【新技术】一种室内舒适性空调除霜控制方法

本期我们将会介绍一种基于室内室内热舒适状态的热泵型房间空调器除霜控制方法。但在介绍这项技术之前，先给大家科普一下有关空调常用除霜和抑制除霜的方法。

4种常用的除霜方法

当前，我们常用的主流四种除霜法：换向逆循环法、热气旁通法、电加热除霜法、水冲霜方法。（下表对比三种除霜法的问题）

1、换逆向循环法

换向逆循环是目前热泵常用的除霜技术。它只需一个四通阀，空间需求小、成本低、技术成熟，被广泛采用。但也有一些问题，如室内舒适度差、凝结水滞留、除霜耗时长、能耗高、能量来源不足、除霜不均匀等；

2、热气旁通法除霜  

下图为空气源热泵热气旁通除霜原理。除霜时，系统不换向，电磁阀开启，关闭风机，压缩机的排气从电磁阀进入蒸发器除霜，除霜后的制冷剂经过四通阀被压缩机吸入。

与逆循环法比，热气旁通法可改善室内舒适性、降低除霜能耗，据研究，热气旁通除霜性能优于逆循环，其供热量和ＣＯＰ分别有所提高。除霜后室内恢复正常供热所需时间比逆循环缩短了很多。

但热气旁通除霜时间较长，除霜不干净，另外如果时间太长有可能导致压缩机损坏。

3、电加热除霜  

电加热普遍应用于冷风机除霜 和冷库除霜 。通常，将电热管或电热丝安置在室外换热器表面或镶嵌在换热器翅片内。结构简单、设计成本低。

该方法消耗高品质的电能，除霜时部分热量会散至周围冷环境，增加了能耗，降低了融霜效率；同时，电热丝或热管寿命短，存在安全隐患。特别在制冷系统中，电加热除霜对低温冷库温度场的影响较大。

水冲霜方法这里不讲。

一种基于室内热舒适性的除霜控制方法

1、基于室内热舒适性的新除霜控制法   

这里提出的新除霜控制法综合考虑了霜层的不同生长阶段和室内所处的温升阶段，即在传统时间-温差控制法的基础上，结合室内所处的温升阶段、热舒适状态以及霜层的生长情况进行除霜判定，在保证室内温升速率的同时提升除霜热舒适性。

下图所示为热泵型空调器制热循环流程。新除霜控制法为热气除霜，在除霜工况时，制冷剂的流向与制热时一致：压缩机—室内换热器—电子膨胀阀—室外换热器—压缩机。

热泵型房间空调器制热循环流程图

其除霜控制法的控制逻辑如下图所示：

新除霜控制法逻辑流程图

1）制热运行时，实时检测制热持续运行时间（τ _h）、室外环境温度（t _o）、室外换热器盘管温度（t _e），根据t _o-t _e或t _e进行霜层厚度的判定。若τ _h≥τ ₁（τ ₁取值范围为10~60 min），且t _o-t _e或t _e在某一温度范围内时，认为空调器处于稳定运行状态，此时室外换热器盘管仅有薄霜附着。根据t _o-t _e或t _e进行薄霜判定时，其温度范围可根据测试得到，一般:Δt ₁和Δt ₂的取值范围为0~15 ℃，且Δt ₁<Δt ₂；t ₁和t ₂的取值范围为-10~0 ℃，且t ₁<t ₂。

2）进一步根据检测的室内温度（t _i）、设定温度与室内温度的差值（t _s-t _i）或温升速率（室内温度与开机时刻室内温度的差值与制热持续运行时间之商，Δt _i/τ _h）判定此时室内环境的热舒适状态。若t _i≥t ₃（t ₃一般取25 ℃），则认为室内环境温度符合人体热舒适性需求；若此时｜t _s-t _i｜<Δt ₃（Δt ₃取值范围为0~2 ℃），则认为此时室内温度与设定温度较为接近；若此时Δt _i/τ _h≥a（a取值范围为0~10 ℃/min），则认为温升速率较快，围护结构保温性能较好。当t _i≥t ₃，且｜t _s-t _i｜<Δt ₃或Δt _i/τ _h≥a，则进入除霜控制,否则进入常规除霜控制逻辑判定，若满足常规制热除霜控制条件，则进入除霜控制。

3）常规制热除霜控制的进入条件同样根据室外环境温度与室外换热器盘管温度的差值(t _o-t _e)或室外换热器盘管温度(t _e)进行判定，但此时t _o-t _e或t _e均比上述除霜判定时的要小、结霜情况要恶劣。此时室外换热器的霜层较厚，且制热能力已经开始衰减，Δt ₄与t ₄均根据实测数据确定，且Δt ₄ <Δt ₁，t ₄<t ₁。

4）进入除霜控制后，根据te判定霜层是否完全融化。若t _e≥t ₅（t ₅取值范围为0~15 ℃），退出当前除霜控制，继续制热运行。

2、试验台和试验工况  

室内温度采样点布置示意图

表  热泵型空调器性能试验工况

3、试验结果分析

下图所示为采用不同除霜控制方法时在不同温升阶段除霜对室内温度的影响。

图  室内平均温度随运行时间变化情况

下表所示为不同除霜控制方法在制热不同温升阶段除霜所产生的室内温降、除霜时室内最低温度以及回温时间（指除霜结束后，室内平均温度恢复至进入除霜前温度所需时间）。

表   采用不同除霜控制方法除霜时室内温降、室内最低温度和回温时间的对比

由上图和表可知，采用不同除霜控制方法以及在不同阶段进入除霜控制时，对室内平均温度的影响不同。

因此我们得出如下结论，不同除霜控制方法对室内环境的热舒适性影响不同：

1）采用时间控制法时，除霜进入条件仅由时间条件决定，当所取的时间间隔较小时，不可避免地在制热速升阶段进入除霜。此时室内环境还未达到热平衡，除霜控制对热舒适体验影响较大。故在室内温度处于速升阶段时，应尽量避免除霜。

2）采用时间-温差控制法时，除霜的判定条件综合考虑了霜层厚度和运行时间，可一定程度避免在速升阶段除霜，但进入除霜时由于霜层较厚，除霜热量需求大、除霜时间长，对室内环境的热舒适影响仍较大。故在缓升阶段和稳定阶段（或者室内温度已达到热舒适状态）时，尽量缩短除霜时间（如在霜层较薄时或霜层生长期进行除霜控制），从而降低除霜期间室内温降，缩短回温时间。

3）采用新除霜控制法（即基于室内热舒适状态的除霜控制方法），相比于时间控制法，在速升阶段不会进入除霜，可保证此阶段室内热舒适性及温升效果；在缓升阶段室内温降可减小1 ℃，在稳定阶段室内温降可减小1 ℃。相比于时间-温差控制法，在稳定阶段，温降可减小2.1 ℃。

版权声明：本文技术开发者林金煌等，文章发表于《制冷与空调》，版权归属原作者，内容有删减修改，由HETA小编编辑整理，转载请注明来源。