤：

接收温度传感器传送的环境空气温度t以及空气湿度传感器传送的环境相对湿度h％；

根据所述温度信息和相对湿度信息计算化霜周期时间，并输出控制信号，以控制所述空气源热泵机组或风冷冷热水机组进入化霜模式。

大量实验表明，空气源热泵机组或风冷冷热水机组的空气侧翅片换热器结霜不仅与环境气温有关，还与周围环境空气相对湿度有关，在t≥6℃时，只会结露，不会结霜；在h+t<45时，空气干燥，不会结霜。只有当t<6℃且h+t≥45时，翅片换热器才会结霜，控制器才输出控制信号以启动化霜功能。根据大量实验归纳出化霜周期t的计算公式为：t＝[a/(t+h)]ⁿ，a值和n值可依据空气源热泵机组或风冷冷热水机组的空气侧翅片换热器的结霜难易特性进行设定，也可以依据实测的典型工况的t、t、h值算得a及n值。因此，上述方法中，所述的根据所述温度信息和相对湿度信息计算化霜周期时间，并输出控制信号，以控制所述空气源热泵机组或风冷冷热水机组进入化霜模式，具体为：根据所述温度信息t和相对湿度信息h，以及化霜周期t的计算公式：t＝[a/(t+h)]ⁿ，计算出化霜周期。从机器启动制热模式开始计时，到运行一个化霜周期的时间，即到达需要化霜的时间点,输出化霜控制信号，从而控制所述空气源热泵机组或风冷冷热水机组进入化霜模式；若未运行完一个化霜周期(即未到启动化霜的时间点)出现因水温达到要求而压缩机停机，此时计时停止，直到压缩机重新启动，接上上次停机时继续计时，直至合计时间达到化霜周期时间即进入化霜模式。

另外，为解决短时间内天气波动(如突然下雪等)导致算得的化霜周期不能适应天气突变带来的结霜情况的突变，本发明的控制方法还包括：在每个化霜周期内，压缩机启动后即计算化霜周期t，此后每隔一段时间(如20分钟)根据即时的环境空气温度t、环境空气相对湿度h值算得即时的t，将每个即时的t与同一化霜周期内前面算得的t比较，取其中最小的t作为本次化霜周期的时间，本周期制热运行达到这个时间即开始化霜。即天气短期内波动时，化霜控制采取保守原则，宁可化霜偏早，不可有霜不除。控制器自动动态运算调整t值，如白天晚上t值随环境温湿度的变化而自动调整。

相较于现有技术，本发明的优点在于：

本发明提供了一种以环境温度和相对湿度作为空气源热泵化霜控制条件的控制系统和控制方法，当t≥6℃且h+t＜45时，控制器不启动化霜功能，避免白费能源；当t＜6℃且h+t≥45时，控制器按公式t＝[a/(t+h)]ⁿ算得化霜周期，不同的环境温度和相对湿度下按不同的时间周期进行化霜，避免了只考虑环境温度下的定时化霜(要按恶劣的湿度天气设定固定的化霜周期时间(一般为45分钟))导致的大量无霜化霜或有霜不除现象。

附图说明

图1为本发明实施例的控制系统的原理框图；

图2为温度-相对湿度值构成的平面直角坐标系；

图3为本发明实施例的控制系统的温度t湿度h之和与化霜周期t的关系图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明及其有益效果作进一步详细说明，但是，本发明的具体实施方式并不局限于此。

如图1所示，本实施例提供一种以环境温度和相对湿度作为空气源热泵化霜控制条件的控制系统，对空气源热泵空气侧翅片换热器具有化霜控制功能，包括温度传感器、空气湿度传感器以及控制器，所述温度传感器和空气湿度传感器分别与所述控制模块连接，所述温度传感器用于检测环境空气温度，并将温度信息发送给所述控制器；所述空气湿度传感器用于检测环境相对湿度，并将相对湿度信息发送给所述控制器；所述控制模块根据温度信息和湿度信息输出控制信号，以控制空气源热泵的化霜功能；其中，所述温度信息为t℃，所述相对湿度信息为h％。由于所述温度传感器和空气湿度传感器分别用于感应环境温度和相对湿度，因此，其优选设置于空气源热泵的外机上。

当t≥6℃且h+t＜45时，控制器不启动化霜功能，避免白费能源。

当t＜6℃且h+t≥45时，控制器按公式t＝[a/(t+h)]ⁿ算得化霜周期。作为优选，设a＝280、n＝3，则化霜周期t＝[280/(t+h)]ⁿ。

当环境温度-5℃，相对湿度45％时，h+t＝40＜45，控制器不启动化霜；

当环境温度-5℃，相对湿度50％时，h+t＝45，t＝[280/(t+h)]³＝240分钟；

当环境温度-10℃，相对湿度60％时，h+t＝50，t＝[280/(t+h)]³＝175分钟；

当环境温度0℃，相对湿度55％时，h+t＝55，t＝[280/(t+h)]³＝132分钟；

当环境温度5℃，相对湿度55％时，h+t＝60，t＝[280/(t+h)]³＝101分钟；

当环境温度-5℃，相对湿度75％时，h+t＝70，t＝[280/(t+h)]³＝64分钟；

当环境温度-10℃，相对湿度90％时，h+t＝80，t＝[280/(t+h)]³＝43分钟；

当环境温度0℃，相对湿度90％时，h+t＝90，t＝[280/(t+h)]³＝30分钟；

当环境温度5℃，相对湿度95％时，h+t＝100，t＝[280/(t+h)]³＝22分钟。

在华北地区，冬季大部分时间h+t＜60，则t＞101分钟，现有的定时化霜空气源热泵为了满足小部分时间天气下的h+t＞80，设置统一的化霜周期时间t＝45分钟，导致频繁无霜化霜，设备频繁启停转换运行模式，浪费大量能源和设备制热能力；而对于极端天气下的h+t＞90时，机组又常出现化霜不及时、翅片结霜越来越严重、制热能力大幅下降甚至停机。

参照图2和图3，在本实施案例中，化霜周期t随环境温湿度的变化而自动调整，宽幅地适应天气变化，及时地、恰到好处地有霜化霜、无霜不除霜，高效节能。

为解决短时间内天气波动(如突然下雪等)导致算得的化霜周期不能适应天气突变带来的结霜情况的突变，在每个化霜周期内，每隔一段时间(如20分钟)根据即时的t、h值算得即时的t，每个即时的t要与同一化霜周期内前面算得的t比较，取其中最小的t作为本次化霜周期时间，本周期制热运行达到这个时间即开始化霜。即天气短期内波动时，化霜控制采取保守原则，宁可化霜偏早，不可有霜不除。

比如当环境温度0℃，相对湿度55％时，h+t＝55，热泵化霜周期t＝[280/(t+h)]³＝132分钟，若此时突然下雪，空气温度变为-3℃，相对湿度变为63％，则h+t＝60，热泵化霜周期t＝[280/(t+h)]³＝101分钟，热泵运行完第101分钟即转为化霜运行模式。

本发明的化霜控制方式适用于热电除霜、热气旁通除霜或四通阀换向系统逆运行除霜等除霜方式。

根据上述说明，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，如根据热泵系统特点不同，对化霜周期公式进行修正。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。