風冷熱泵空調化霜控制方法

2023-07-19 11:44:11

專利名稱：風冷熱泵空調化霜控制方法
技術領域：
本發明涉及的是風冷熱泵空調系統化霜控制方法，特別是一種通過測定風冷熱泵空調室外機蒸發器出口風速來控制化霜時刻的方法。屬於熱能工程和製冷與空調技術領域。
化霜控制，即確定化霜開始時間和結束時間，成為目前熱泵空調研究的一個重點。已有技術中，陳汝東和許東晟在《製冷裝置除霜方法的研究》(《同濟大學學報》，1998年26卷5期，566-569頁)一文中敘述和研究的自動化霜開始和結束的控制方法主要有1)時間控制化霜。根據經驗確定化霜周期和持續時間，用一個時間控制器，接通化霜裝置，開始化霜；化霜持續指定的時間間隔切斷化霜裝置。這是一種普遍的化霜控制方法，但是有其局限性，在室外空氣幹球溫度高於0℃，或者空氣溼度很低的時候，可能蒸發器表面沒有結霜，卻定時的接通化霜裝置，浪費能源，並且影響室內空氣舒適度。
2)溫差控制化霜。同工況下空氣與蒸發器內工質的溫差基本不變。蒸發器表面結霜後，傳熱顯著變差，兩者之間的溫差變大。利用這個變化，用兩個溫敏元件分別測空氣溫度和蒸發溫度，根據溫差發出化霜開始和終止信號。使用這種方法時，控制系統本身和溫差範圍的預定都較難，對熱泵空調負荷的變化很敏感。同時如果室外風機出了故障會頻繁的接通化霜裝置，直到停機，浪費能源。
3)微壓差控制化霜。空氣流過蒸發器時的壓力降與結霜厚度有關，霜層越厚，壓力降越大。這樣，可用微壓差控制器感應蒸發器進、出口的壓力差，發出化霜開始信號。這種微壓差控制器價格較貴，對於家用空調來說，使用微壓差控制器會使成本大大增加，所以在家用空調中基本不用。
所以怎樣用最簡單的方法，使用較低的成本，又節約能源，又能夠很好地控制化霜，是我們製冷空調界普遍關心的一個課題。
本發明首先對風冷熱泵空調進行了仿真模擬，建立室外機，室內機，壓縮機和節流元件的仿真模型，然後通過壓力平衡，質量平衡和能量平衡將四大部件聯結成系統，然後循環迭代，系統進行結霜運行仿真計算。最終得到了蒸發溫度和出口風速的關係t0＝0.1417v5-0.5463v4+0.6173v3-0.0988v2+0.4941v-4.9040 (1)式中，t0為蒸發溫度，℃；v，為蒸發器出口風速，m/s。
接著，在室外機蒸發器出口處安裝風速傳感器，在一定的時間步長內，將測到的風速代入公式1，得到蒸發溫度t0。
常用化霜控制方法都是是根據蒸發器表面溫度來確定是否化霜的，工程上，當蒸發器表面溫度達到-2℃～-3℃時，開始化霜。而蒸發溫度與蒸發器表面溫度存在下面的關係tw＝t0+Δtw(2)式中，tw為蒸發器表面溫度，℃；Δtw為蒸發溫度和蒸發器表面溫度之差，一般取Δtw＝1.5～2℃。
本發明沿用這個方法，設定當蒸發器表面溫度tw降低到-2℃～-3℃時，開始化霜，比如我們設定tw降低到-3℃時開始化霜。那麼當公式1計算得到的蒸發溫度，代入公式2，比如取Δtw＝1.5℃，得到蒸發器表面溫度，則當tw達到-3℃時開始化霜。
化霜結束時刻根據不同的系統來確定。根據工程經驗，一般室外機出口風速在不結霜正常運行時為1.8m/s～2.2m/s。根據這個速度範圍，來設定結束化霜的一個閾值，比如設定當風速大於1.8m/s時結束化霜。
總結以上的介紹，本發明具體控制方法如下1)對風冷熱泵空調的室外機、室內機、壓縮機和節流元件分別建立仿真模型；2)根據壓力平衡、質量平衡和能量平衡原理，對系統進行結霜運行仿真計算，得出蒸發器蒸發溫度和蒸發器出口風速的關係如下t0＝0.1417v5-0.5463v4+0.6173v3-0.0988v2+0.4941v-4.90403)在室外機蒸發器出口安裝風速傳感器；4)根據不同的系統，設定Δtw的值和tw的閾值5)當風冷熱泵運行時，在一定的時間步長內將風速傳感器測到的風速代入公式1，得到蒸發溫度t0；6)把公式1計算得到的蒸發溫度t0代入公式2，得到蒸發器表面溫度tw；7)判斷計算的蒸發器表面溫度tw是否到達預設定的值；8)如果達到預設定的值，開始化霜；如果沒有達到，繼續運行；9)開始化霜後，當測到的風速達到預設定的閾值時，結束化霜，否則繼續化霜。
上述化霜控制方法，不僅簡單易行，而且可以很好的節約能源，不像時間控制化霜那樣定時的化霜，只是在需要化霜的情況下才化霜；也不像溫差控制化霜那樣很難設定初值，對空調負荷的變化也不敏感；同時和微壓差控制化霜相比，成本也很低。可以用很低的成本，很好的控制化霜。
本發明
具體實施例方式下面結合一個具體熱泵空調例子來對本發明的控制方法作進一步的描述。
1)對JFLSR-350風冷熱泵的室外機(翅片管蒸發器)、室內機(板式換熱器)、壓縮機(15hp活塞壓縮機)和節流元件(製冷量42kw的熱力膨脹閥)分別建立數學仿真模型；2)根據壓力平衡、質量平衡和能量平衡原理，將上述各部件聯結成系統，然後對系統進行結霜運行仿真計算，得出蒸發溫度和蒸發器出口風速的關係如下
t0＝0.1417v5-0.5463v4+0.6173v3-0.0988v2+0.4941v-4.90403)在室外機(翅片管蒸發器)出口處安裝一個風速傳感器；4)根據本系統的實際情況，設定Δtw＝1.5℃，tw＝-3℃，即tw＜-3℃時開始化霜；5)在熱泵開始運行時，取時間步長為2min，也就是每2min風速傳感器測定風速一次，將測到的風速代入公式1，得到蒸發溫度t0；6)將公式1計算得到的蒸發溫度t0代入公式2，得到蒸發器表面溫度tw；7)判斷計算的蒸發器表面溫度tw是否小於-3℃；8)如果tw小於或者等於-3℃時，開始化霜，如果沒有達到，繼續運行；本系統中，某一時刻風速傳感器測到的風速v為0.7m/s時，公式1算得的t0＝-4.502℃，代入公式2算得tw＝-3.002℃＜-3℃，此時熱泵系統開始化霜；9)本系統沒有結霜時，正常風速為1.8-2.1m/s，因此設定當風速達到1.8m/s時結束化霜；10)開始化霜後，當測到的風速v大於或者等於1.8m/s，結束化霜，否則繼續化霜。
權利要求
1.一種風冷熱泵空調化霜控制方法，其特徵在於該控制方法包括1)對風冷熱泵空調進行仿真模擬，建立室外機，室內機，壓縮機和節流元件的仿真模型；2)根據壓力平衡、質量平衡和能量平衡原理，對系統進行結霜運行仿真計算，得出蒸發器蒸發溫度和蒸發器出口風速的關係如下t0＝0.1417v5-0.5463v4+0.6173v3-0.0988v2+0.4941v-4.90403)在室外機蒸發器出口安裝風速傳感器；4)根據特定的系統，設定Δtw的值和tw的閾值(如Δtw＝1.5℃，tw＝-3℃)；設定時間步長(如2min)和正常運行時的風速閾值(如1.8m/s)；5)當風冷熱泵開始運行時，在時間步長內將風速傳感器測到的風速代入公式1，得到蒸發溫度t0；6)把公式1計算得到的蒸發溫度t0代入公式2，得到蒸發器表面溫度tw；7)判斷計算的蒸發器表面溫度tw是否到達設定的值；8)如果tw達到設定的值，開始化霜；如果沒有達到，繼續運行；9)開始化霜後，當測到的風速v達到設定的閾值時(比如大於1.9m/s)，結束化霜，否則繼續化霜。
全文摘要
風冷熱泵空調化霜控制方法是一種通過測定蒸發器出口風速來實現的。本發明首先對系統進行仿真模擬，得出蒸發溫度和蒸發器出口風速的關係。再根據安裝在蒸發器出口的風速傳感器測到的風速算出蒸發溫度，根據蒸發器表面溫度和蒸發溫度的關係得到蒸發器表面溫度，然後根據蒸發器表面溫度來確定是否化霜。最後根據蒸發器出口風速是否達到正常運行時的閾值來確定是否結束化霜。通過這樣的化霜控制方法，不僅簡單易行，而且可以很好的節約能源，克服了傳統化霜控制技術的缺點，很好的控制化霜。
文檔編號F25B47/02GK1448674SQ03116149
公開日2003年10月15日 申請日期2003年4月3日 優先權日2003年4月3日
發明者谷波, 景步雲 申請人:上海交通大學