一种空调室外机冷凝器结霜抑制方法及空调与流程

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种空调室外机冷凝器结霜抑制方法及空调。

背景技术

随着人们生活水平的日益提高，空调机已经成为每个家庭的必备电器，空调器的制冷或制热过程实际上就是在进行热交换的过程，在热泵制热运行时，由室外冷凝器吸收室外侧的热量，空调系统将热量传递到室内侧进行放热。空调进行制热时，当室外侧热交换器翅片温度低于空气露点温度，翅片表面开始凝结水，当翅片表面温度低于冰点温度时，不可避免出现结霜现象，结霜是相变现象，可以放出大量热，刚开始有利于换热，但由于霜是热的不良导体，随着霜层增加，会阻碍室外换热器传热能力，当霜层厚度增加达到影响室外空气流动和热交换时，室内制热能力迅速下降，空调系统会通过四通阀换向，从室内吸热到室外放热，除去室外冷凝器上的霜。因此，在制热时，室外冷凝器会频繁结霜除霜，就会引起室内温度波动，影响了空调的舒适性。

发明专利cn101975440b中公开了一种缓解空调机室外冷凝器结霜的控制方法，通过检测室内蒸发器盘管温度t1是否满足，t1≥n，其中31℃≤n≤50℃，如果是，则继续检测室外冷凝器盘管温度t2，否则对室外冷凝器进行除霜处理；当t2≤0℃且持续一定时间，则调节室内外风扇电机转速，进行延缓室外冷凝器结霜处理，通过上述处理，在保证室内正常制热效果后延缓了结霜时间。这种控制方法虽然对抑制冷凝结霜有一定效果，但是对结霜时间和环境的判断比较粗糙，仅仅通过室外冷凝器盘管温度来判断是否抑制结霜，不能在结霜的第一时间清除霜晶，抑制结霜效果并不理想。

另外，有实验证明，由于结霜初期，霜层以树枝状的霜花生成为主，仅仅通过增大风扇转速，只是单向的风力往往无法完全抑制霜花的附着，会将高度方向增长的霜花吹倒或吹向远离风口位置，使得霜层沿一个方向依次增厚，而对于延缓结霜的效果并不理想，更不易清除。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供一种能准确判断结霜环境、能够有效抑制霜花的附着、显著延缓结霜时间，延长有效制热时间，减少了因停机除霜对室内温度波动的影响、提升空调舒适性的空调室外机冷凝器结霜抑制方法及空调。

一种空调室外机冷凝器结霜抑制方法，包括如下步骤：

s1：当空调处于制热模式时，室外风机正常运行；

s2：实时检测室外环境温度toa、室外空气的相对湿度φ和室外冷凝器盘管温度tp；

s3：根据室外环境温度toa和室外空气的相对湿度φ通过预设函数得到对应的露点温度td；

s4：判断所述室外冷凝器盘管温度tp是否低于冰点温度且不高于露点温度td，一旦为是则执行s5，否则返回执行步骤s2；

s5：抑霜控制：控制室外风机提升转速，并以提升后的转速正向运转。

进一步地，在执行s5之前先执行如下步骤：

s41：根据预设的抑霜判断时间进行计时，若计时过程中所述室外冷凝器盘管温度tp始终低于冰点温度且不高于露点温度td，则计时结束后空调进入抑霜控制，执行步骤s5；否则返回执行步骤s2。

进一步地，包括如下步骤：

s6：当室外风机的正向运转达到预设的第一抑霜控制时间时，对此刻的tp进行判断：若tp低于冰点温度且不高于露点温度td，则执行步骤s7；否则空调停止抑霜控制，室外风机恢复正常运行，返回执行步骤s2；

s7：进行判断：若室外风机的转速达到预设的转速上限阈值，则空调持续以该转速运行直到达到除霜条件，空调进入除霜控制，本方法结束；否则返回执行步骤s5。

进一步地，包括如下步骤：

s6：当室外风机的正向运转达到预设的第一抑霜控制时间时，对此刻的tp进行判断：若tp低于冰点温度且不高于露点温度td，则执行步骤s7；否则空调停止抑霜控制，室外风机恢复正常运行，返回执行步骤s2；

s7：进行判断：若室外风机的转速达到预设的转速上限阈值，则进入第二级抑霜控制，执行步骤s8；否则返回执行步骤s5；

s8：第二级抑霜控制：控制室外风机根据预设的正向运转时间和反向运转时间轮流进行正向运转和反向运转并循环执行；

s9：在第二级抑霜控制过程中，一旦tp不低于冰点温度或高于露点温度td的持续时间超过预设的第二抑霜控制时间，则停止第二级抑霜控制，室外风机恢复正常运行，返回执行步骤s2；否则保持运行第二级抑霜控制直至达到除霜条件，则空调停止第二级抑霜控制，进入除霜控制，本方法结束。

一种空调，包括室外风机，还包括：

控制单元，用于根据温度传感器检测的室外环境温度toa和湿度传感器检测的室外空气的相对湿度φ通过预设函数得到对应的露点温度td；根据温度传感器检测的室外冷凝器盘管温度tp判断是否低于冰点温度且不高于所述露点温度td，若是则执行抑霜控制指令，即控制室外风机提升转速并以提升后的转速正向运转；

温度传感器，用于实时检测室外冷凝器盘管温度和室外环境温度，并将温度信息发送到控制单元；

湿度传感器，用于实时检测室外空气的相对湿度φ，并将湿度信息发送到控制单元；

存储模块，用于保存预设值，包括预设函数。

进一步地，还包括：

控制单元，用于根据温度传感器检测的室外环境温度toa和湿度传感器检测的室外空气的相对湿度φ通过预设函数得到对应的露点温度td；根据温度传感器检测的室外冷凝器盘管温度tp判断是否低于冰点温度且不高于所述露点温度td，若是则发出指令让计时模块进行计时，若直到计时结束所述温度tp始终低于冰点温度且不高于所述露点温度td，则执行抑霜控制指令，即控制室外风机提升转速并以提升后的转速正向运转；

计时模块，用于收到指令时根据预设的抑霜判断时间进行计时；

温度传感器，用于实时检测室外冷凝器盘管温度和室外环境温度，并将温度信息发送到控制单元；

湿度传感器，用于实时检测室外空气的相对湿度φ，并将湿度信息发送到控制单元；

存储模块，用于保存预设值，包括预设函数和抑霜判断时间。

进一步地，控制单元，还用于在进行抑霜控制时，室外风机的正向运转达到预设的第一抑霜控制时间时对tp进行判断：

①若tp低于冰点温度且不高于所述露点温度td，则判断：室外风机的转速是否达到预设的转速上限阈值，若是则持续以该转速运行，若否则执行抑霜控制指令；当持续以该转速运行达到除霜条件时，则发出指令停止抑霜控制并执行除霜控制的指令；

②若tp不低于冰点温度或高于所述露点温度td，则发出指令停止抑霜控制，控制室外风机恢复正常运行；

计时模块，还用于在抑霜控制时根据预设的第一抑霜控制时间进行计时；

存储模块，还用于保存第一抑霜控制时间和转速上限阈值。

进一步地，控制单元，还用于在进行抑霜控制时，室外风机的正向运转达到预设的第一抑霜控制时间时对tp进行判断：

①若tp低于冰点温度且不高于所述露点温度td，则判断：室外风机的转速是否达到预设的转速上限阈值，若是则发出指令进入第二级抑霜控制，即控制室外风机根据预设的正向运转时间和反向运转时间轮流进行正向运转和反向运转并循环执行，若否则执行抑霜控制指令；在所述第二级抑霜控制过程中一旦tp不低于冰点温度或高于露点温度td的持续时间超过预设的第二抑霜控制时间，则发出指令停止第二级抑霜控制，控制室外风机恢复正常运行，否则保持运行第二级抑霜控制直至达到除霜条件后，发出指令停止抑霜控制并执行除霜控制的指令；

②若tp不低于冰点温度或高于所述露点温度td，则发出指令停止抑霜控制，控制室外风机恢复正常运行；

计时模块，还用于在抑霜控制时根据预设的第一抑霜控制时间进行计时，在所述第二级抑霜控制时根据预设的第二抑霜控制时间进行计时，在第二级抑霜控制中根据预设的正向运转时间和反向运转时间进行计时；

存储模块，还用于保存第一抑霜控制时间、第二抑霜控制时间、转速上限阈值、正向运转时间、反向运转时间。

进一步地，所述抑霜控制中室外风机的转速采用按量增速或者按比增速，所述按量增速中每次提升的转速n≤50r/min，所述按比增速中增速后的转速与增速前的转速之比≤120％。

进一步地，所述转速上限阈值设定为所述室外风机额定转速的150％。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、通过预设函数实时获得露点温度的数据，并对室外冷凝器盘管温度tp与冰点以及对应的露点温度td进行比较，基于露点与冰点温度的结合判断，不但可以精确地判断盘管开始结霜的时间和环境，在霜晶刚开始或即将开始凝结的时候就通过室外风机增速运转的方式有效抑制霜晶的生成，有效降低进入除霜控制的频率，提高了结霜判断的精确性；

2、通过逐级提高风机转速来提高抑霜效果，保证抑霜效果的同时，尽量减少能源消耗和噪声污染，提高了用户的舒适性；

3、通过设置两级抑霜控制，在室外风机增速抑霜的基础上增加了正反循环运转的方式来加强抑霜控制，能够有效抑制霜花的附着，显著延缓了结霜的时间，大大降低了除霜的频率，减少了因停机除霜导致室内温度波动的时间，提升了用户的舒适性。

附图说明

图1为方法实施例1的流程示意框图；

图2为方法实施例1中优化方案的流程示意框图；

图3为方法实施例2的流程示意框图；

图4为方法实施例3的流程示意框图；

图5为装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

方法实施例1：

如图1所示，一种空调室外机冷凝器结霜抑制方法，包括如下步骤：

s1：当空调处于制热模式时，室外风机正常运行；

s2：实时检测室外环境温度toa、室外空气的相对湿度φ和室外冷凝器盘管温度tp；

s3：根据室外环境温度toa和室外空气的相对湿度φ通过预设函数得到对应的露点温度td；

s4：判断所述室外冷凝器盘管温度tp是否低于冰点(标准大气压下取0℃)且不高于露点温度td，一旦为是则执行s5，否则返回执行步骤s2；

s5：抑霜控制：控制室外风机提升转速，并以提升后的转速正向运转。

所述室外环境温度也就是室外干球温度，所述室外空气的相对湿度在实施例中可由室外湿球温度替代，因为不论通过相对湿度或者湿球温度都能用于和室外环境温度一起通过预设函数得到对应的露点温度。本文中所述的预设函数是通过室外环境温度和室外空气的相对湿度(或室外湿球温度tow)的输入得到对应露点温度输出的函数，可通过对焓湿图(或焓湿表)中相应的数据进行拟合得到。可以理解，为了方便空调设备进行智能控制，所述预设函数可将焓湿图中的数据通过拟合函数的方式存储在空调内部的存储器上，这是现有技术中已经存在的方法，可以有很多种拟合方式，只要能达到对焓湿图中的相应数据能够进行较精确的换算即可，故在此不列举具体的拟合函数。所述焓湿图一般可包括干球温度、湿球温度、露点温度、相对湿度、含湿量和焓等数据。特别地，本文中所述抑霜控制中室外风机的转速可采用按量增速或按比增速的方式，所述按量增速中每次提升的转速n可以选择一个不大于50r/min的值，具体增速值可以是某个定值也可以根据具体情况而定；所述按比增速可以每次将转速提升至不大于之前转速的120％的值，增速比例可以是某个定值也可以根据具体情况而定。

当盘管温度tp低于td,空气当中水分会以结露方式出现，随着tp进一步降低，当低于冰点温度时，结霜现象就会发生。根据研究结霜过程的相关文献，结霜过程开始是过冷水珠形式，虽然冷面结霜机理非常复杂,但冷面结霜基本上都经历了水珠生成、长大、冻结、初始霜晶生成、长大等过程。随着初始霜晶长大，翅片间的通路会被交叉遮挡，导致风速会快速下降，使换热能力快速下降，如果能延缓或除去部分不坚固的霜晶，可以保持翅片间的空气流通，使换热能继续。也就是说，盘管结霜有两个基本条件，一是盘管温度低于露点温度，否则盘管上不会结露，更不会结霜；二是盘管温度低于冰点温度，否则盘管上顶多结露，不会结霜。换句话说，只要盘管温度高于露点温度或冰点任意一个，盘管上就不会结霜。本实施例的方法通过对室外冷凝器盘管温度tp与对应的冰点温度和露点温度td同时进行比较，不但可以精确地判断盘管开始结霜的时间和环境，在霜晶刚开始或即将开始凝结的时候就通过室外风机增速运转的方式有效抑制霜晶的生成，还有效降低进入除霜控制的频率，提高了结霜判断的精确性以及用户的舒适性。如果通过该方式就能够将盘管温度提升到高于露点温度或冰点温度，则说明霜晶停止生长或被清除，此时即可停止抑霜控制，室外风机恢复正常运行。

如图2所示，作为进一步优化的方案，包括如下步骤：

s1：当空调处于制热模式时，室外风机正常运行；

s2：实时检测室外环境温度toa、室外空气的相对湿度φ和室外冷凝器盘管温度tp；

s3：根据室外环境温度toa和室外空气的相对湿度φ通过预设函数得到对应的露点温度td；

s4：判断所述室外冷凝器盘管温度tp是否低于冰点温度且不高于露点温度td，一旦为是则执行s41，否则返回执行步骤s2；

s41：根据预设的抑霜判断时间进行计时，若计时过程中所述室外冷凝器盘管温度tp始终低于冰点温度且不高于露点温度td，则计时结束后空调进入抑霜控制，执行步骤s5；否则返回执行步骤s2。

s5：抑霜控制：控制室外风机提升转速，并以提升后的转速正向运转。

所述抑霜判断时间可根据具体情况自行设置，优选地，可以选择一个小于150秒的值。当抑霜判断时间选择0秒时，本方案即简化为跳过抑霜判断计时直接进入抑霜控制的方案(即优化前的方案)。

考虑到有可能因为某些偶然的原因导致盘管温度产生误检测，这样通过在进入抑霜控制之前加入一个延时判断，能够进一步提高对结霜判断的准确性，保证抑霜控制的稳定性。

本文中的冰点温度可以是在空调安装之前根据环境气压等参数设定的使用环境处水的结冰零界点温度。

方法实施例2：

如图3所示，一种空调室外机冷凝器结霜抑制方法，在方法实施例1中任一种方案的基础上，还包括如下步骤：

s6：当室外风机的正向运转达到预设的第一抑霜控制时间时，对此刻的tp进行判断：若tp低于冰点温度且不高于露点温度td，则执行步骤s7；否则空调停止抑霜控制，室外风机恢复正常运行，返回执行步骤s2；

s7：进行判断：若室外风机的转速达到预设的转速上限阈值，则空调持续以该转速运行直到达到除霜条件，空调进入除霜控制，本方法结束；否则返回执行步骤s5。

所述预设的第一抑霜控制时间可以根据具体情况自行设置，优选地，可以选择一个小于150秒的值。所述转速上限阈值可根据不同电机选型进行不同的设置，例如可设为室外风机额定转速的150％。本文中所述的除霜条件以及除霜控制均可采用现有技术，在此不再赘述。

本实施例通过在室外风机增速抑霜后根据tp判断室外机冷凝器盘管处是否仍处于霜晶生长的状态，并在抑霜一段时间后通过逐次判断后的逐级增速来加强对霜晶生长的抑制。如果当室外风机转速达到预设转速上限时仍然不能抑制霜晶生长，此时则应进入除霜控制以彻底将霜晶清除；一旦室外风机转速在达到预设转速上限前已经使盘管处无法生长霜晶(即盘管温度高于冰点或露点)，则空调应退出抑霜控制，恢复正常运行。这样可以有效提高空调抑霜控制效率，降低进入除霜控制的频率。

方法实施例3：

如图4所示，一种空调室外机冷凝器结霜抑制方法，在方法实施例1中任一种方案的基础上，还包括如下步骤：

s6：当室外风机的正向运转达到预设的第一抑霜控制时间时，对此刻的tp进行判断：若tp低于冰点温度且不高于露点温度td，则执行步骤s7；否则空调停止抑霜控制，室外风机恢复正常运行，返回执行步骤s2；

s7：进行判断：若室外风机的转速达到预设的转速上限阈值，则进入第二级抑霜控制，执行步骤s8；否则返回执行步骤s5；

s8：第二级抑霜控制：控制室外风机根据预设的正向运转时间和反向运转时间轮流进行正向运转和反向运转并循环执行；

s9：在第二级抑霜控制过程中，一旦tp不低于冰点温度或高于露点温度td的持续时间超过预设的第二抑霜控制时间，则停止第二级抑霜控制，室外风机恢复正常运行，返回执行步骤s2；否则保持运行第二级抑霜控制直至达到除霜条件，则空调停止第二级抑霜控制，进入除霜控制，本方法结束。

所述正向运转时间和反向运转时间可选择5～60秒，优选为20秒。

本实施例在方法实施例2的基础上增加了第二级抑霜控制，通过在室外风机转速达到预设上限后进行正向反向循环运转来来实现抑霜控制，由于传统的单向风力仅仅将更多的霜花吹向远离风口位置，使得霜层沿一个方向依次增厚，而本方法中的双向循环风力可以解决这个问题，能够有效抑制霜花的附着，显著延缓了结霜的时间，大大降低了除霜的频率，减少了因停机除霜导致室内温度波动的时间，提升了空调的舒适性。

装置实施例1：

如图5所示，一种空调，包括室外风机，还包括：

控制单元，用于根据温度传感器检测的室外环境温度toa和湿度传感器检测的室外空气的相对湿度φ通过预设函数得到对应的露点温度td；根据温度传感器检测的室外冷凝器盘管温度tp判断是否低于冰点温度且不高于露点温度td，若是则执行抑霜控制指令，即控制室外风机提升转速并以提升后的转速正向运转；

温度传感器，用于在空调处于制热模式时实时检测室外冷凝器盘管温度和室外环境温度，并将温度信息发送到控制单元；

湿度传感器，用于在空调处于制热模式时实时检测室外空气的相对湿度φ，并将湿度信息发送到控制单元；

存储模块，用于保存预设值，包括预设函数。

所述控制单元分别与温度传感器、湿度传感器和存储模块连接。

本实施例中的装置可以实现如方法实施例1的方案所述的方法。本文中所述控制单元可以采用mcu或plc等。

装置实施例2：

如图5所示，一种空调，包括室外风机，还包括：

控制单元，用于根据温度传感器检测的室外环境温度toa和湿度传感器检测的室外空气的相对湿度φ通过预设函数得到对应的露点温度td；根据温度传感器检测的室外冷凝器盘管温度tp判断是否低于冰点温度且不高于露点温度td，若是则发出指令让计时模块进行计时，若直到计时结束所述温度tp始终不高于所述露点温度td，则执行抑霜控制指令，即控制室外风机提升转速并以提升后的转速正向运转；

计时模块，用于收到指令时根据预设的抑霜判断时间进行计时；

温度传感器，用于在空调处于制热模式时实时检测室外冷凝器盘管温度和室外环境温度，并将温度信息发送到控制单元；

湿度传感器，用于在空调处于制热模式时实时检测室外空气的相对湿度φ，并将湿度信息发送到控制单元；

存储模块，用于保存预设值，包括预设函数和抑霜判断时间。

所述控制单元分别与计时模块、温度传感器、湿度传感器和存储模块连接。

本实施例中的装置可以实现如方法实施例1中优化方案所述的方法。所述抑霜判断时间可以优选为100～150秒。

装置实施例3：

如图5所示，在装置实施例1或2所述的任一种空调的基础上：

控制单元，还用于在进行抑霜控制时，室外风机的正向运转达到预设的第一抑霜控制时间时对tp进行判断：

①若tp低于冰点温度且不高于露点温度td，则判断：室外风机的转速是否达到预设的转速上限阈值，若是则持续以该转速运行，若否则执行抑霜控制指令；当持续以该转速运行达到除霜条件时，则发出指令停止抑霜控制并执行除霜控制的指令；

②若tp不低于冰点温度或高于所述露点温度td，则发出指令停止抑霜控制，控制室外风机恢复正常运行；

计时模块，还用于在抑霜控制时根据预设的第一抑霜控制时间进行计时；

存储模块，还用于保存第一抑霜控制时间和转速上限阈值。

所述控制单元分别与计时模块、温度传感器、湿度传感器和存储模块连接。

本实施例中的装置可以实现如方法实施例2中所述的方法。所述抑霜判断时间可以优选为100～150秒。所述转速上限阈值可根据不同电机选型进行不同的设置，例如可设为室外风机最大转速的80～95％。

可以理解，对于本文中的是否进入除霜控制，除了通过室外风机的转速是否达到预设转速上限阈值来判断外，还可以根据室外风机转速的提升次数是否达到预设的转速提升次数阈值来判断；可以理解，进一步还能通过上述两个阈值一起判断，只要满足达到两个阈值中的任一个即可进入除霜控制。

装置实施例4：

如图5所示，在装置实施例1或2所述的任一种空调的基础上：

控制单元，还用于在进行抑霜控制时，室外风机的正向运转达到预设的第一抑霜控制时间时对tp进行判断：

①若tp低于冰点温度且不高于露点温度td，则判断：室外风机的转速是否达到预设的转速上限阈值，若是则发出指令进入第二级抑霜控制，即控制室外风机根据预设的正向运转时间和反向运转时间轮流进行正向运转和反向运转并循环执行，若否则执行抑霜控制指令；在所述第二级抑霜控制过程中一旦tp不低于冰点温度或高于露点温度td的持续时间超过预设的第二抑霜控制时间，则发出指令停止第二级抑霜控制，控制室外风机恢复正常运行，否则保持运行第二级抑霜控制直至达到除霜条件后，发出指令停止抑霜控制并执行除霜控制的指令；

②若tp不低于冰点温度或高于所述露点温度td，则发出指令停止抑霜控制，控制室外风机恢复正常运行；

计时模块，还用于在抑霜控制时根据预设的第一抑霜控制时间进行计时，在所述第二级抑霜控制时根据预设的第二抑霜控制时间进行计时，在第二级抑霜控制中根据预设的正向运转时间和反向运转时间进行计时；

存储模块，还用于保存第一抑霜控制时间、第二抑霜控制时间、转速上限阈值、正向运转时间、反向运转时间。

所述控制单元分别与计时模块、温度传感器、湿度传感器和存储模块连接。

本实施例中的装置可以实现如方法实施例3中所述的方法。所述第一抑霜控制时间和第二抑霜控制时间可以根据具体情况和需要自由设定，例如所述第一抑霜控制时间可以优选为100～150秒，所述第二抑霜控制时间优选为10～120秒。所述转速上限阈值可根据不同电机选型进行不同的设置，例如可设为室外风机额定转速的150％或最大转速的80～95％。所述正向运转时间和反向运转时间可在5～60秒之间取值；特别地，所述正向运转时间和反向运转时间优选为20秒。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。