空气源热泵空调的一种新型除霜控制模式(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)大连三洋空调机有限公司 作者:邱宏

  以实现空气源热泵空调良好的除霜效果为目的,在进行充分试验的基础上,通过采集室外换热器液相冷媒温度和环境温度2个参数,提出了一种新型的除霜进入、除霜方式选择和除霜退出等具体的除霜控制模式,实现了空气源热泵空调机组的智能化除霜。

1、前言

  空气源热泵型空调冬季制热时,室外换热器的盘管温度总是低于周围的环境空气温度,当盘管表面温度低于环境空气的露点温度时,空气中的水分就会析出,换热器的翅片表面就会产生冷凝水。如果盘管温度继续下降到0℃以下,冷凝水就会凝结成霜附着在翅片上。

  室外盘管表面与外界环境之间的温差越大,结霜速度越快,结霜也越严重,甚至会将翅片之间的间隙局部或全部阻塞,最终导致室外换热器的换热效率低下,机组无法继续制热。

  此时要维持机组的正常工作,进行室外换热器的除霜是必要的。在空调器设计中,各种热泵的除霜运行模式从根本上来说可分为两类:

(1)热气旁通除霜法

  不改变制冷剂的流向,机组在除霜过程中保持制热工作状态不变,压缩机排出的高温气体直接旁通一部分至室外换热器中进行融霜。

(2)反循环除霜法

  除霜时四通换向阀动作,改变制冷剂的流向,让机组由制热运行状态转为制冷运行状态,压缩机排出的高温气体通过四通阀切换至室外换热器中进行融霜。

  两类除霜方法的除霜效果和供热房间的热舒适性各有优劣,这里不再做具体的分析对比,但无论采用何种除霜方式,除霜控制技术的正确运用,除霜参数的正确设定则对除霜效果起着决定性的作用。本文介绍一种新型的除霜进入、除霜方式选择和除霜退出等具体的除霜控制模式。

2、除霜控制模式

2.1、除霜点的检测

  通过检测室外换热器中液相冷媒的温度来确定合理的除霜切入点,除霜切入点的数值不是固定不变的,而是根据室外环境温度的变化,除霜切入点的温度值也相应变化,即通过试验,选取不同环境温度下,除霜效果最为理想的试验数据作为研究对象,确定进入除霜状态的液态冷媒的温度和环境温度的对应关系,建立起两者之间的数学模型,做为何时进入除霜状态的判定条件。

  设环境温度为T,室外机换热器液相冷媒温度为TL ,通过对制冷量为2500W、5600W、7100W和14000W的风冷热泵空调机组制热运行测试,

  建立如下数学模型:

  (1) T≥10℃, TL ≤ -3℃时,进入除霜状态;此环境条件下运行,换热器不能有霜积累,所以TL 温度低于- 3℃时必须进行除霜。

  (2) 5.7℃≤T < 10℃, TL < ( 0.7T -10 ) ℃时,进入除霜状态;此温度范围内运行,除霜判定模型是根据经验公式得到一条Y = 0.7X -10的斜线,其斜率的大小与换热器的回路设计、翅片间距值等因素有关。

  (3) 2.3℃≤T < 5.7℃, TL ≤ -6℃时,进入除霜状态;此温度范围内运行,室外换热器最容易结霜,所以除霜判定模型是Y =-6的水平直线。

  (4) -13.7℃≤T < 2.3℃, TL < ( 0.875T-8) ℃时,进入除霜状态;环境温度在2.3℃以下时,随着温度降低,空气中的水份减少,换热器结霜慢一些。如果按照Y = 0. 7X - 10的斜线作为判定条件,会出现过度除霜现象,所以将斜率修正为0.875。

  (5) T < - 13.7℃, TL ≤ -20℃ 时,进入除霜状态;

  此温度范围内运行,液相冷媒温度低于-20℃时换热器结霜明显,需要进行除霜。综合以上(1)~( 5)项给出的不同环境温度下进入除霜判定条件,可归结为图1所示的除霜点检测曲线,进入除霜状态的最终判定条件描述为:

除霜点的检测

图1 除霜点的检测

  (1)压缩机运行时,检测到室外换热器液相冷媒温度值在折线ab (含ab)以下区域连续保持8min或累积60min时,进入除霜状态。

  (2)为了避免过早进入除霜模式,压缩机运行后的15min内不进行除霜点的检测。

2.2、除霜屏蔽

  空调实际运行过程中,既要保证除霜效果又要避免除霜次数过多,因此有必要规定禁止除霜动作的时间,并作为选择除霜模式的约束条件,即除霜屏蔽。具体规定如下:

  (1)压缩机运转时间累计25min作为屏蔽时间基准。

  (2)屏蔽运行25min后仍未检测到进入除霜状态的信号,则不进入除霜模式而继续屏蔽。

  (3)一旦检测出除霜信号,满足进入除霜模式判定条件,则屏蔽时间结束后进入除霜状态。

2.3、除霜运转

  满足除霜判定条件进入除霜模式后,考虑到实际运行中,恶劣条件下会出现结霜严重的情况,所以采取两种除霜模式。并按图2流程所示,由控制程序自动判断在满足相关条件的时刻采用具体的除霜模式。

除霜模式选择流程

图2 除霜模式选择流程

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