一种减少空气能热泵结霜的方法及其系统与流程

本发明涉及空气能热泵技术领域，尤其涉及一种减少空气能热泵结霜的方法及其系统。

背景技术：

现有的空气能热泵技术，冬季的结霜成为必然现象，频繁的结霜以及除霜过程，严重影响热泵机组的制热性能和能效比，目前行业均无更好的办法来改变这一现状。

因此，亟需一种减少空气能热泵结霜的方法及其系统，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种减少空气能热泵结霜的方法及其系统，该减少空气能热泵结霜的方法及其系统解决了传统空气能热泵冬季结霜以及除霜频率高的问题，从而提升热泵机组的制热量以及具备更加节能的运行效果，使热泵机组更加高效的运行并提升热泵机组的使用寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种减少空气能热泵结霜的方法，包括：

步骤s01，获取制冷剂的蒸发温度te；

步骤s02，当蒸发温度te＜t0时，t0为预设温度，进行步骤s03；

步骤s03，获取当前湿空气的露点温度tl；

步骤s04，当蒸发温度te≤露点温度tl时，进行步骤s05；

步骤s05，按照第一预设条件增大风机的转速；当tl-te＜0℃时，保持当前风机的转速；当风机的转速达到预设最大转速，且tl-te≥0℃时，进行步骤s06；

步骤s06，按照第二预设条件降低变频压缩机的频率；当-1℃≤tl-te＜0℃时，保持当前变频压缩机的频率；当tl-te＜-1℃时，风机的转速和变频压缩机的频率恢复至步骤s01时的状态。

作为一种减少空气能热泵结霜的方法的优选技术方案，在所述步骤s02中，当蒸发温度t1≥t0时，蒸发器翅片上不会结霜，风机和变频压缩机无需调节。

作为一种减少空气能热泵结霜的方法的优选技术方案，在所述步骤s04中，当蒸发温度te＞露点温度tl时，蒸发器翅片上不会结霜，风机和变频压缩机无需调节。

作为一种减少空气能热泵结霜的方法的优选技术方案，所述预设温度t0≥-2℃。

作为一种减少空气能热泵结霜的方法的优选技术方案，在所述步骤s06中，所述第二预设条件为：

当0℃≤tl-te＜1℃时，按照每4个预设周期，降低1hz的方式调节变频压缩机的频率；

当1℃≤tl-te＜2℃时，按照每3个预设周期，降低1hz的方式调节变频压缩机的频率；

当2℃≤tl-te＜3℃时，按照每2个预设周期，降低1hz的方式调节变频压缩机的频率；

当tl-te≥3℃时，按照每1个预设周期，降低1hz的方式调节变频压缩机的频率。

作为一种减少空气能热泵结霜的方法的优选技术方案，在所述步骤s01中，利用理想气体方程和压力传感器测量的制冷剂在蒸汽状态下的压力，计算制冷剂的蒸发温度te。

作为一种减少空气能热泵结霜的方法的优选技术方案，在所述步骤s03中，利用湿空气的物性参数和温湿度传感器测量的当前环境的温度和湿度，计算当前湿空气的露点温度tl。

为达上述目的，本发明还提供了一种减少空气能热泵结霜的系统，包括：

变频压缩机，用于将低压的制冷剂蒸气压缩为高温高压的制冷剂蒸气；

四通阀，与所述变频压缩机连接；

冷凝器，与所述四通阀连接，所述变频压缩机流出的所述高温高压的制冷剂蒸气经所述四通阀进入所述冷凝器后排出高压的制冷剂液体；

水箱，与所述冷凝器连接，用于与所述冷凝器中的所述高温高压的制冷剂蒸气换热；

膨胀阀，与所述冷凝器连接，所述冷凝器排出的所述高压的制冷剂液体经所述膨胀阀节流后排出低压低温的制冷剂液体；

蒸发器，与所述膨胀阀和所述四通阀连接，所述膨胀阀排出的所述低压低温的制冷剂液体经所述蒸发器吸热气化后变为低压的制冷剂蒸气，所述低压的制冷剂蒸气通过所述四通阀进入所述变频压缩机；

风机，用于向所述蒸发器内部鼓入空气；

温湿度传感器，设置于所述风机处，用于检测所述风机鼓入所述蒸发器内部的空气的温度和湿度；

压力传感器，设置于所述蒸发器的下游，且位于所述变频压缩机上游的管路上；

控制器，与所述变频压缩机、所述风机、所述温湿度传感器和所述压力传感器电连接，用于执行如上所述的减少空气能热泵结霜的方法。

作为一种减少空气能热泵结霜的系统的优选技术方案，所述减少空气能热泵结霜的系统还包括：

第一温度传感器，设置于所述水箱内，用于测量所述水箱内水的温度；

第二温度传感器，设置于所述四通阀与所述变频压缩机连接的管路上，且位于所述四通阀的上游；

第三温度传感器，设置于所述四通阀与所述变频压缩机连接的管路上，且位于所述四通阀的下游。

作为一种减少空气能热泵结霜的系统的优选技术方案，所述变频压缩机为直流变频压缩机，所述风机为直流风机。

本发明提供了一种减少空气能热泵结霜的方法及其系统，其中，减少空气能热泵结霜的系统中的控制器用于执行减少空气能热泵结霜的方法，减少空气能热泵结霜的方法包括步骤s01，获取制冷剂的蒸发温度te；步骤s02，当蒸发温度te＜t0时，t0为预设温度，此时，空气能热泵中的蒸发器翅片有可能出现结霜现象，进行步骤s03；步骤s03，获取当前湿空气的露点温度tl；步骤s04，当蒸发温度te≤露点温度tl时，此时，蒸发器翅片会缓慢结霜，为此，可通过提高蒸发温度te的方式抑制结霜，进行步骤s05；步骤s05，按照第一预设条件增大风机的转速，以提高蒸发温度te；当风机的转速达到预设最大转速，且tl-te≥0℃时，进行步骤s06；步骤s06，按照第二预设条件降低变频压缩机的频率，以提高蒸发温度te。通过增大风机转速和降低变频压缩机频率的方式均可提高蒸发温度te，以调节蒸发温度te和露点温度tl的差值，进而达到减少或抑制蒸发器翅片结霜的目的，减少除霜次数，从而减少因为逆向化霜带来的制热量损失及电量损耗，从而提升热泵机组的制热量以及具备更加节能的运行效果，使热泵机组更加高效的运行并提升热泵机组的使用寿命。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的减少空气能热泵结霜的方法的流程图；

图2是本发明具体实施方式提供的减少空气能热泵结霜的系统的结构示意图。

附图标记：

1、变频压缩机；2、四通阀；3、冷凝器；4、水箱；5、膨胀阀；6、蒸发器；7、风机；8、温湿度传感器；9、压力传感器；10、控制器；11、第一温度传感器；12、第二温度传感器；13、第三温度传感器。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

需要说明的是，当湿空气的露点温度低于0℃，且蒸发温度低于湿空气的露点温度时，此时，湿空气中的水分才会析出，附着于蒸发器翅片上。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种减少空气能热泵结霜的方法，该减少空气能热泵结霜的方法包括：

步骤s01，获取制冷剂的蒸发温度te；

优选地，在本实施例中，利用理想气体方程和压力传感器9测量的制冷剂在蒸汽状态下的压力，计算制冷剂的蒸发温度te。

步骤s02，当蒸发温度te＜t0时，t0为预设温度，此时，空气能热泵中的蒸发器6翅片有可能出现结霜现象，进行步骤s03；当蒸发温度t1≥t0时，蒸发器6翅片上不会结霜，风机7和变频压缩机1无需调节；

优选地，预设温度t0≥-2℃。进一步优选地，在本实施例中，预设温度t0＝-2℃。

步骤s03，获取当前湿空气的露点温度tl；

优选地，在本实施例中，利用湿空气的物性参数和温湿度传感器8测量的当前环境的温度和湿度，计算当前湿空气的露点温度tl。

步骤s04，当蒸发温度te≤露点温度tl时，此时，蒸发器6翅片会缓慢结霜，为此，可通过提高蒸发温度te的方式抑制结霜，进行步骤s05；当蒸发温度te＞露点温度tl时，蒸发器6翅片上不会结霜，风机7和变频压缩机1无需调节；

步骤s05，按照第一预设条件增大风机7的转速，由于换热量＝换热面积×换热系数×温差，而换热量的大小由变频压缩机1的频率决定，当变频压缩机1的频率不变的情况下，换热量不变；风机7的转速增大，则风速增大，换热系数增大；为保证换热量不变，则温差减小，而露点温度tl不变，则蒸发温度te增大，因此通过提高风速可以提高蒸发温度te，从而减少蒸发器6翅片结霜；当tl-te＜0℃时，保持当前风机7的转速；当风机7的转速达到预设最大转速，且tl-te≥0℃时，进行步骤s06；

其中，第一预设条件指的是按照一定的周期定量的增大风机7的转速，周期和提速量可根据经验设置。

步骤s06，按照第二预设条件降低变频压缩机1的频率，同样地，由于换热量＝换热面积×换热系数×温差，当变频压缩机1的频率降低后，换热量减小，而换热面积和换热系数不变，则温差减小，露点温度tl不变，则蒸发温度te增大；且通过变频压缩机1降频运行后，可减少热泵机组的高压侧和低压侧的压缩比，从而提升系统的能效比；当-1℃≤tl-te＜0℃时，保持当前变频压缩机1的频率；当tl-te＜-1℃时，风机7的转速和变频压缩机1的频率恢复至步骤s01时的状态。自适应的频率调节，使热泵机组始终运行在保持不结霜的情况下的最优频率上，全天的综合制热量高于结霜除霜情况下的制热量，且耗电量大幅下降，形成双重增益效果。

通过增大风机7转速和降低变频压缩机1频率的方式均可提高蒸发温度te，以调节蒸发温度te和露点温度tl的差值，让蒸发温度te略高于露点温度tl，从而达不到结霜条件，进而达到减少或抑制蒸发器6翅片结霜的目的，使得热泵机组进行无霜运行，以减少除霜次数，从而减少因为逆向化霜带来的制热量损失及电量损耗，从而提升热泵机组的制热量以及具备更加节能的运行效果，使热泵机组更加高效的运行；并且由于电机及系统配管的寿命与热泵机组的启停次数有关，当除霜造成频繁启动停止热泵机组时，对热泵机组寿命的影响远大于正常工作时的寿命，本实施例可以有效提高热泵机组的使用寿命。

优选地，在本实施例中，第二预设条件为：

当0℃≤tl-te＜1℃时，按照每4个预设周期，降低1hz的方式调节变频压缩机1的频率；

当1℃≤tl-te＜2℃时，按照每3个预设周期，降低1hz的方式调节变频压缩机1的频率；

当2℃≤tl-te＜3℃时，按照每2个预设周期，降低1hz的方式调节变频压缩机1的频率；

当tl-te≥3℃时，按照每1个预设周期，降低1hz的方式调节变频压缩机1的频率。

步骤s07，当变频压缩机1的频率降低至预设最小频率时，此时，变频压缩机1保持该频率运行，若在此频率运行状态下，蒸发器6翅片还是会缓慢结霜，则当达到除霜条件时，进行正常的自动除霜。需要说明的是，除霜条件指的是传统的空气能热泵需要除霜的条件。当空气能热泵处于北方雾霾气象条件下，空气湿度预计达到90％这类使用环境时，热泵机组以最低频率运行，达到正常的除霜条件时，自动除霜，当频率降低至最小后，热泵机组的制热量大幅度降低，当换热表面积不变，蒸发温度te上升，且制冷量下降，相同时间内蒸发器6翅片的结霜量也大幅度下降，从而延长热泵机组运行时间，减少除霜次数。

如图2所示，本实施例还提供了一种减少空气能热泵结霜的系统，该减少空气能热泵结霜的系统包括变频压缩机1、四通阀2、冷凝器3、水箱4、膨胀阀5、蒸发器6、风机7、温湿度传感器8、压力传感器9和控制器10，其中，变频压缩机1用于将低压的制冷剂蒸气压缩为高温高压的制冷剂蒸气，变频压缩机1可以对系统的制热能力进行调节输出，从而调节蒸发温度和冷凝温度；四通阀2与变频压缩机1连接；冷凝器3与四通阀2连接，变频压缩机1流出的高温高压的制冷剂蒸气经四通阀2进入冷凝器3后排出高压的制冷剂液体；水箱4与冷凝器3连接，用于与冷凝器3中的高温高压的制冷剂蒸气换热；膨胀阀5与冷凝器3连接，冷凝器3排出的高压的制冷剂液体经膨胀阀5节流后排出低压低温的制冷剂液体；蒸发器6与膨胀阀5和四通阀2连接，膨胀阀5排出的低压低温的制冷剂液体经蒸发器6吸热气化后变为低压的制冷剂蒸气，低压的制冷剂蒸气通过四通阀2进入变频压缩机1；风机7用于向蒸发器6内部鼓入空气；温湿度传感器8设置于风机7处，用于实时检测风机7鼓入蒸发器6内部的空气的温度和湿度；压力传感器9设置于蒸发器6的下游，且位于变频压缩机1上游的管路上；控制器10与变频压缩机1、风机7、温湿度传感器8和压力传感器9电连接，用于执行上述的减少空气能热泵结霜的方法。控制器10通过内置湿空气的物性参数，根据温湿度传感器8的检测值计算出当前湿空气的露点温度。

优选地，在本实施例中，压力传感器9为低压压力传感器。通过低压压力传感器的信号反馈，可以精确的计算出系统的实际蒸发温度te，而不受常规温度传感器因布置位置的差异、工艺差异导致的偏差影响。

优选地，减少空气能热泵结霜的系统还包括第一温度传感器11、第二温度传感器12和第三温度传感器13，其中，第一温度传感器11设置于水箱4内，用于测量水箱4内水的温度；第二温度传感器12设置于四通阀2与变频压缩机1连接的管路上，且位于四通阀2的上游，第二温度传感器12用于测量变频压缩机1的排气温度；第三温度传感器13设置于四通阀2与变频压缩机1连接的管路上，且位于四通阀2的下游，第三温度传感器13用于测量变频压缩机1的回气温度。

优选地，在本实施例中，变频压缩机1为直流变频压缩机，风机7为直流风机。

优选地，在本实施例中，水箱4为保温水箱。冷凝器3为板式换热器。蒸发器6为翅片蒸发器。膨胀阀5为电子膨胀阀。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。