空气源热泵机组的除霜控制方法与流程

1.本发明属于换热技术领域，具体涉及一种空气源热泵机组的除霜控制方法。


背景技术：

2.空气源热泵机组包括冷媒循环回路和水循环回路，冷媒循环回路上设置有水侧换热器和冷凝器，制冷时水侧换热器为翅片式换热器，制热时风侧换热器为翅片式换热器。以热泵机组运行制热工况时为例，由于翅片式换热器始终处于温度较低的状态，并且室外温度也较低；此时，如果室外环境还具有较高湿度，且盘管温度低于0℃，则翅片式换热器的翅片就很容易产生结霜现象，并且随着结霜的不断进行，冷媒循环回路的换热效率也会急剧下降，进而导致整个热泵机组的制热量不断衰减。因此，在热泵机组运行制热工况时就需要时常监测翅片式换热器是否已经产生结霜现象，并且还需要选取合适时机进入除霜模式，以便避免不必要的能量损耗。
3.现有热泵机组判断除霜时机时大多都是根据制热连续运行时长、翅片式换热器的盘管温度及其和室外环温的差值来进行判断，而这些判断方式都很容易受到无关因素的影响，进而导致判断结果不准确的问题。具体地，以通过翅片式换热器的盘管温度进行判断的情况为例，当室外环境湿度较小时，机组结霜较慢，机组达到预设最长运行时间后翅片结霜并不严重，此时盘管温度已达到预设值，但机组制热量衰减较小，机组仍会进入除霜，从而导致热泵机组进行不必要的除霜，增加了不必要的除霜次数，进而导致机组制热量被浪费；而当室外环境湿度较大时，机组连续短时间运行后，翅片已经大量结霜，甚至已经出现结冰的现象，而盘管温度还未达到除霜条件，进而导致热泵机组的制热性能已经出现大幅衰减却还未进入除霜模式的问题。
4.相应地，本领域需要一种新的空气源热泵机组的除霜控制方法来解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有热泵机组的除霜控制方法难以准确判断出热泵机组进入除霜模式的最佳时机的问题，本发明提供了一种空气源热泵机组的除霜控制方法，所述空气源热泵机组包括翅片式换热器，所述除霜控制方法包括：获取所述翅片式换热器的盘管温度；如果所述盘管温度小于或等于预设盘管温度，则获取所述空气源热泵机组本次连续制热的时长；如果所述空气源热泵机组本次连续制热的时长大于或等于预设时长，则获取所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量和理论制热量；根据所述实际制热量和所述理论制热量，选择性地控制所述空气源热泵机组进入除霜模式。
6.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，“根据所述实际制热量和所述理论制热量，选择性地控制所述空气源热泵机组进入除霜模式”的步骤具体包括：基于所述实际制热量和所述理论制热量，计算制热量衰减率；根据计算出的所述制热量衰减率，选择性地控制所述空气源热泵机组进入除霜模式。
7.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，“根据计算出的所述制热量衰减率，选择
性地控制所述空气源热泵机组进入除霜模式”的步骤具体包括：如果所述制热量衰减率大于预设衰减率，则控制所述空气源热泵机组进入除霜模式。
8.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，所述除霜控制方法还包括：在所述翅片式换热器未结霜的情形下，获取不同室外环温和出水温度下的制热量，建立机组理论制热量数据库。
9.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，“获取所述空气源热泵机组在当前工况下的理论制热量”的步骤具体包括：获取当前室外环温和所述空气源热泵机组的当前出水温度；基于所述机组理论制热量数据库并根据所述当前室外环温和所述当前出水温度，确定所述空气源热泵机组在当前工况下的理论制热量。
10.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，所述除霜控制方法还包括：根据所述空气源热泵机组的压缩机性能曲线，拟合出压缩机理论制热量与吸气压力和排气压力的关系，建立压缩机理论制热量数据库。
11.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，所述除霜控制方法还包括：根据所述机组理论制热量数据库和所述压缩机理论制热量数据库，确定所述空气源热泵机组在不同工况下的压缩机性能的达成率，建立压缩机达成率数据库。
12.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，“获取所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量”的步骤具体包括：获取所述压缩机的当前吸气压力和当前排气压力；基于所述当前吸气压力、所述当前排气压力和压缩机达成率数据库，确定所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量。
13.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，“基于所述当前吸气压力、所述当前排气压力和压缩机达成率数据库，确定所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量”的步骤具体包括：基于所述压缩机理论制热量数据库并根据所述当前吸气压力和所述当前排气压力，确定所述空气源热泵机组在当前工况下的压缩机理论制热量；基于所述压缩机达成率数据库，确定所述空气源热泵机组在当前工况下的压缩机达成率；计算所述空气源热泵机组在当前工况下的压缩机理论制热量和所述压缩机达成率的乘积，即为所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量。
14.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，所述预设盘管温度的确定方式为：获取当前室外环温；根据所述当前室外环温，确定所述预设盘管温度。
15.本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，本发明的空气源热泵机组包括翅片式换热器，本发明的除霜控制方法包括：获取所述翅片式换热器的盘管温度；如果所述盘管温度小于或等于预设盘管温度，则获取所述空气源热泵机组本次连续制热的时长；如果所述空气源热泵机组本次连续制热的时长大于或等于预设时长，则获取所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量和理论制热量；根据所述实际制热量和所述理论制热量，选择性地控制所述空气源热泵机组进入除霜模式。基于上述控制方式，本发明通过三类参数共同判断进入除霜的时机，以便有效保证判断结果的准确性，最大程度地避免无关因素的干扰，并且通过增加所述实际制热量和所述理论制热量来进行机组制热量衰减判定，从而有效防止机组在翅片式换热器结霜而制热量衰减较低时进入除霜的问题，以便增加机组的制热时间，减少机组的除霜次数，进而有效增加机组有效制热量和制热能效。
附图说明
16.图1是本发明的除霜控制方法的主要步骤流程图；
17.图2是本发明的除霜控制方法的优选实施例的流程图。
具体实施方式
18.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。需要说明的是，在本优选实施方式的描述中，术语“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，尽管本技术中按照特定顺序描述了本发明的控制方法的各个步骤，但是这些顺序并不是限制性的，在不偏离本发明的基本原理的前提下，本领域技术人员可以按照不同的顺序来执行所述步骤。
20.具体地，本发明的空气源热泵机组包括冷媒循环系统和水循环系统，所述冷媒循环系统包括冷媒循环回路以及依次设置在所述冷媒循环回路上的翅片式换热器、压缩机、四通阀、冷凝器和电子膨胀阀，冷媒通过所述冷媒循环回路在所述翅片式换热器和所述冷凝器之间不断实现气液转换以实现换热，所述四通阀换向时能够控制所述冷媒循环回路中的冷媒逆循环，以使所述空气源热泵机组在制冷工况和制热工况之间转换。所述水循环系统中流通的水通过所述翅片式换热器与所述冷媒循环回路中流通的冷媒进行热交换，以便对水进行加热处理或冷却处理，经过换热处理后的水能够流入室内，再通过室内风机与室内空气进行换热，从而实现制冷或制热效果。需要说明的是，本发明不对所述空气源热泵机组的具体结构作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定。
21.进一步地，本发明的空气源热泵机组还包括盘管温度传感器、出水温度传感器和控制器，所述盘管温度传感器能够检测所述翅片式换热器的盘管温度，所述出水温度能够检测流经所述翅片式换热器后的水温，所述控制器能够获取所述盘管温度传感器和所述出水温度传感器的检测数据，并且还能够控制所述空气源热泵机组的运行状态，例如，控制所述四通阀的连通状态等。
22.本领域技术人员能够理解的是，本发明不对所述控制器的具体结构和具体型号作任何限制，并且所述控制器既可以是所述空气源热泵机组原有的控制器，也可以是为执行本发明的除霜控制方法单独设置的控制器，技术人员可以根据实际使用需求自行设定所述控制器的结构和型号。
23.首先参阅图1，该图是本发明的除霜控制方法的主要步骤流程图。如图1所示，基于上述实施例中所述的空气源热泵机组，本发明的除霜控制方法主要包括下列步骤：
24.s1：获取翅片式换热器的盘管温度；
25.s2：如果盘管温度小于或等于预设盘管温度，则获取空气源热泵机组本次连续制
热的时长；
26.s3：如果空气源热泵机组本次连续制热的时长大于或等于预设时长，则获取空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量和理论制热量；
27.s4：根据实际制热量和理论制热量，选择性地控制空气源热泵机组进入除霜模式。
28.具体地，在步骤s1中，所述控制器通过所述盘管温度传感器获取所述翅片式换热器的盘管温度；需要说明的是，本发明不对其具体获取方式和获取位置作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定。
29.进一步地，在步骤s2中，如果所述控制器判断出所述盘管温度小于或等于所述预设盘管温度，则进一步获取所述空气源热泵机组本次连续制热的时长。
30.需要说明的是，本发明不对所述预设盘管温度的具体取值作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，例如，所述预设盘管温度可以是一个常量，也可以是一个变量。
31.接着，在步骤s3中，如果所述控制器判断出所述空气源热泵机组本次连续制热的时长大于或等于所述预设时长，则获取所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量和理论制热量；其中，所述理论制热量为所述翅片式换热器未出现结霜现象时，所述空气源热泵机组在当前工况下的制热量。
32.需要说明的是，本发明不对所述预设时长的具体取值作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，例如，所述预设时长可以是一个常量，也可以是一个变量；并且本发明也不对所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量和理论制热量的具体获取方式作任何限制，只要所述控制器能够获取到所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量和理论制热量即可。
33.最后，在步骤s4中，所述控制器根据所述实际制热量和所述理论制热量选择性地控制所述空气源热泵机组进入除霜模式，即在所述盘管温度小于或等于所述预设盘管温度且所述空气源热泵机组本次连续制热的时长大于或等于所述预设时长的情形下，进一步根据所述实际制热量和所述理论制热量选择性地控制所述空气源热泵机组进入除霜模式，以便有效提升判断结果的准确性。
34.需要说明的是，本发明不对上述具体控制方式作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，只要在所述盘管温度小于或等于所述预设盘管温度且所述空气源热泵机组本次连续制热的时长大于或等于所述预设时长的情形下，根据所述实际制热量和所述理论制热量来判断所述空气源热泵机组进入除霜模式的时机就属于本发明的保护范围；例如，可以通过比较所述实际制热量和所述理论制热量的大小关系来进行判断，又例如，还可以根据所述实际制热量和所述理论制热量的比值与预设比值的比较结果来进行判断。
35.接着参阅图2，该图是本发明的除霜控制方法的优选实施例的流程图。如图2所示，基于上述优选实施例中所述的空气源热泵机组，本发明的除霜控制方法的优选实施例具体包括下列步骤：
36.s101：获取翅片式换热器的盘管温度；
37.s102：判断盘管温度是否小于或等于预设盘管温度；如果是，则执行步骤s103；如果否，则再次执行步骤s101；
38.s103：获取空气源热泵机组本次连续制热的时长；
39.s104：判断时长是否大于或等于预设时长；如果是，则执行步骤s105；如果否，则再次执行步骤s101；
40.s105：获取当前室外环温和空气源热泵机组的当前出水温度；
41.s106：基于机组理论制热量数据库并根据当前室外环温和当前出水温度，确定空气源热泵机组在当前工况下的理论制热量；
42.s107：获取压缩机的当前吸气压力和当前排气压力；
43.s108：基于压缩机理论制热量数据库并根据当前吸气压力和当前排气压力，确定空气源热泵机组在当前工况下的压缩机理论制热量；
44.s109：基于压缩机达成率数据库，确定空气源热泵机组在当前工况下的压缩机达成率；
45.s110：计算空气源热泵机组在当前工况下的压缩机理论制热量和压缩机达成率的乘积，即为空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量；
46.s111：基于实际制热量和理论制热量，计算制热量衰减率；
47.s112：如果制热量衰减率大于预设衰减率，则控制空气源热泵机组进入除霜模式。
48.在步骤s101中，所述控制器通过所述盘管温度传感器获取所述翅片式换热器的盘管温度；需要说明的是，本发明不对所述翅片式换热器的盘管温度的具体获取方式和获取位置作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定。接着，在步骤s102中，所述控制器判断所述翅片式换热器的盘管温度是否小于或等于所述预设盘管温度，以便有效判断所述翅片式换热器的结霜几率。作为一种优选设定方式，所述预设盘管温度根据当前室外环温确定，并且所述预设盘管温度和所述当前室外环温呈正相关，具体为所述预设盘管温度比当前室外环温小6℃至8℃。当然，上述设定方式仅是一种优选的设定方式，但并不是限制性的，技术人员也可以根据实际使用需求自行设定。
49.基于步骤s102的判断结果，如果所述翅片式换热器的盘管温度大于所述预设盘管温度，则再次执行步骤s101；如果所述翅片式换热器的盘管温度小于或等于所述预设盘管温度，则执行步骤s103，以便进行后续判断。在步骤s103中，所述控制器获取所述空气源热泵机组本次连续制热的时长。接着，在步骤s104中，所述控制器判断所述空气源热泵机组本次连续制热的时长是否大于或等于所述预设时长。需要说明的是，本发明不对所述预设时长的具体取值作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定。基于步骤s104的判断结果，如果所述空气源热泵机组本次连续制热的时长小于所述预设时长，则再次执行步骤s101；如果所述空气源热泵机组本次连续制热的时长大于或等于所述预设时长，则执行步骤s105，以便在提升运算速度的同时，还能够有效提升判断结果的准确性。
50.在所述空气源热泵机组出厂前，可以预先建立机组理论制热量数据库、压缩机理论制热量数据库和压缩机达成率数据库，以便后续判断过程中使用。
51.所述机组理论制热量数据库的优选建立过程如下：在所述翅片式换热器未结霜的情形下，技术人员预先进行所述空气源热泵机组的变工况测试，即获取不同室外环温和出水温度下的制热量，确定制热量q关于室外环温ta和出水温度tewo的函数关系式q＝f1(ta，tewo)，并据此建立机组理论制热量数据库。基于建立好的机组理论制热量数据库，根据获取到的当前室外环温和当前出水温度就可以确定出唯一的理论制热量。
52.通常地，制热量q关于室外环温ta和出水温度tewo的函数关系式可以采用二元三
次方程表示，并具体采用如下计算式进行表达：q＝a*ta3 b*tewo3 c*ta2*tewo d*ta*tewo2 e*ta2 f*tewo2 g*ta*tewo h*ta*tewo i
53.其中，a、b、c、d、e、f、g、h和i为常数修正系数，根据所述空气源热泵机组的机型确定。
54.所述压缩机理论制热量数据库的优选建立过程如下：根据压缩机厂商提供的压缩机性能曲线，当然，也可以是自行测定的压缩机性能曲线，拟合出压缩机理论制热量qcom关于压缩机的吸气压力ps和排气压力pd的函数关系式qcom＝f2(ps，pd)，并据此建立压缩机理论制热量数据库。基于建立好的压缩机理论制热量数据库，根据获取到的所述压缩机的当前吸气压力和当前排气压力就可以确定出唯一的压缩机制热量。
55.通常地，压缩机理论制热量qcom关于吸气压力ps和排气压力pd的函数关系式可以采用二元三次方程表示，并具体采用如下计算式进行表达：qcom＝a'*ps3 b'*pd3 c'*ps2*pd d'*ps*pd2 e'*ps2 f'*pd2 g'*ps*pd h'*ps*pd i'
56.其中，a'、b'、c'、d'、e'、f'、g'、h'和i'为常数修正系数，根据所述空气源热泵机组的机型确定。
57.所述压缩机达成率数据库的优选建立过程如下：根据建立好的所述机组理论制热量数据库和所述压缩机理论制热量数据库，确定所述空气源热泵机组在不同工况下的压缩机的达成率，并据此建立压缩机达成率数据库；其中，所述压缩机的达成率c＝q/qcom。
58.作为一种优选确定方式，所述压缩机的达成率可以拟合为关于室外环温ta和出水温度tewo的函数关系式c＝f3(ta，tewo)，采用二元二次方程表示，并具体采用如下计算式进行表达：c＝a"*ta2 b"*tewo2 c"*ta*tewo d"
59.其中，a"、b"、c"和d"为常数修正系数，根据所述空气源热泵机组的机型确定。
60.基于建立好的三个数据库，在步骤s105中，所述控制器获取当前室外环温和所述空气源热泵机组的当前出水温度；需要说明的是，本发明不对其具体获取方式作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，只要所述控制器能够获取到当前室外环温和当前出水温度即可。
61.接着，在步骤s106中，基于建立好的所述机组理论制热量数据库，所述控制器能够将获取到的当前室外环温和当前出水温度代入以确定出所述空气源热泵机组在当前工况下的理论制热量。
62.进一步地，在步骤s107中，所述控制器获取所述压缩机的当前吸气压力和当前排气压力，以便基于所述当前吸气压力和所述当前排气压力，确定所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量；需要说明的是，本发明不对其具体获取方式作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，只要所述控制器能够获取到当前吸气压力和当前排气压力即可。接着，在步骤s108中，基于建立好的所述压缩机理论制热量数据库，所述控制器能够将获取到的当前吸气压力和当前排气压力代入以确定出所述空气源热泵机组在当前工况下的压缩机理论制热量。
63.另外，在步骤s109中，基于建立好的所述压缩机达成率数据库，所述控制器能够确
定出所述空气源热泵机组在当前工况下的压缩机达成率。接着，在步骤s110中，所述控制器计算所述空气源热泵机组在当前工况下的压缩机理论制热量(根据步骤s108确定)和所述压缩机达成率(根据步骤s109确定)的乘积，即为所述空气源热泵机组在当前工况下的实际制热量。
64.基于上述步骤中确定出的结果，在步骤s111中，所述控制器能够基于实际制热量(根据步骤s110确定)和理论制热量(根据步骤s106确定)，计算制热量衰减率。需要说明的是，技术人员可以根据实际使用需求自行调整制热量衰减率的计算方式。优选地，制热量衰减率通过理论制热量和实际制热量的差值与理论制热量的比值计算得出。
65.最后，所述控制器能够根据计算出的所述制热量衰减率选择性地控制所述空气源热泵机组进入除霜模式，即，将计算出的所述制热量衰减率与预设衰减率进行比较，根据比较结果选择性地控制所述空气源热泵机组进入除霜模式。具体地，如果所述制热量衰减率大于所述预设衰减率，则控制所述空气源热泵机组进入除霜模式；如果所述制热量衰减率小于或等于所述预设衰减率，则不控制所述空气源热泵机组进入除霜模式。
66.需要说明的是，本发明不对所述预设衰减率的具体取值作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，并且，本发明也不对所述空气源热泵机组进入除霜模式后所执行的具体操作作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，只要能够实现除霜效果即可。
67.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不仅仅局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。