專利名稱：風冷熱泵空調化霜控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是風冷熱泵空調系統(tǒng)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(fā)器出口風速來控制化霜時刻的方法。屬于熱能工程和制冷與空調技術領域。
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《制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(xù)時間，用一個時間控制器，接通化霜裝置，開始化霜；化霜持續(xù)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，在室外空氣干球溫度高于0℃，或者空氣濕度很低的時候，可能蒸發(fā)器表面沒有結霜，卻定時的接通化霜裝置，浪費能源，并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(fā)器內工質的溫差基本不變。蒸發(fā)器表面結霜后，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(fā)溫度，根據溫差發(fā)出化霜開始和終止信號。使用這種方法時，控制系統(tǒng)本身和溫差范圍的預定都較難，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?？諝饬鬟^蒸發(fā)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(fā)器進、出口的壓力差，發(fā)出化霜開始信號。這種微壓差控制器價格較貴，對于家用空調來說，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(jié)約能源，又能夠很好地控制化霜，是我們制冷空調界普遍關心的一個課題。
本發(fā)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(jié)流元件的仿真模型，然后通過壓力平衡，質量平衡和能量平衡將四大部件聯(lián)結成系統(tǒng)，然后循環(huán)迭代，系統(tǒng)進行結霜運行仿真計算。最終得到了蒸發(fā)溫度和出口風速的關系t0＝0.1417v5-0.5463v4+0.6173v3-0.0988v2+0.4941v-4.9040 (1)式中，t0為蒸發(fā)溫度，℃；v，為蒸發(fā)器出口風速，m/s。
接著，在室外機蒸發(fā)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(fā)溫度t0。
常用化霜控制方法都是是根據蒸發(fā)器表面溫度來確定是否化霜的，工程上，當蒸發(fā)器表面溫度達到-2℃～-3℃時，開始化霜。而蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)器表面溫度存在下面的關系tw＝t0+Δtw(2)式中，tw為蒸發(fā)器表面溫度，℃；Δtw為蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)器表面溫度之差，一般取Δtw＝1.5～2℃。
本發(fā)明沿用這個方法，設定當蒸發(fā)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。那么當公式1計算得到的蒸發(fā)溫度，代入公式2，比如取Δtw＝1.5℃，得到蒸發(fā)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(tǒng)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。根據這個速度范圍，來設定結束化霜的一個閾值，比如設定當風速大于1.8m/s時結束化霜。
總結以上的介紹，本發(fā)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(jié)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(tǒng)進行結霜運行仿真計算，得出蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)器出口風速的關系如下t0＝0.1417v5-0.5463v4+0.6173v3-0.0988v2+0.4941v-4.90403)在室外機蒸發(fā)器出口安裝風速傳感器；4)根據不同的系統(tǒng)，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(fā)溫度t0；6)把公式1計算得到的蒸發(fā)溫度t0代入公式2，得到蒸發(fā)器表面溫度tw；7)判斷計算的蒸發(fā)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(xù)運行；9)開始化霜后，當測到的風速達到預設定的閾值時，結束化霜，否則繼續(xù)化霜。
上述化霜控制方法，不僅簡單易行，而且可以很好的節(jié)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?？梢杂煤艿偷某杀荆芎玫目刂苹?。
本發(fā)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(fā)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(fā)器)、室內機(板式換熱器)、壓縮機(15hp活塞壓縮機)和節(jié)流元件(制冷量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(lián)結成系統(tǒng)，然后對系統(tǒng)進行結霜運行仿真計算，得出蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)器出口風速的關系如下
t0＝0.1417v5-0.5463v4+0.6173v3-0.0988v2+0.4941v-4.90403)在室外機(翅片管蒸發(fā)器)出口處安裝一個風速傳感器；4)根據本系統(tǒng)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(fā)溫度t0；6)將公式1計算得到的蒸發(fā)溫度t0代入公式2，得到蒸發(fā)器表面溫度tw；7)判斷計算的蒸發(fā)器表面溫度tw是否小于-3℃；8)如果tw小于或者等于-3℃時，開始化霜，如果沒有達到，繼續(xù)運行；本系統(tǒng)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(tǒng)開始化霜；9)本系統(tǒng)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)開始化霜后，當測到的風速v大于或者等于1.8m/s，結束化霜，否則繼續(xù)化霜。
權利要求
1.一種風冷熱泵空調化霜控制方法，其特征在于該控制方法包括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(jié)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(tǒng)進行結霜運行仿真計算，得出蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)器出口風速的關系如下t0＝0.1417v5-0.5463v4+0.6173v3-0.0988v2+0.4941v-4.90403)在室外機蒸發(fā)器出口安裝風速傳感器；4)根據特定的系統(tǒng)，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(fā)溫度t0；6)把公式1計算得到的蒸發(fā)溫度t0代入公式2，得到蒸發(fā)器表面溫度tw；7)判斷計算的蒸發(fā)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(xù)運行；9)開始化霜后，當測到的風速v達到設定的閾值時(比如大于1.9m/s)，結束化霜，否則繼續(xù)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(fā)器出口風速來實現的。本發(fā)明首先對系統(tǒng)進行仿真模擬，得出蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)器出口風速的關系。再根據安裝在蒸發(fā)器出口的風速傳感器測到的風速算出蒸發(fā)溫度，根據蒸發(fā)器表面溫度和蒸發(fā)溫度的關系得到蒸發(fā)器表面溫度，然后根據蒸發(fā)器表面溫度來確定是否化霜。最后根據蒸發(fā)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(jié)約能源，克服了傳統(tǒng)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(yōu)先權日2003年4月3日
發(fā)明者谷波, 景步云 申請人:上海交通大學