单元式空气源热泵系统结霜及化霜控制优化实验研究.docx

? ? 单元式空气源热泵系统结霜及化霜控制优化实验研究 ? ? Summary：对单元式空气源热泵系统的化霜控制模式进行分析，提出新的控制思路，在模拟室内外环境条件下进行实验研究，测试不同工况下的化霜控制方案对比，确认最优控制方案。 Keys：空气源热泵；结霜；化霜 Abstract: This paper analyzes the defrosting control mode of the unit air source heat pump system, puts forward a new control idea, carries out experimental research under simulated indoor and outdoor environmental conditions, tests the comparison of defrosting control schemes under different working conditions, and confirms the optimal control scheme. Key words: air source heat pump; Frosting; Defrost 1 前言 近年来，随着能效标准的提升，家用空调以及轻商单元式空调机组已全面切换热泵系统，然而热泵系统在低温（0℃以下）工况下容易出现蒸发器结霜现象， 结霜会导致换热器传热热阻增加，空气流量大幅降低，空调结霜运行，除了影响换热效果、造成能量损失外，还会造成系统带液运行，降低压缩机可靠性，化霜过程系统回液更加恶劣，影响机器使用寿命，因此热泵空调需要持续检测蒸发器结霜情况，定期进行化霜控制。深化化霜控制研究，是提高可靠性以及制热舒适性的一个重点。 当室外干球温度低（如-5℃），而相对湿度也低（如＜70%）的时候，由于湿空气中绝对湿度太小的原因，换热器翅片并不容易结霜。所以，如果单纯通过蒸发器的温度T蒸发进行结化霜的检测、判断，会存在这样的缺点：在北方寒冷但湿度低的地区，热泵空调在运行时容易出现无霜化霜，造成热量损失，而化霜过程中也会出现系统压力异常而带来的噪音问题，严重影响用户正常使用。 单元式空气源热泵系统机组对成本有较高的要求，一般不配备湿度传感器、压力传感器等元器件，所以如何在有限的温度传感器中提升结霜以及化霜控制的准确性，优化使用体验，成为行业重要研究课题之一。本文将通过分析目前常用化霜控制模式，并提出新的控制思路，并制定测试方案，对结果进行分析，提出更佳的除霜控制方案。 2 现有化霜方法以及优化思路 目前，单元式空气源热泵系统的化霜控制模式主要有两种： 1、制热过程中，检测、判断外机蒸发侧管温T外管的变化，达到设定的时间以及设定的温度下限值，随即通过切换模式进入化霜，达到设定温度上限或时间上限即退出化霜过程。该模式优点为控制简单可靠，退出时机合理，但缺点也较明显，如前文说提及的，低温低湿工况下会出现误动作，影响用户体验。 2、制热过程中，检测、判断内机冷凝侧管温T内管的变化，达到设定的时间后，持续检测冷凝侧管温T内管的变化速率，如果达到条件即切换模式进入化霜，随后检测管温上升变化速率以及化霜时间，满足条件后即切换模式退出化霜过程。该模式优点是合理地利用了结霜时的管温变化，能够准确地判断结霜程度，在低温环境下，能做到有霜才除霜无霜不除霜。但是缺点有三：一是在管温变化剧烈的情况（如高负荷制热的防高温保护期间），容易误进入化霜；二是在判断退出除霜条件时，内机管温的变化无法真实反映外机除霜情况，导致机组化霜时间过长，浪费热量和化霜结束后的噪音较大；三是如果制热开机前机组已经结霜，那么在后续的制热运行中，冷凝侧管温则存在波动较小或一直稳定的情况，导致机组一直带霜运行，无法进入化霜，影响制热舒适性和压缩机可靠性。 基于以上两种化霜控制，结合两者优点，提出以下化霜控制思路（模式3）：制热过程中，通过检测内机管温T内管、外机管温T外管的变化以及时间条件作为是否进入化霜的判断条件，随后通过检测外机管温T外管的变化以及时间条件作为是否完成化霜的判断条件。 此化霜控制方案优点是综合了模式1和模式2的长处，利用内机管温判断进入化霜，外机管温判断退出化霜。解决了模式1的低温下霜少但是进入化霜的问题，以及模式2中的化霜时间太长问题。 3 实验过程分析以及进一步优化 3.1实验目的 验证新方案的化霜情况，包括正常除霜工况以及非正常除霜工况下的除霜时间以及除霜效果，抓取进入误化霜的各参数点以及退出化霜时的各参数点，确定最优的化霜控制方案。 3.2实验方法 实验机组为：5KW的单元式风管机，机组采用化霜模式2或模式3进行以下验证： 恶劣除霜工况（内20/-，外0/0） 高温制热工况（内3