[发明专利]一种基于多区域结霜图谱的空气源热泵除霜控制方法

摘要

一种基于多区域结霜图谱的空气源热泵除霜控制方法，属于除霜技术领域。针对空气源热泵冷热水机组、热泵型房间空调器等空气源热泵机组，通过监测温度、湿度和时间，基于多区域结霜图谱实现高效除霜的一种控制方法。其技术方案为：首先开发出多区域的结霜图谱，该图谱中包含“两线、三区、五域”，根据分区域结霜图谱可以判断空气源热泵在不同环境条件下的结霜速度；然后，通过监测空气源热泵在不同结霜分区内的运行时间，折算出一个标准化的除霜时间，当该时间的累计值与设定的最佳除霜间隔时间相等时，空气源热泵机组开始除霜操作。利用本方法，能准确的判断除霜出时刻，避免“误除霜”事故的发生，除霜效率高；不受地域和气候的限制，实用性强。

主权项

一种基于多区域结霜图谱的空气源热泵除霜控制方法，其特征在于，包括以下步骤：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两部分，临界结露线的下侧为非结霜区，临界结露线的上侧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，临界结霜线的左侧为结霜区，右侧为结露区；在结霜区有四条等结霜速率曲，将结霜区分为五区域，每个区域内的结霜速率相似；图谱中的临界线，其描述方程分别为：临界结霜线：T_a＝x，5℃≤x≤12℃相同结霜速率临界线A:RH_A＝k_1A+k_2AT_a+k_3AT_a²；相同结霜速率临界线B：RH_B＝k_1B+k_2BT_a+k_3BT_a²；相同结霜速率临界线C：RH_C＝k_1C+k_2CT_a+k_3CT_a²；相同结霜速率临界线D：RH_D＝k_1D+k_2DT_a+k_3DT_a²；临界结露线：RH_E＝RH_x–k_3ET_a+k_3ET_a²，35.52≤RH_x≤45.25；上式中的RH与T_a均为无量纲参数；1)以目前空气源热泵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℃，上限可根据条件设定，一般在6～12℃；纵坐标取空气相对湿度的范围为0～100％；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；3)根据换热温差与盘管温度和空气温度的关系，对空气源热泵进行现场测试以及数据的统计学分析，得出盘管温度T_w与空气温度的T_a的计算线性关系式为：T_w＝(1‑k₂)T_a‑k₁；4)根据3)中的关系式，任取一个T_a均可得出一个T_w，找到同T_w相等的等露点温度线与此空气温度T_a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；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(A)、(B)、(C)、(D)、(E)五个区域：当空气源热泵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。6)实验测试验证图谱各个区域的结霜情况，得出最终图谱。第二步，在多区域结霜图谱的基础上，提供除霜控制法：当空气温度T_a≤Y℃且RH≥k_1A+k_2AT_a+k_3AT_a²时，代表机组在结霜区域A中运行，于是t_A开始计时，否则t_A保持其数值不变；当T_a≤Y℃，k_1B+k_2BT_a+k_3BT_a²≤RH＜k_1A+k_2AT_a+k_3AT_a²时，代表机组在结霜区域B中运行，t_B开始计时，否则t_B保持其数值不变；当T_a≤Y℃，k_1C+k_2CT_a+k_3CT_a²≤RH＜k_1B+k_2BT_a+k_3BT_a²时，代表机组在结霜区域C中运行，t_C开始计时，否则t_C保持其数值不变；当T_a≤Y℃，k_1D+k_2DT_a+k_3DT_a²≤RH＜k_1C+k_2CT_a+k_3CT_a²时，代表机组在结霜区域D中运行，t_D开始计时，否则t_D保持其数值不变；当T_a≤Y℃，k_1E+k_2ET_a+k_3ET_a²≤RH＜k_1D+k_2DT_a+k_3DT_a²时，代表机组在结霜区域E中运行，t_E开始计时，否则t_E保持其数值不变；连续监测室外空气温、湿度，由以上控制逻辑监测空气源热泵机组在不同结霜分区内的运行时间t_i，折算出一个与各区相对应的标准化的除霜间隔计时t_i’；再设定前后两次除霜的最佳除霜间隔时间t_sdef，当除霜间隔总计时t_tot的累计值达到或超过设定的最佳除霜间隔时间设定值t_sdef时，空气源热泵机组开始除霜操作；t_i’折算方法如下：标准化的除霜间隔计时的折算方法：t_i'＝X_it_i(i＝A，B，C，D，E)；t_i为机组在各个区的运行时间。$X_A=\frac{45}{30};X_B=\frac{45}{45};X_C=\frac{45}{60};X_D=\frac{45}{150};X_E=\frac{45}{240}$除霜间隔总计时计算方法：t_tot＝∑t_i'(i＝A、B、C、D、E)式中，分子45为热泵机组常用的标准除霜间隔时间，min；分母为各区域推荐除霜间隔时间，min；t_i'为折算出的标准化除霜间隔计时，min；X_i(i＝A、B、C、D、E)总共为5个分区计时对应的标准化系数；t_tot为除霜间隔总计时。