基于智能化霜的制冷节能控制方法及制冷节能控制系统
阅读说明：本技术 基于智能化霜的制冷节能控制方法及制冷节能控制系统 (Refrigeration energy-saving control method and refrigeration energy-saving control system based on intelligent defrosting ) 是由 王光超 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于智能化霜的制冷节能控制方法及制冷节能控制系统,所述控制系统包括：第一温度传感器,用于检测进入风机的室内回风温度Ta(i)；第二温度传感器,用于检测蒸发器出口处的管壁表面温度Te(i)；微处理器,用于获取室内回风温度Ta(i)和蒸发器出口表面温度Te(i)；计算结霜温度差ΔT(i)＝Ta(i)-Te(i),判断系统是否满足结霜条件；根据系统结霜状况进行自适应化霜控制。本发明能够实现按需化霜,达到节能降耗的目的。(The invention relates to a refrigeration energy-saving control method and a refrigeration energy-saving control system based on intelligent defrosting, wherein the control system comprises: the first temperature sensor is used for detecting the indoor return air temperature Ta (i) entering the fan; a second temperature sensor for detecting a tube wall surface temperature te (i) at the evaporator outlet; the microprocessor is used for acquiring indoor return air temperature Ta (i) and evaporator outlet surface temperature Te (i); calculating a frosting temperature difference delta T (i) ═ Ta (i) — Te (i), and judging whether the system meets frosting conditions; and performing self-adaptive defrosting control according to the frosting condition of the system. The invention can realize defrosting according to the requirement and achieve the aims of saving energy and reducing consumption.)
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种基于智能化霜的制冷节能控制方法及制冷节能控制系统。
背景技术
在保鲜、冷藏，冷冻等制冷系统应用中，由于制冷温度低于零点，以及空气中的湿度，不可避免的在蒸发器表面会形成结霜现象。结霜后，风道阻塞，热传递阻力加大，严重影响系统的制冷效率，能耗高，更严重时，结霜会冻住风机叶片，风机电机可能烧毁，因此必须进行除霜。
当前行业内主要采用的是定时，定周期的自动化霜控制。例如低温冷库，一般压缩机累计运行时间每3～6小时，开启一次化霜；每次化霜20到50分钟。
定时定周期的自动化霜存在以下主要问题：
1、化霜次数过多，存在不必要的化霜。即系统在没有结霜的情况下，也会定时启动化霜。制冷系统需要运行更长的时间去吸收这部分热量，造成额外的能耗。
2、化霜过程和结果无法检测，存在过度化霜和化霜不足的情况。化霜时间过长，额外产生热量；化霜时间不足，化霜不干净。都会增加系统运行效率低，高能耗。
3、化霜发生的时间不是最佳时间段。一日之内昼夜变化，环境温度变化会影响冷凝器的温度上升，冷凝器的温度上升会造成冷凝压力上升，进行对系统造成以下影响：
(1)制冷机的冷凝温度升高，那么冷凝压力就会随着冷凝温度的升高而升高，制冷压缩机的排气温度也随之上升。
(2)制冷机的单位制冷量则减少，吸气比体积不变，单位容积制冷量减小。
(3)制冷机的理论比功加大。
(4)如果忽略压缩机容积效率的变化不计，那么制冷剂质量流量不变，则制冷机的所有制冷量必定降低，压缩机的理论功率必定加大。
由此可知，当制冷机的蒸发温度不变，而冷凝温度上高的时候，对于同一台制冷机来说，它的制冷量就会减小，同时所消耗的功率就会加大，也正因为这样，所以制冷机的制冷系数直接降低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于智能化霜的制冷节能控制方法及制冷节能控制系统，能够实现按需化霜，达到节能降耗的目的。
本发明的技术解决方案是：
本发明提供的一种基于智能化霜的制冷节能控制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1检测系统是否结霜：在设定的时间内获取环境温度，计算结霜温度差，判断系统是否满足结霜条件；
步骤2根据检测到的系统结霜状况进行自适应化霜控制。
所述步骤1检测系统是否结霜；其中检测算法包括如下步骤：
步骤1.1检测算法开始运行；
步骤1.2检测系统是否启动制冷；若是，则转至步骤1.3；
步骤1.3微处理器每秒钟采集室内回风温度Ta(i)和蒸发器出口表面温度Te(i)；
步骤1.4计算结霜温度差ΔT(i)＝Ta(i)-Te(i)；若结霜温度差ΔT(i)>预设的温度T1，则满足结霜条件，结霜累计时间增加1秒，Timer＝timer+1；若否，则不满足结霜条件，计时器复位清零，Timer＝0，转至步骤1.2；
步骤1.5判断累计时间Timer是否超过预设的时间段t1；若Timer>t1，则启动化霜；若否，则转至步骤1.1。
所述步骤2根据检测到的系统结霜状况进行自适应化霜控制；其中，所述自适应化霜控制包括如下步骤：
步骤2.1当检测到系统结霜后，进入自适应化霜阶段，启动化霜；
步骤2.2按照默认时间或者上次更新的化霜时间T(i)，控制加热器进行化霜；
步骤2.3化霜时间结束，重新开启制冷，根据检测算法检测并计算结霜温度差ΔT(i)；
步骤2.4若结霜温度差ΔT(i)>预设的温度T2，则下一次的化霜时间增加时间步长a，即T(i+1)＝T(i)+a，跳至步骤1；
若结霜温度差ΔT(i)<预设的温度T2，则下一次的化霜时间减少时间步长a，即T(i+1)＝T(i)-a，跳至步骤1；
重复步骤1和步骤2，依此循环，直到化霜时间T稳定在最佳点附近。
进一步地，所述控制方法还包括选择最佳化霜时间进行控制的步骤：
将一日内的时间划分成n个片区，1<n<13，根据各个片区环境温度的历史统计数据，按由低到高的顺序对各个片区进行排序；
当检测到系统结霜后，通过实时时钟检测当前时间片所属的片区；
若当前时间片所属的片区其历史环境温度较低，则进入自适应化霜阶段，启动化霜；
若当前时间片所属的片区其历史环境温度较高，则推迟化霜到下一片区。
本发明提供的一种基于智能化霜的制冷节能控制系统，所述控制系统包括：
第一温度传感器，用于检测进入风机的室内回风温度Ta(i)；
第二温度传感器，用于检测蒸发器出口处的管壁表面温度Te(i)；
微处理器，用于获取室内回风温度Ta(i)和蒸发器出口表面温度Te(i)；计算结霜温度差ΔT(i)＝Ta(i)-Te(i)，判断系统是否满足结霜条件；根据系统结霜状况进行自适应化霜控制。
所述微处理器判断系统是否满足结霜条件，具体为：
若结霜温度差ΔT(i)>预设的温度T1，则满足结霜条件，结霜累计时间增加1秒，Timer＝timer+1；若否，则不满足结霜条件，计时器复位清零，Timer＝0。
所述微处理器根据系统结霜状况进行自适应化霜控制，具体为：
判断累计时间Timer是否超过预设的时间段t1；若Timer>t1，则启动化霜；
按照默认时间或者上次更新的化霜时间T(i)，控制加热器进行化霜；
化霜时间结束，重新开启制冷，计算结霜温度差ΔT(i)；若结霜温度差ΔT(i)>预设的温度T2，则下一次的化霜时间增加时间步长a，即T(i+1)＝T(i)+a；若结霜温度差ΔT(i)<预设的温度T2，则下一次的化霜时间减少时间步长a，即T(i+1)＝T(i)-a；依此循环，直到化霜时间T稳定在最佳点附近。
进一步地，所述控制系统还包括实时时钟，所述微处理器选择最佳化霜时间进行控制；具体为：
将一日内的时间划分成n个片区，1<n<13，根据各个片区环境温度的历史统计数据，按由低到高的顺序对各个片区进行排序；
当检测到系统结霜后，通过所述实时时钟检测当前时间片所属的片区；
若当前时间片所属的片区其历史环境温度较低，则进入自适应化霜阶段，启动化霜；
若当前时间片所属的片区其历史环境温度较高，则推迟化霜到下一片区。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的制冷控制方法，是基于结霜检测的闭环化霜控制系统，该控制方法能够有效减少不必要的化霜次数，实现按需化霜；在减少化霜功率的同时减少压缩机的运行时间，达到节能降耗的目的。
(2)通过闭环自适应调节控制，避免了化霜过度和化霜不足，使得化霜过程得到优化。
(3)通过控制化霜时间段，避开一日内制冷能力最低的时间段，使化霜发生在系统效率最高的时间段，从而使得化霜后室内温度恢复时间变短，降低能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于智能化霜的制冷节能控制系统框图；
图2为本发明实施例示出的曲线趋势图一；
图3为本发明实施例示出的曲线趋势图二；
图4为系统的结霜检测流程图；
图5为系统自适应化霜控制的框图；
图6为系统自适应化霜控制的流程图；
图7为某冷库一日之内的库温曲线图；
图8为系统最佳化霜时间的选择控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于智能化霜的制冷节能控制系统框图。所述控制系统包括：
第一温度传感器，用于检测进入风机的室内回风温度Ta(i)；固定在距离风机背部进风口约30～50厘米，高度在2/3风机处。
第二温度传感器，用于检测蒸发器出口处的管壁表面温度Te(i)；固定在出口管壁的翅片上，距离边缘约3～5厘米。
微处理器，用于获取室内回风温度Ta(i)和蒸发器出口表面温度Te(i)；计算结霜温度差ΔT(i)＝Ta(i)-Te(i)，判断系统是否满足结霜条件；根据系统结霜状况进行自适应化霜控制。
系统开启制冷，当制冷剂流过蒸发器，没有结霜时，管内冷量会被带走，传递到室内空气，蒸发器出口的表面温度Te与回风温度Ta的温度差会稳定的保持在一个较小的范围内(<2℃)，下降曲线如图2所示。
当蒸发器表面开始结霜，热阻增大，冷量无法被交换到空气中，蒸发器的管壁温度Te会快速下降，而回风温度Ta下降缓慢，因而会形成非常大的温度差(>6℃)，温度差会随着结霜恶化而增加，如图3所示。
因此可以通过温度差检测系统的结霜程度。
所述微处理器判断系统是否满足结霜条件，具体为：
若结霜温度差ΔT(i)>预设的温度T1，则满足结霜条件，结霜累计时间增加1秒，Timer＝timer+1；若否，则不满足结霜条件，计时器复位清零，Timer＝0。
所述微处理器根据系统结霜状况进行自适应化霜控制，具体为：
判断累计时间Timer是否超过预设的时间段t1；若Timer>t1，则启动化霜；
按照默认时间或者上次更新的化霜时间T(i)，控制加热器进行化霜；
化霜时间结束，重新开启制冷，计算结霜温度差ΔT(i)；若结霜温度差ΔT(i)>预设的温度T2，则下一次的化霜时间增加时间步长a，即T(i+1)＝T(i)+a；若结霜温度差ΔT(i)<预设的温度T2，则下一次的化霜时间减少时间步长a，即T(i+1)＝T(i)-a；依此循环，直到化霜时间T稳定在最佳点附近。
需要说明的是，本实施例预设的温度为2℃，设定的时间步长为3分钟。在制冷节能控制方法中也以此为例。
进一步地，所述控制系统还包括实时时钟，所述微处理器选择最佳化霜时间进行控制；具体为：
将一日内的时间划分成n个片区，1<n<13，根据各个片区环境温度的历史统计数据，按由低到高的顺序对各个片区进行排序；
当检测到系统结霜后，通过所述实时时钟检测当前时间片所属的片区；
若当前时间片所属的片区其历史环境温度较低，则进入自适应化霜阶段，启动化霜；
若当前时间片所属的片区其历史环境温度较高，则推迟化霜到下一片区。
最佳化霜时间控制，就是选择环境温度较低的片区进行化霜控制。
本发明实施例提供的一种基于智能化霜的制冷节能控制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1检测系统是否结霜：在设定的时间内获取环境温度，计算结霜温度差，判断系统是否满足结霜条件；
系统的结霜检测流程图，即检测算法如图4所示。检测算法包括如下步骤：
步骤1.1检测算法开始运行；
步骤1.2检测系统是否启动制冷；若是，则转至步骤1.3；
步骤1.3微处理器每秒钟采集室内回风温度Ta(i)和蒸发器出口表面温度Te(i)；
步骤1.4计算结霜温度差ΔT(i)＝Ta(i)-Te(i)；若结霜温度差ΔT(i)>预设的温度T1，则满足结霜条件，结霜累计时间增加1秒，Timer＝timer+1；若否，则不满足结霜条件，计时器复位清零，Timer＝0，转至步骤1.2；
步骤1.5判断累计时间Timer是否超过预设的时间段t1；若Timer>t1，则启动化霜；若否，则转至步骤1.1。
步骤2根据检测到的系统结霜状况进行自适应化霜控制。
图5为系统自适应化霜控制的框图；图6为系统自适应化霜控制的流程图；所述自适应化霜控制包括如下步骤：
步骤2.1当检测到系统结霜后，进入自适应化霜阶段，启动化霜流程；
步骤2.2按照默认时间或者上次更新的化霜时间T(i)，控制加热器进行化霜；
步骤2.3化霜时间结束，重新制冷，根据检测算法检测并计算结霜温度差ΔT(i)；
步骤2.4若结霜温度差ΔT(i)>2℃(本实施例预设的温度为2℃)，则下一次的化霜时间增加3分钟(本实施例设定的时间步长为3分钟)，即T(i+1)＝T(i)+3分钟，跳至步骤1；重复步骤1和步骤2，依此循环，直到结霜温度差ΔT(i)小于2℃；
若结霜温度差ΔT(i)<2℃，则下一次的化霜时间减少3分钟，即T(i+1)＝T(i)-3分钟，跳至步骤1；重复步骤1和步骤2，依此循环，直到结霜温度差ΔT(i)大于2℃；
最终，化霜时间T稳定在最佳点附近。
进一步地，所述控制方法还包括选择最佳化霜时间进行控制的步骤：
将一日内的时间划分成n个片区，1<n<13，根据各个片区环境温度的历史统计数据，按由低到高的顺序对各个片区进行排序；
当检测到系统结霜后，通过实时时钟检测当前时间片所属的片区；
若当前时间片所属的片区其历史环境温度较低，则进入自适应化霜阶段，启动化霜；
若当前时间片所属的片区其历史环境温度较高，则推迟化霜到下一片区。
本实施例中，图7所示为某冷库一日之内的库温曲线图。由图可知，凌晨4，5点左右的温度下降曲线与下午2～4点的对比，前者系统制冷能力(降温速度和时间)明显优于后者，所以最佳的化霜时间应放在凌晨4～5点。
因此本实施例将一日内的时间划分成四个片区，其中环境温度最高在第三区间，应避免化霜发生在该时间段；第一区间是一日内温度最低的区间，尽量将化霜控制在该时段。
图8为系统最佳化霜时间的选择控制框图。当检测到系统结霜后，通过实时时钟检测当前时间片所属的片区；
若当前时间片是第一片区，则进入自适应化霜阶段，启动化霜；
若当前时间片是第二片区，则进入自适应化霜阶段，启动化霜；
若当前时间片是第三片区，则推迟化霜，到第四片区；
若当前时间片是第四片区，则推迟化霜，到第一片区。
以上对本发明实施例公开的便携式保暖装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的便携式保暖装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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