一種基于多區(qū)域結(jié)霜圖譜的空氣源熱泵除霜控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型除霜控制方法，具體地說，涉及一種基于多區(qū)域結(jié)霜圖譜的 空氣源熱栗除霜控制方法，屬于除霜技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)霜是影響空氣源熱栗機(jī)組運(yùn)行效率的關(guān)鍵問題。霜層的存在與生長，增加了空 氣源熱栗機(jī)組室外換熱器的傳熱熱阻，降低了傳熱系數(shù)，增大了空氣流動(dòng)阻力，必須對(duì)其進(jìn) 行除霜控制?，F(xiàn)有的除霜控制方法包括：1)定時(shí)除霜方法;2)換熱器表面溫度-時(shí)間除霜控 制方法;3)壓力-溫度除霜控制方法;4)換熱器表面溫度變化率除霜控制方法;5)換熱器表 面與空氣溫差除霜控制方法;6)人工智能除霜控制方法。以上除霜控制方法，通過測(cè)量影響 結(jié)霜過程的變量，如溫度、壓力、時(shí)間等，作為除霜控制的判據(jù)，均忽略或沒有同時(shí)完全考慮 影響結(jié)霜最重要的三個(gè)因素：空氣溫度、空氣濕度及冷表面溫度。此外，目前對(duì)可用于預(yù)測(cè) 和判斷結(jié)霜圖譜的研究尚不精確，缺乏現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)驗(yàn)證，難以運(yùn)用到實(shí)際中指導(dǎo)除霜控制 方法的開發(fā)。因此，空氣源熱栗機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)"無霜除霜"和"有霜不除" 的"誤除霜"事故。"誤除霜"導(dǎo)致的后果不僅表現(xiàn)在能源浪費(fèi)、供熱不足以及室內(nèi)熱舒適性 降低等方面，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)高壓側(cè)壓力超過系統(tǒng)高壓保護(hù)值，壓縮機(jī)功率急劇上升，造成 壓縮機(jī)燒毀的惡性事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，考慮了影響結(jié)霜最重要的三個(gè)因素：空氣溫度、 空氣濕度及冷表面溫度，提供了一種以多區(qū)域結(jié)霜圖譜為基礎(chǔ)開發(fā)出的除霜控制策略。運(yùn) 用多區(qū)域結(jié)霜圖譜，判斷空氣源熱栗在不同環(huán)境條件下的結(jié)霜速度，再根據(jù)空氣源熱栗在 不同結(jié)霜分區(qū)內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間，折算出標(biāo)準(zhǔn)化除霜時(shí)間，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化除霜時(shí)間來實(shí)現(xiàn)空氣源 熱栗準(zhǔn)確除霜的新型控制方法。該方法可準(zhǔn)確控制空氣源熱栗機(jī)組、熱栗型房間空調(diào)器等 制冷裝置的除霜操作，有效避免"誤除霜"事故的發(fā)生。
[0004] 為解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。
[0005] -種基于多區(qū)域結(jié)霜圖譜的空氣源熱栗除霜控制方法，其特征在于，包括以下步 驟：
[0006] 第一步，繪制多區(qū)域結(jié)霜圖譜:多區(qū)域結(jié)霜圖譜包括橫坐標(biāo)空氣溫度、縱坐標(biāo)空氣 相對(duì)濕度、臨界結(jié)霜線、臨界結(jié)露線、等結(jié)霜速率曲線。臨界結(jié)露線將整個(gè)圖譜分為上下兩 部分，臨界結(jié)露線的下方為非結(jié)霜區(qū)，臨界結(jié)露線的上方有一條與縱坐標(biāo)平行且下端終于 臨界結(jié)露線的臨界結(jié)霜線；在臨界結(jié)露線上面，臨界結(jié)霜線的左邊為結(jié)霜區(qū)，右邊為結(jié)露 區(qū)；在結(jié)霜區(qū)有四條等結(jié)霜速率曲線，將結(jié)霜區(qū)分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域結(jié)霜速率基本相 似；
[0007] 圖譜中的臨界線，其描述方程分別為：
[0008] 臨界結(jié)霜線:Ta = x，5°C 12°C
[0009] 等結(jié)霜速率曲線A: RHa=k1A+k2ATa+k3ATa 2;
[0010] 等結(jié)霜速率曲線B: RHb = k1B+k2BTa+k3BTa 2;
[0011 ]等結(jié)霜速率曲線C: RHc = kK+l^Ta+hcTa2 ;
[0012 ]等結(jié)霜速率曲線D: RHd = k1D+k2DTa+k3DTa 2;
[0013] 臨界結(jié)露線（相同結(jié)霜速率臨界線E): RHE = RHx-k3ETa+k3E Ta2,35.52 < RHZ 45.25;上式中的RH與Ta均為無量綱參數(shù)。
[0014] 1)以目前空氣源熱栗主要適用的溫度范圍將結(jié)霜圖譜橫坐標(biāo)（空氣溫度）下限定 為-15°C，上限可根據(jù)條件設(shè)定，一般在6~12°C;縱坐標(biāo)取空氣相對(duì)濕度的范圍為0~ 100% ；
[0015] 2)根據(jù)結(jié)露和結(jié)霜的條件，利用空氣的溫度和相對(duì)濕度計(jì)算出結(jié)霜圖上任意一點(diǎn) 的露點(diǎn)溫度，再把露點(diǎn)溫度相等的線連接起來形成等露點(diǎn)溫度線，如圖1;
[0016] 3)根據(jù)換熱溫差與盤管溫度和空氣溫度的關(guān)系，對(duì)空氣源熱栗進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得出盤管溫度Iw與空氣溫度的Ta的計(jì)算線性關(guān)系式為:Tw=(l-k 2)Ta-ki；
[0017] 4)根據(jù)3)中的關(guān)系式，任取一個(gè)1^均可得出一個(gè)Tw，找到同Tw相等的等露點(diǎn)溫度線 與此空氣溫度1的交點(diǎn)即為臨界結(jié)露點(diǎn)，在圖譜中將所有的臨界結(jié)露點(diǎn)連接起來得出臨界 結(jié)露線;根據(jù)換熱器表面是否明顯發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象，以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法確定出圖譜的臨界結(jié) 霜線。此時(shí)圖譜包括三個(gè)區(qū)域:非結(jié)霜區(qū)、結(jié)露區(qū)與結(jié)霜區(qū)；
[0018] 5)利用冷平板結(jié)霜特性預(yù)測(cè)模型以及線性擬合，在結(jié)霜區(qū)內(nèi)，將結(jié)霜速率相同的 點(diǎn)擬合、連接后形成四條曲線，結(jié)霜區(qū)從上往下被細(xì)化為以）、0)、（〇、（〇)、化)五個(gè)區(qū)域： 當(dāng)空氣源熱栗機(jī)組分別在每一個(gè)結(jié)霜區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，其室外換熱器的結(jié)霜速率是相似的， 并且從上往下的(A)、（B)、（C)、（D)、（E)五個(gè)結(jié)霜區(qū)域的結(jié)霜速率逐漸降低；即機(jī)組在結(jié)霜 區(qū)域(A)中運(yùn)行時(shí)，其室外換熱器表面的結(jié)霜速率是最快的，相反，在結(jié)霜區(qū)域(E)中運(yùn)行 時(shí)，結(jié)霜速率最慢。
[0019] 6)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證圖譜各個(gè)區(qū)域的結(jié)霜情況，得出最終圖譜。
[0020] 第二步，在多區(qū)域結(jié)霜圖譜的基礎(chǔ)上，提供除霜控制法：
[0021] 當(dāng)空氣溫度Ta < ￥°(：且1^ 2 k1A+k2ATa+k3ATa 2時(shí)，代表機(jī)組在結(jié)霜區(qū)域A中運(yùn)行，于是 tA開始計(jì)時(shí)，否則tA保持其數(shù)值不變；
[0022] 當(dāng)Ta < Y°C，k1B+k2BTa+k3BTa 2 < RH<k1A+k2ATa+k3AT a2時(shí)，代表機(jī)組在結(jié)霜區(qū)域B中運(yùn) 行，tB開始計(jì)時(shí)，否則tB保持其數(shù)值不變；
[0023] 當(dāng)Ta < Y°C，klc+k2CTa+k3CTa 2 < RH<k1B+k2BTa+k3BT a2時(shí)，代表機(jī)組在結(jié)霜區(qū)域C中運(yùn) 行，te開始計(jì)時(shí)，否則te保持其數(shù)值不變；
[0024]當(dāng)Ta < Y°C，k1D+k2DTa+k3DTa 2 < RH<klc+k2CTa+k3CT a2時(shí)，代表機(jī)組在結(jié)霜區(qū)域D中運(yùn) 行，tD開始計(jì)時(shí)，否則tD保持其數(shù)值不變；
[0025] 當(dāng)Ta < Y°C，k1E+k2ETa+k3ETa 2 < RH<k1D+k2DTa+k3DT a2時(shí)，代表機(jī)組在結(jié)霜區(qū)域E中運(yùn) 行，tE開始計(jì)時(shí)，否則tE保持其數(shù)值不變；
[0026] 連續(xù)監(jiān)測(cè)室外空氣溫、濕度，由以上控制邏輯監(jiān)測(cè)空氣源熱栗機(jī)組在不同結(jié)霜分 區(qū)內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間^，折算出一個(gè)與各區(qū)相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化的除霜間隔計(jì)時(shí)t'；再設(shè)定前后兩 次除霜的最佳除霜間隔時(shí)間tsdrf，當(dāng)除霜間隔總計(jì)時(shí)t tclt的累計(jì)值達(dá)到或超過設(shè)定的最佳 除霜間隔時(shí)間的設(shè)定值tsdrf時(shí)，空氣源熱栗機(jī)組開始除霜操作;'折算方法如下：
[0027]標(biāo)準(zhǔn)化的除霜間隔計(jì)時(shí)的折算方法：
[0028]七'二乂^"丨二八^^^^^其中乜為機(jī)組在各個(gè)區(qū)的運(yùn)行時(shí)間；
[0029]
^分子45為廠家常用的標(biāo)準(zhǔn)除霜 間隔時(shí)間;分母為各區(qū)域推薦除霜間隔時(shí)間，min)
[0030] 除霜間隔總計(jì)時(shí)計(jì)算方法:tt〇t= 2ti'（i=A、B、C、D、E)
[0031] 上式中，分子45為熱栗機(jī)組常用的標(biāo)準(zhǔn)除霜間隔時(shí)間，min;分母為各區(qū)域設(shè)定的 最佳除霜間隔時(shí)間（見附表2,表中的數(shù)據(jù)經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試總結(jié)得出'為折算出的 標(biāo)準(zhǔn)化除霜間隔計(jì)時(shí)，11^1131(1=4、8、(：、04)總共為5個(gè)分區(qū)計(jì)時(shí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù) ;^。* 為除霜間隔總計(jì)時(shí)。
[0032] 進(jìn)一步:連續(xù)監(jiān)測(cè)空氣溫、濕度，并計(jì)算空氣源熱栗機(jī)組在各結(jié)霜分區(qū)制熱工況下 的運(yùn)行時(shí)間；計(jì)算除霜間隔總計(jì)時(shí)，并與最佳除霜時(shí)間設(shè)定值進(jìn)行比較判斷除霜與否：當(dāng)前 后兩次除霜間隔總計(jì)時(shí)ttot的累計(jì)值大于等于設(shè)定的最佳除霜間隔時(shí)間的設(shè)定值tsdrf時(shí)， 空氣源熱栗機(jī)組開始除霜;在除霜過程中，當(dāng)盤管Iw大于等于設(shè)定值1^<^(根據(jù)需要設(shè)定，一 般為20°C)時(shí)，空氣源熱栗機(jī)組停止除霜操作，機(jī)組恢復(fù)供熱。
[0033] 本發(fā)明提供的一種基于多區(qū)域結(jié)霜圖譜的空氣源熱栗除霜控制方法的步驟：
[0034] 1)確定結(jié)霜圖譜的范圍：以目前空氣源熱栗主要適用的溫度范圍將結(jié)霜圖譜橫坐 標(biāo)(空氣溫度)下限定為_15°C，縱坐標(biāo)取空氣相對(duì)濕度的范圍為0~100% ;
[0035] 2)繪制等露點(diǎn)溫度線:根據(jù)結(jié)露和結(jié)霜的條件，利用空氣的溫度和相對(duì)濕度計(jì)算 出結(jié)霜圖上任意一點(diǎn)的露點(diǎn)溫度，再把露點(diǎn)溫度相等的線連接起來形成等露點(diǎn)溫度線；
[0036] 3)確定臨界結(jié)露線和臨界結(jié)霜線:根據(jù)換熱溫差與盤管溫度和空氣溫度的關(guān)系， 分析得出盤管溫度Iw與空氣溫度的1的計(jì)算關(guān)系式為:Τν=(1;2)Τ 3-1α，任取一個(gè)1求出Tw 即為臨界結(jié)露溫度點(diǎn)，將所有不同的臨界結(jié)露溫度點(diǎn)連接起來得出臨界結(jié)露線；以現(xiàn)場(chǎng)測(cè) 試的方法確定出圖譜的臨界結(jié)霜線Y。此時(shí)圖譜包括三個(gè)區(qū)域:非結(jié)霜區(qū)、結(jié)露區(qū)與結(jié)霜區(qū)； [0037] 4)結(jié)霜區(qū)的的四條分界線的確定:利用冷平板結(jié)霜特性預(yù)測(cè)模型以及線性擬合， 在結(jié)霜區(qū)內(nèi)，將結(jié)霜速率相同的點(diǎn)擬合、連接后形成四條曲線A、B、C、D，結(jié)霜區(qū)從上往下被 細(xì)化為以）、0)、（〇、（〇)、化)五個(gè)區(qū)域。
[0038] 5)對(duì)圖譜的可靠性與正確性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)；
[0039] 6)根據(jù)得出的分區(qū)域結(jié)霜圖譜編寫控制邏輯，并將程序下載至控制器DDC中，程序 遵循"分區(qū)計(jì)時(shí)，累加評(píng)判"的原則；
[0040] 7)連續(xù)監(jiān)測(cè)空氣溫、濕度，并計(jì)算空氣源熱栗機(jī)組在各結(jié)霜分區(qū)制熱工況下的運(yùn) 行時(shí)間;計(jì)算除霜間隔總計(jì)時(shí)，并與最佳除霜間隔時(shí)間設(shè)定值進(jìn)行比較判斷除霜與否：當(dāng)前 后兩次除霜間隔總計(jì)時(shí)ttot大于等于設(shè)定的最佳除霜間隔時(shí)間tsdrf時(shí)，空氣源熱栗機(jī)組開 始除霜;在除霜過程中，當(dāng)盤管Iw等于設(shè)定值Tsdef (-般為20°C )時(shí)，空氣源熱栗機(jī)組停止除 霜操作。
[0041] 本發(fā)明在繪制圖譜時(shí)：首先確定結(jié)霜圖譜橫、縱坐標(biāo)的范圍；根據(jù)結(jié)露、結(jié)霜的條 件，以及空氣的溫、濕度繪制出等露點(diǎn)溫度線;再通過對(duì)空氣源熱栗的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與數(shù)據(jù)分析 得出盤管溫度與空氣溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合結(jié)霜、結(jié)露的條件確定出臨界結(jié)露線和臨界結(jié) 霜線;再以等結(jié)霜速率曲線細(xì)化結(jié)霜圖譜中的結(jié)霜區(qū)并現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證圖譜的正確性。最終 圖譜中包含三個(gè)區(qū)域:結(jié)霜區(qū)，結(jié)露區(qū)和非結(jié)霜區(qū);兩條分界線和四條等速率結(jié)霜曲線。
[0042] 本發(fā)明的有益效果是：（1)能準(zhǔn)確的判斷除霜出時(shí)刻，可靠性高；（2)能有效控制空 氣源熱栗機(jī)組的除霜操作，并避免"誤除霜"事故的發(fā)生，除霜效率高；（3)適用性廣泛，不受 地域和氣候的限制；（4)軟件與硬件的配置簡易，實(shí)用性強(qiáng)。
[0043] 以下結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
【附圖說明】
[0044] 圖1是本發(fā)明中技術(shù)基礎(chǔ)：多區(qū)域結(jié)霜圖譜。圖中，結(jié)霜區(qū)：（A)-一重霜區(qū)；（B)、 (C)--一般結(jié)霜區(qū)；（D)、（E)--輕霜區(qū)；結(jié)霜速率:S(A)>S (B)>S(C)>S⑶>S(E)
[0045] 非結(jié)霜區(qū)一一位于臨界結(jié)露線之下（Tw>Td)。當(dāng)空氣源熱栗機(jī)組在此區(qū)域內(nèi)運(yùn)行 時(shí)，其室外換熱器表面將保持干燥，不會(huì)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象；
[0046] 結(jié)露區(qū)一一位于臨界結(jié)露線之上，且在臨界結(jié)霜線的右方(Tw〈Td且Tw>Tf)。當(dāng)空氣 源熱栗機(jī)組在此區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，其室外換熱器表面