基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统，包括压缩机、四通换向阀、室内换热器、电子膨胀阀、室外换热器、气液分离器、热气旁通阀、室外风机、室外空气温湿度探头，图像采集仪、采集卡和处理控制器。处理控制器根据室外换热器翅片表面的结霜程度控制空气源热泵机组在制热模式和除霜模式之间切换，除霜模式包括热气旁通除霜和逆循环运行除霜。本发明专利技术除霜方法解决了冬季空气源热泵运行时除霜的问题，能够更加真实反应室外换热器翅片的结霜状况，不仅按照机组运行要求按时除霜，以实现空气源热泵高效可靠的按需除霜，并结合热气旁通阀的作用，减小了除霜能耗，从而保证机组较高的运行效率，延长机组使用寿命，提高能源利用率。

Defrosting system and method for air source heat pump based on image processing and hot gas bypass

The invention discloses an air source heat pump based on image processing and hot gas bypass defrosting system, including four compressor, four-way reversing valve, an indoor heat exchanger, electronic expansion valve, an outdoor heat exchanger, a gas-liquid separator, a hot air bypass valve, an outdoor fan, outdoor air temperature and humidity probe, image acquisition instrument, acquisition and processing controller. According to the frosting degree of the fin surface of the outdoor heat exchanger, the processing controller controls the switching between the air source heat pump unit and the defrosting mode, and the defrosting mode includes hot air bypass defrosting and reverse circulation defrosting. The invention solves the defrosting method for air source heat pump in winter when defrosting operation problems, can more truly reflect the outdoor heat exchanger fin frosting condition, not only in accordance with the operation of the unit are required to defrost, in order to achieve efficient and reliable air source heat pump to defrost, combined with hot gas bypass valve, in addition to reducing cream consumption, so as to ensure the unit operation efficiency is high, prolong the service life of the unit, improving the utilization rate of energy.

【技术实现步骤摘要】
基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统及方法
本专利技术涉及空气源热泵应用领域，具体是涉及一种基于数字图像处理技术，并结合热气旁通的空气源热泵除霜系统及其控制方法。
技术介绍
空气源热泵以空气作为低温热源，且空气源热泵装置的安装和使用具有节能减排，因此在冬季供暖中得到越来越多的应用。但由于冬季运行时，室外换热器翅片较容易结霜，直接影响了空气源热泵的运行。室外换热器结霜主要从两个方面对热泵机组的运行造成不良影响：一、翅片霜层的形成增大了室外换热器表面导热热阻，降低了室外换热器的传热系数；二、翅片霜层的存在增大了空气流过室外换热器阻力，减少了空气流量，从而降低了机组供热性能。随着室外换热器壁面霜层的增长，室外换热器蒸发温度下降、机组制热量降低、风机性能衰减和输入电流增大、供热性能系数降低，严重时出现压缩机停机，从而导致机组不能正常工作。由此可见，空气源热泵的除霜问题对其运行具有重要意义。目前，用于风冷空气源热泵及其它低温制冷设备的除霜控制方法主要有以下几种：1)定时除霜法；2)时间-温度法；3)空气压差除霜控制法；4)蒸发温度与大气温度差除霜控制法；5)最佳除霜时间控制法；6)最大平均供热量法；7)模糊除霜控制法等等。虽然现有空气源热泵除霜控制方法很多，但仍有部分除霜在翅片表面结霜不严重、不需要除霜的情况下进行，无益的消耗能量，并且误除霜的频繁发生会增大系统高压侧部件的损坏概率，进而严重影响热泵工作寿命。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统，能够更加真实反应室外换热器翅片的结霜状况，以实现空气源热泵高效可靠的“按需除霜”，并结合热气旁通阀的作用，减小了除霜能耗，从而保证机组较高的运行效率，延长机组使用寿命，提高能源利用率。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统，包括压缩机、四通换向阀、室内换热器、电子膨胀阀、室外换热器、气液分离器、热气旁通阀和室外风机；所述压缩机的排气口与四通换向阀的进气口连接，所述四通换向阀的回气口与所述气液分离器的入口连接，所述气液分离器的出口与所述压缩机的吸气口连接，所述四通换向阀的另外两个端口分别与所述室内换热器的第一端口及所述室外换热器的第一端口连接，所述电子膨胀阀的一端与所述室内换热器的第二端口连接，所述电子膨胀阀的另一端与所述室外换热器的第二端口连接，所述热气旁通阀的进气口与所述压缩机的排气口连接，所述热气旁通阀的排气口与所述室外换热器的第二端口连接；该空气源热泵除霜系统还包括室外空气温湿度探头，图像采集仪、采集卡和处理控制器，所述图像采集仪位于所述室外换热器外部的中间部位，所述图像采集仪用于拍摄室外换热器的翅片表面霜层分布状况；所述图像采集仪通过所述采集卡与处理控制器连接，所述压缩机、四通换向阀、电子膨胀阀、热气旁通阀和室外风机均与所述处理控制器相连，所述处理控制器用于控制所述压缩机、四通换向阀、电子膨胀阀、热气旁通阀和室外风机的启停。进一步讲，本专利技术中，所述图像采集仪是摄像机或红外摄像头。所述室内换热器是风机盘管、地面辐射采暖装置和直接冷凝式散热器中的一种。利用上述基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统进行除霜的方法，首先，设定除霜开始时的室外换热器的翅片表面结霜程度系数P1和除霜结束时的室外换热器的翅片表面结霜程度系数P2，P1＝0.4,P2＝0.05；然后，按照以下步骤进行：步骤一、所述处理控制器发出指令控制空气源热泵机组切换至制热模式运行，与此同时，所述压缩机开启、热气旁通阀关闭、四通换向阀开启、室外风机开启，电子膨胀阀开启；步骤二、所述室外空气温湿度探头开始采集室外空气温度Ta、室外空气相对湿度RH，直到室外空气温度Ta≤6℃且室外空气相对湿度RH≥40％时，顺序执行步骤三；步骤三、所述图像采集仪按时间间隔Δt1＝30s，对室外换热器的翅片表面进行拍摄，并将图像信号通过采集卡传输给处理控制器，所述处理控制器对接收到的图像信号进行图像滤波、图像边缘检测及灰度化处理；步骤四、对处理后的图像进行多阈值分割，用每个阈值的像素点所对应的表征值之和与图像总像素数之比为室外换热器的翅片表面结霜程度系数P，当P大于或等于设定值P1时，顺序执行步骤五；否则，返回步骤三；步骤五、将空气源热泵机组切换至除霜模式，关闭所述压缩机、关闭所述四通换向阀、开启所述热气旁通阀、关闭所述室外风机，持续30s后，重新关闭所述热气旁通阀、开启所述压缩机，使空气源热泵机组进入逆循环运行除霜；步骤六、所述图像采集仪按时间间隔Δt2＝20s，对室外换热器的翅片表面进行拍摄，并将图像信号通过采集卡传输给处理控制器，所述处理控制器对接收到的图像信号进行图像滤波、图像边缘检测及灰度化处理；步骤七、对处理后的图像进行多阈值分割，用每个阈值的像素点所对应的表征值之和与图像总像素数之比为室外换热器的翅片表面结霜程度系数P，当P小于或等于设定值P2时，执行顺序步骤八，否则，返回步骤六；步骤八、重新关闭所述压缩机、开启所述四通换向阀、开启所述热气旁通阀，并持续120s后，完成此次的除霜过程，返回步骤一，重新进入制热模式运行。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种基于数字图像处理技术的空气源热泵除霜系统及控制方法，解决了冬季空气源热泵运行时除霜的问题，不仅能够按照机组运行要求按时除霜，而且结合热气旁通阀的使用，节约了部分除霜的能耗，使得空气源热泵运行更可靠、节能。附图说明图1是本专利技术基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统结构示意图；图2是利用图1所示空气源热泵除霜系统进行除霜控制的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。如图1所示，本专利技术提出的一种基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统，包括压缩机1、四通换向阀2、室内换热器3、电子膨胀阀4、室外换热器5、气液分离器6、热气旁通阀7、室外风机8、室外空气温湿度探头12、图像采集仪9、采集卡10和处理控制器11。其中，所述室内换热器3是风机盘管、地面辐射采暖装置和直接冷凝式散热器中的一种，所述图像采集仪9是摄像机或红外摄像头。室外空气温湿度探头12设置在室外风机8附近即可。所述压缩机1的排气口与四通换向阀2的进气口连接，所述四通换向阀2的回气口与所述气液分离器6的入口连接，所述气液分离器6的出口与所述压缩机1的吸气口连接，所述四通换向阀2的另外两个端口分别与所述室内换热器3的第一端口及所述室外换热器5的第一端口连接，所述电子膨胀阀4的一端与所述室内换热器3的第二端口连接，所述电子膨胀阀4的另一端与所述室外换热器5的第二端口连接，所述热气旁通阀7的进气口与所述压缩机1的排气口连接，所述热气旁通阀7的排气口与所述室外换热器5的第二端口连接；所述图像采集仪9位于所述室外换热器5外部的中间部位，所述图像采集仪9用于拍摄室外换热器5的翅片表面霜层分布状况；所述图像采集仪9通过所述采集卡10与处理控制器11连接，所述压缩机1、四通换向阀2、电子膨胀阀4、热气旁通阀7和室外风机8均与所述处理控制器11相连，所述处理控制器11用于控制所述压缩机1、四通换向阀2、电子膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统，包括压缩机(1)、四通换向阀(2)、室内换热器(3)、电子膨胀阀(4)、室外换热器(5)、气液分离器(6)、热气旁通阀(7)和室外风机(8)；所述压缩机(1)的排气口与四通换向阀(2)的进气口连接，所述四通换向阀(2)的回气口与所述气液分离器(6)的入口连接，所述气液分离器(6)的出口与所述压缩机(1)的吸气口连接，所述四通换向阀(2)的另外两个端口分别与所述室内换热器(3)的第一端口及所述室外换热器(5)的第一端口连接，所述电子膨胀阀(4)的一端与所述室内换热器(3)的第二端口连接，所述电子膨胀阀(4)的另一端与所述室外换热器(5)的第二端口连接，所述热气旁通阀(7)的进气口与所述压缩机(1)的排气口连接，所述热气旁通阀(7)的排气口与所述室外换热器(5)的第二端口连接；其特征在于：该空气源热泵除霜系统还包括室外空气温湿度探头(12)，图像采集仪(9)、采集卡(10)和处理控制器(11)，所述图像采集仪(9)位于所述室外换热器(5)外部的中间部位，所述图像采集仪(9)用于拍摄室外换热器(5)的翅片表面霜层分布状况；所述图像采集仪(9)通过所述采集卡(10)与处理控制器(11)连接，所述压缩机(1)、四通换向阀(2)、电子膨胀阀(4)、热气旁通阀(7)和室外风机(8)均与所述处理控制器(11)相连，所述处理控制器(11)用于控制所述压缩机(1)、四通换向阀(2)、电子膨胀阀(4)、热气旁通阀(7)和室外风机(8)的启停。...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统，包括压缩机(1)、四通换向阀(2)、室内换热器(3)、电子膨胀阀(4)、室外换热器(5)、气液分离器(6)、热气旁通阀(7)和室外风机(8)；所述压缩机(1)的排气口与四通换向阀(2)的进气口连接，所述四通换向阀(2)的回气口与所述气液分离器(6)的入口连接，所述气液分离器(6)的出口与所述压缩机(1)的吸气口连接，所述四通换向阀(2)的另外两个端口分别与所述室内换热器(3)的第一端口及所述室外换热器(5)的第一端口连接，所述电子膨胀阀(4)的一端与所述室内换热器(3)的第二端口连接，所述电子膨胀阀(4)的另一端与所述室外换热器(5)的第二端口连接，所述热气旁通阀(7)的进气口与所述压缩机(1)的排气口连接，所述热气旁通阀(7)的排气口与所述室外换热器(5)的第二端口连接；其特征在于：该空气源热泵除霜系统还包括室外空气温湿度探头(12)，图像采集仪(9)、采集卡(10)和处理控制器(11)，所述图像采集仪(9)位于所述室外换热器(5)外部的中间部位，所述图像采集仪(9)用于拍摄室外换热器(5)的翅片表面霜层分布状况；所述图像采集仪(9)通过所述采集卡(10)与处理控制器(11)连接，所述压缩机(1)、四通换向阀(2)、电子膨胀阀(4)、热气旁通阀(7)和室外风机(8)均与所述处理控制器(11)相连，所述处理控制器(11)用于控制所述压缩机(1)、四通换向阀(2)、电子膨胀阀(4)、热气旁通阀(7)和室外风机(8)的启停。2.根据权利要求1所述基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述图像采集仪(9)是摄像机或红外摄像头。3.根据权利要求1所述基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述室内换热器(3)是风机盘管、地面辐射采暖装置和直接冷凝式散热器中的一种。4.一种基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜方法，其特征在于，采用如权利要求1至3任一所述的基于图像处理及热气旁通的空气源热泵除霜系统，设定除霜开始时的室外换热器...

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