本發(fā)明屬于空調(diào)熱泵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以環(huán)境溫度和濕度因素作為控制條件的空氣源熱泵和風冷冷熱水機組化霜控制技術(shù)。

背景技術(shù)：

空氣源熱泵在熱水、采暖及烘干領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用，但目前普遍采用的化霜控制方式仍是定時化霜。當環(huán)境溫度及盤管溫度低于設(shè)定溫度時，機組運行到設(shè)定的時間(通常為45分鐘)后，進入化霜運行，高溫高壓冷媒進入空氣側(cè)翅片換熱器盤管，融化盤管外壁及翅片上的霜，待霜融化完，盤管溫度升至設(shè)定溫度(通常18℃左右)時，退出除霜。這就是目前普遍采用的以環(huán)境溫度及盤管溫度為條件的定時化霜方式。

采用上述化霜方式的空氣源熱泵或風冷冷熱水機組在濕度較高的天氣會出現(xiàn)化霜不及時導致機組不能制熱及停機的故障，在濕度較低的天氣又頻繁出現(xiàn)沒有霜卻化霜、白消耗能源的現(xiàn)象。據(jù)對實際運行機組觀測統(tǒng)計，這兩種誤除霜占總除霜次數(shù)之比高達70％，在北方大量表現(xiàn)為無霜除霜、浪費能源，在南方大量表現(xiàn)為有霜不除、制熱失效。

出現(xiàn)上述兩種現(xiàn)象的原因在于：結(jié)霜既與空氣溫度相關(guān)，也與空氣濕度相關(guān)，冬天空氣濕度的波動也比較大，雨雪天相對濕度很高，無雨雪吹北風的天氣相對濕度很低，兩者結(jié)霜周期可相差數(shù)倍。只考慮空氣溫度、不考慮空氣濕度的化霜控制方式必定不能滿足熱泵機組在不同溫濕度環(huán)境下穩(wěn)定可靠又高效運行的要求。

有的解決方案提出用直接檢測霜層厚度來確定進入化霜的時機，但這種方式價格昂貴且難以實現(xiàn)；還有一些解決方案是檢測結(jié)霜后機組一些參數(shù)變化作為判定依據(jù)，如風機電流變化、室外換熱器進出風壓的變化、蒸發(fā)溫度或盤管溫度的變化、冷媒壓力的變化等，但這些變量可能由多種因素引起，也不精確，易引起誤操作。

隨著空氣源熱泵采暖在北方的推廣應(yīng)用，迫切需要一種經(jīng)濟實用的化霜控制方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以環(huán)境溫度和相對濕度作為控制條件的空氣源熱泵和風冷冷熱水機組化霜控制系統(tǒng)和控制方法，使化霜周期隨環(huán)境溫濕度動態(tài)調(diào)整，使進入化霜時機更切合結(jié)霜情況，減少現(xiàn)有機型大量出現(xiàn)的無霜化霜或有霜不除，保障機組安全高效運行。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種空氣源熱泵或風冷冷熱水機組的化霜控制系統(tǒng)，其包括溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及控制器，所述溫度傳感器和空氣濕度傳感器分別與所述控制器信號連接；所述溫度傳感器用于檢測環(huán)境空氣溫度t，并將該溫度信息發(fā)送給所述控制器；所述空氣濕度傳感器用于檢測環(huán)境的相對濕度h％，并將該相對濕度信息發(fā)送給所述控制器；所述控制器根據(jù)所述溫度信息和相對濕度信息計算化霜周期時間，并輸出控制信號，以控制所述空氣源熱泵機組或風冷冷熱水機組進入化霜模式。

所述控制器具體用于：根據(jù)所述溫度信息t和相對濕度信息h％，以及化霜周期t的計算公式：t＝[a/(t+h)]ⁿ，計算出化霜周期，到達需要化霜的時間點后，輸出化霜控制信號，從而控制所述空氣源熱泵機組或風冷冷熱水機組進入化霜模式，該公式中，a值和n值可依據(jù)空氣源熱泵機組或風冷冷熱水機組的空氣側(cè)翅片換熱器的結(jié)霜難易特性進行設(shè)定，也可以依據(jù)實測的典型工況的t、t、h值算得a及n值。

a值和n值與機型本身冷媒系統(tǒng)設(shè)計、翅片換熱器及風機設(shè)計相關(guān)，一旦設(shè)定后，機組化霜周期t就取決于環(huán)境空氣的t+h值。

本發(fā)明還提供一種空氣源熱泵或風冷冷熱水機組的化霜控制方法，其包括以下步驟：

接收溫度傳感器傳送的環(huán)境空氣溫度t以及空氣濕度傳感器傳送的環(huán)境相對濕度h％；

根據(jù)所述溫度信息和相對濕度信息計算化霜周期時間，并輸出控制信號，以控制所述空氣源熱泵機組或風冷冷熱水機組進入化霜模式。

大量實驗表明，空氣源熱泵機組或風冷冷熱水機組的空氣側(cè)翅片換熱器結(jié)霜不僅與環(huán)境氣溫有關(guān)，還與周圍環(huán)境空氣相對濕度有關(guān)，在t≥6℃時，只會結(jié)露，不會結(jié)霜；在h+t<45時，空氣干燥，不會結(jié)霜。只有當t<6℃且h+t≥45時，翅片換熱器才會結(jié)霜，控制器才輸出控制信號以啟動化霜功能。根據(jù)大量實驗歸納出化霜周期t的計算公式為：t＝[a/(t+h)]ⁿ，a值和n值可依據(jù)空氣源熱泵機組或風冷冷熱水機組的空氣側(cè)翅片換熱器的結(jié)霜難易特性進行設(shè)定，也可以依據(jù)實測的典型工況的t、t、h值算得a及n值。因此，上述方法中，所述的根據(jù)所述溫度信息和相對濕度信息計算化霜周期時間，并輸出控制信號，以控制所述空氣源熱泵機組或風冷冷熱水機組進入化霜模式，具體為：根據(jù)所述溫度信息t和相對濕度信息h，以及化霜周期t的計算公式：t＝[a/(t+h)]ⁿ，計算出化霜周期。從機器啟動制熱模式開始計時，到運行一個化霜周期的時間，即到達需要化霜的時間點,輸出化霜控制信號，從而控制所述空氣源熱泵機組或風冷冷熱水機組進入化霜模式；若未運行完一個化霜周期(即未到啟動化霜的時間點)出現(xiàn)因水溫達到要求而壓縮機停機，此時計時停止，直到壓縮機重新啟動，接上上次停機時繼續(xù)計時，直至合計時間達到化霜周期時間即進入化霜模式。

另外，為解決短時間內(nèi)天氣波動(如突然下雪等)導致算得的化霜周期不能適應(yīng)天氣突變帶來的結(jié)霜情況的突變，本發(fā)明的控制方法還包括：在每個化霜周期內(nèi)，壓縮機啟動后即計算化霜周期t，此后每隔一段時間(如20分鐘)根據(jù)即時的環(huán)境空氣溫度t、環(huán)境空氣相對濕度h值算得即時的t，將每個即時的t與同一化霜周期內(nèi)前面算得的t比較，取其中最小的t作為本次化霜周期的時間，本周期制熱運行達到這個時間即開始化霜。即天氣短期內(nèi)波動時，化霜控制采取保守原則，寧可化霜偏早，不可有霜不除。控制器自動動態(tài)運算調(diào)整t值，如白天晚上t值隨環(huán)境溫濕度的變化而自動調(diào)整。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明提供了一種以環(huán)境溫度和相對濕度作為空氣源熱泵化霜控制條件的控制系統(tǒng)和控制方法，當t≥6℃且h+t＜45時，控制器不啟動化霜功能，避免白費能源；當t＜6℃且h+t≥45時，控制器按公式t＝[a/(t+h)]ⁿ算得化霜周期，不同的環(huán)境溫度和相對濕度下按不同的時間周期進行化霜，避免了只考慮環(huán)境溫度下的定時化霜(要按惡劣的濕度天氣設(shè)定固定的化霜周期時間(一般為45分鐘))導致的大量無霜化霜或有霜不除現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的控制系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為溫度-相對濕度值構(gòu)成的平面直角坐標系；

圖3為本發(fā)明實施例的控制系統(tǒng)的溫度t濕度h之和與化霜周期t的關(guān)系圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明及其有益效果作進一步詳細說明，但是，本發(fā)明的具體實施方式并不局限于此。

如圖1所示，本實施例提供一種以環(huán)境溫度和相對濕度作為空氣源熱泵化霜控制條件的控制系統(tǒng)，對空氣源熱泵空氣側(cè)翅片換熱器具有化霜控制功能，包括溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及控制器，所述溫度傳感器和空氣濕度傳感器分別與所述控制模塊連接，所述溫度傳感器用于檢測環(huán)境空氣溫度，并將溫度信息發(fā)送給所述控制器；所述空氣濕度傳感器用于檢測環(huán)境相對濕度，并將相對濕度信息發(fā)送給所述控制器；所述控制模塊根據(jù)溫度信息和濕度信息輸出控制信號，以控制空氣源熱泵的化霜功能；其中，所述溫度信息為t℃，所述相對濕度信息為h％。由于所述溫度傳感器和空氣濕度傳感器分別用于感應(yīng)環(huán)境溫度和相對濕度，因此，其優(yōu)選設(shè)置于空氣源熱泵的外機上。

當t≥6℃且h+t＜45時，控制器不啟動化霜功能，避免白費能源。

當t＜6℃且h+t≥45時，控制器按公式t＝[a/(t+h)]ⁿ算得化霜周期。作為優(yōu)選，設(shè)a＝280、n＝3，則化霜周期t＝[280/(t+h)]ⁿ。

當環(huán)境溫度-5℃，相對濕度45％時，h+t＝40＜45，控制器不啟動化霜；

當環(huán)境溫度-5℃，相對濕度50％時，h+t＝45，t＝[280/(t+h)]³＝240分鐘；

當環(huán)境溫度-10℃，相對濕度60％時，h+t＝50，t＝[280/(t+h)]³＝175分鐘；

當環(huán)境溫度0℃，相對濕度55％時，h+t＝55，t＝[280/(t+h)]³＝132分鐘；

當環(huán)境溫度5℃，相對濕度55％時，h+t＝60，t＝[280/(t+h)]³＝101分鐘；

當環(huán)境溫度-5℃，相對濕度75％時，h+t＝70，t＝[280/(t+h)]³＝64分鐘；

當環(huán)境溫度-10℃，相對濕度90％時，h+t＝80，t＝[280/(t+h)]³＝43分鐘；

當環(huán)境溫度0℃，相對濕度90％時，h+t＝90，t＝[280/(t+h)]³＝30分鐘；

當環(huán)境溫度5℃，相對濕度95％時，h+t＝100，t＝[280/(t+h)]³＝22分鐘。

在華北地區(qū)，冬季大部分時間h+t＜60，則t＞101分鐘，現(xiàn)有的定時化霜空氣源熱泵為了滿足小部分時間天氣下的h+t＞80，設(shè)置統(tǒng)一的化霜周期時間t＝45分鐘，導致頻繁無霜化霜，設(shè)備頻繁啟停轉(zhuǎn)換運行模式，浪費大量能源和設(shè)備制熱能力；而對于極端天氣下的h+t＞90時，機組又常出現(xiàn)化霜不及時、翅片結(jié)霜越來越嚴重、制熱能力大幅下降甚至停機。

參照圖2和圖3，在本實施案例中，化霜周期t隨環(huán)境溫濕度的變化而自動調(diào)整，寬幅地適應(yīng)天氣變化，及時地、恰到好處地有霜化霜、無霜不除霜，高效節(jié)能。

為解決短時間內(nèi)天氣波動(如突然下雪等)導致算得的化霜周期不能適應(yīng)天氣突變帶來的結(jié)霜情況的突變，在每個化霜周期內(nèi)，每隔一段時間(如20分鐘)根據(jù)即時的t、h值算得即時的t，每個即時的t要與同一化霜周期內(nèi)前面算得的t比較，取其中最小的t作為本次化霜周期時間，本周期制熱運行達到這個時間即開始化霜。即天氣短期內(nèi)波動時，化霜控制采取保守原則，寧可化霜偏早，不可有霜不除。

比如當環(huán)境溫度0℃，相對濕度55％時，h+t＝55，熱泵化霜周期t＝[280/(t+h)]³＝132分鐘，若此時突然下雪，空氣溫度變?yōu)?3℃，相對濕度變?yōu)?3％，則h+t＝60，熱泵化霜周期t＝[280/(t+h)]³＝101分鐘，熱泵運行完第101分鐘即轉(zhuǎn)為化霜運行模式。

本發(fā)明的化霜控制方式適用于熱電除霜、熱氣旁通除霜或四通閥換向系統(tǒng)逆運行除霜等除霜方式。

根據(jù)上述說明，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠?qū)ι鲜鰧嵤┓绞竭M行變更和修改，如根據(jù)熱泵系統(tǒng)特點不同，對化霜周期公式進行修正。因此，本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。