一种基于红外热成像检测空气源热泵除霜控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于红外热成像检测空气源热泵除霜控制系统，包括压缩机、气液分离器、四通换向阀、室内换热器、电子膨胀阀、室外换热器，以及除霜控制相关的红外热成像仪、数字处理器及存储器、视频输出设备、温湿度记录仪等部件；本系统利用逆循环工况以及控制逻辑实现系统除霜，通过本系统和方法可有效避免误除霜情况，节约除霜能耗，具有节能环保的特点。红外热成像仪一机两用，可分别作为表面温度输出以及表面情况普通视频输出，冬季可控制除霜工况，夏季可检测室外机阻塞情况。本系统不仅可以控制除霜情况，也可以上传输出室外机情况视频，方便工作人员检修问题。

An air source heat pump defrosting control system based on infrared thermography

The utility model discloses an air source heat pump defrosting control system based on infrared thermal imaging, including a compressor, a gas liquid separator, a four way reversing valve, an indoor heat exchanger, an electronic expansion valve and an outdoor heat exchanger, as well as an infrared thermal imager, a digital processor, a memory and a video output device related to defrosting control. The system uses the reverse cycle and control logic to defrost the system. Through this system and method, this system can effectively avoid the defrosting situation, save the defrosting energy consumption, and have the characteristics of energy saving and environmental protection. The infrared thermal imager is used in one machine and two, which can be used as surface temperature output and ordinary video output respectively. In winter, the defrosting condition can be controlled, and outdoor machine blocking can be detected in summer. This system can not only control the defrosting situation, but also upload the output video of outdoor unit to facilitate the maintenance of staff.

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外热成像检测空气源热泵除霜控制系统
本技术涉及空气源热泵除霜控制领域，具体是一种基于红外热成像技术检测空气源热泵除霜控制系统。
技术介绍
空气源热泵机组是现阶段建筑物暖通空调安装使用较多的热泵装置。空气源热泵因其安装方便，并且使用时节能减排，因此在冬季供暖中得到广泛应用。而冬季运行时，遇到的最大问题就是室外换热器表面的结霜问题，随着霜层厚度的增长，加大了换热器和空气间的热阻；同时也减少了空气流量，使空气源热泵机组的换热工况恶化，从而大大影响了机组的运行，严重时还会出现压缩机停机，不能正常工作。因此空气源热泵机组除霜问题的控制对保证机组可靠运行有重要意义。目前，国内外对空气源热泵的除霜控制方法进行了众多研究，主要的方法有如下几种：1.定时除霜法：通过设定固定的热泵制热循环时间进行周期除霜。2.空气压差控制除霜法：通过测量蒸发器两侧的空气压差,在两侧压力差达到一个预定值时，开始进行除霜。3.时间—温度压力法：设定一个蒸发温度压力和一个与上次除霜的时间间隔值,当传感器及工作时间均达到设定值时,开始进行除霜循环。4.声音振荡器控制除霜法：通过监测安装在蒸发器内的声音振荡器的共鸣频率测量霜层厚度从而控制除霜。5.霜层传感器控制除霜法：使用光电或电容探测器直接监测蒸发器上的霜层情况。6.最佳除霜时间控制法：通过判断除霜时间与结霜量之间的关系,控制热泵机组的结霜量。7.模糊除霜控制该系统：系统对大气温度、翅片温度、风机电流进行数据采集,并进行转换对各输入量进行模糊化,基于一组控制规则的推理结果查询除霜控制规则,确定是否需要除霜若需要,则发出除霜控制信号,启动除霜循环。虽然现阶段空气源热泵除霜控制方法很多,但仍存在众多问题，如换热器翅片除霜未除尽，表面霜除尽后仍继续除霜，无霜工况下除霜等实际问题，并且在换热器表面若存在结冰情况也对除霜造成很大影响，频繁误除霜也会减少机组使用寿命，降低系统的运行效率。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本技术提供一种基于红外热成像检测空气源热泵除霜控制系统，解决现有技术中除霜机组的运行能耗高的问题。本技术的技术方案是：一种基于红外热成像检测空气源热泵除霜控制系统，包括压缩机、气液分离器、四通换向阀、室内换热器、电子膨胀阀、室外换热器，以及除霜控制相关的红外热成像仪、数字处理器及存储器、视频输出设备、温湿度记录仪；冬季时：室内换热器为冷凝器，室外换热器为蒸发器；压缩机制高压制冷剂蒸汽经过四通换向阀流向室内换热器，蒸汽放热转变成制冷剂液体，流向电子膨胀阀，之后流向室外换热器，制冷剂吸热转变成低压蒸汽，最后流向气液分离器再流回压缩机完成循环；室外换热器外部设置红外热成像仪记录室外换热器外表面温度以及设置温湿度记录仪记录室外空气温度以及相对湿度；红外热成像仪通过连接数字处理器及存储器完成对输入信号的处理，并使用视频输出设备作为输出监控；系统使用红外线处理设备以及温湿度记录仪信号控制空气源热泵除霜；夏季时：四通换向阀切换工况，室内换热器为蒸发器，室外换热器为冷凝器。所述红外热成像仪为普通摄像机与热成像仪复合摄像头，两者可分离使用，可设置广角镜头。所述室内换热器为风机盘管、地板辐射采暖装置或墙壁辐射板。本技术的有益效果为：1.本系统利用逆循环工况以及控制逻辑实现系统除霜，通过本系统可有效避免误除霜情况，节约除霜能耗，具有节能环保的特点。2.本系统红外热成像仪一机两用，可分别作为表面温度输出以及表面情况普通视频输出，冬季可控制除霜工况，夏季可检测室外机阻塞情况。3.本系统不仅可以控制除霜情况，也可以上传输出室外机情况视频，方便工作人员检修问题。附图说明图1是本技术除霜系统原理图；图2是本技术除霜控制方法流程图；其中：1压缩机、2气液分离器、3四通换向阀、4室内换热器、5电子膨胀阀、6室外换热器、7红外热成像仪、8数字处理器及存储器、9视频输出设备、10温湿度记录仪。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术做详细说明。本技术的图1介绍本技术的基于红外热成像检测技术的温度湿度表面温度控制空气源热泵除霜系统原理图。本系统包括包括压缩机1、气液分离器2、四通换向阀3、室内换热器4、电子膨胀阀5、室外换热器6，以及除霜控制相关的红外热成像仪7、数字处理器及存储器8、视频输出设备9、温湿度记录仪10。设备运行具体过程为：设备运行冬季工况，室内换热器4为冷凝器，室外换热器6为蒸发器。压缩机1制高压制冷剂蒸汽经过四通换向阀3流向室内换热器4，蒸汽放热转变成制冷剂液体，流向电子膨胀阀5，之后流向室外换热器6，制冷剂吸热转变成低压蒸汽，最后流向气液分离器2再流回压缩机1完成循环。在室外换热器6外部设置红外热成像仪7记录室外换热器外表面温度以及设置温湿度记录仪10记录室外空气温度以及相对湿度。红外热成像仪7通过连接数字处理器及存储器8完成对输入信号的处理，并使用视频输出设备9作为输出监控。系统使用红外线处理设备以及温湿度记录仪10信号控制空气源热泵除霜。设备运行夏季工况，四通换向阀切换工况，室内换热器4为蒸发器，室外换热器6为冷凝器。若出现室外机堵塞故障，可用红外热成像仪7辅助检测故障问题。上述红外热成像仪为普通摄像机与热成像仪复合摄像头，两者可分离使用，本设备可设置广角镜头，近距离拍摄室外换热器整体情况。室内换热器可用多种形式，如风机盘管、地板辐射采暖装置或墙壁辐射板等。室外换热器需要将室外机放置在避免阳光直射区域，或者进行遮挡以阻止对红外热成像仪输出效果影响。红外热成像仪需辅助以节能光源，使用柔光避免灯光造成反射影响拍摄效果，摄像设备需要一定的防护措施以防止恶略天气对以上设备造成损坏。结合图2介绍本技术基于红外热成像检测技术的温度湿度表面温度控制空气源热泵除霜控制方法流程图，包括除霜控制各个部件的运行逻辑、图像处理的具体过程以及除霜开始结束的判定过程。本专利控制逻辑具体包括以下步骤：(1).温湿度记录仪10持续读取室外空气温度t、室外空气相对湿度RH，当室外空气温度t≤6℃并且室外空气相对湿度RH≥40％时，开启红外热成像仪7，若不满足上述条件，继续采集t和RH；(2).红外热成像仪7按时间间隔Δt对室外换热器外表面进行拍摄，中央处理器对于表面温度分布情况进行分析，若测得表面最低温度t1<0℃，开始步骤(3)的图像处理内容，若不满足条件，继续对室外换热器进行拍摄；(3).拍摄后的图像进行图像预处理步骤，具体内容为对接收到的图像信号进行图像滤波、边缘检测，最后进行二值化处理转换成黑白图像，f(x,y)表示图像在空间坐标为(x,y)处的像素灰度值，灰度化处理之后图像的灰度级集为G＝{0,1,2,...,254,255}；(4).将处理后的二值图像函数f(x,y)与系统存储的无霜工况的校核图像g(x，y)函数进行差值计算，即可得到霜层部分函数H(x，y)，H(x，y)内含的元素个数即为霜层面积S1，与系统记录的满霜面积S0做比值，即可得到结霜比例系数X；(5).判定霜层比例系数X与系统设定值X1比较，若X≥X1，执行步骤(6)，否则继续返回室外温湿度采集步骤；(6).运行除霜工况，切换四通换向阀3，关闭室内机风机，机组运行逆循环工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于红外热成像检测空气源热泵除霜控制系统，其特征在于，包括压缩机(1)、气液分离器(2)、四通换向阀(3)、室内换热器(4)、电子膨胀阀(5)、室外换热器(6)，以及除霜控制相关的红外热成像仪(7)、数字处理器及存储器(8)、视频输出设备(9)、温湿度记录仪(10)；冬季时：室内换热器(4)为冷凝器，室外换热器(6)为蒸发器；压缩机(1)制高压制冷剂蒸汽经过四通换向阀(3)流向室内换热器(4)，蒸汽放热转变成制冷剂液体，流向电子膨胀阀(5)，之后流向室外换热器(6)，制冷剂吸热转变成低压蒸汽，最后流向气液分离器(2)再流回压缩机(1)完成循环；室外换热器(6)外部设置红外热成像仪(7)记录室外换热器外表面温度以及设置温湿度记录仪(10)记录室外空气温度以及相对湿度；红外热成像仪(7)通过连接数字处理器及存储器(8)完成对输入信号的处理，并使用视频输出设备(9)作为输出监控；系统使用红外线处理设备以及温湿度记录仪(10)信号控制空气源热泵除霜；夏季时：四通换向阀切换工况，室内换热器(4)为蒸发器，室外换热器(6)为冷凝器。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外热成像检测空气源热泵除霜控制系统，其特征在于，包括压缩机(1)、气液分离器(2)、四通换向阀(3)、室内换热器(4)、电子膨胀阀(5)、室外换热器(6)，以及除霜控制相关的红外热成像仪(7)、数字处理器及存储器(8)、视频输出设备(9)、温湿度记录仪(10)；冬季时：室内换热器(4)为冷凝器，室外换热器(6)为蒸发器；压缩机(1)制高压制冷剂蒸汽经过四通换向阀(3)流向室内换热器(4)，蒸汽放热转变成制冷剂液体，流向电子膨胀阀(5)，之后流向室外换热器(6)，制冷剂吸热转变成低压蒸汽，最后流向气液分离器(2)再流回压缩机(1)完成循环；室外换热器(6)外部设置红外热成像仪(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张欢，殷大桢，由世俊，郑万冬，郑雪晶，叶天震，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12