房间空调器温湿双控控制方法实验研究.pdf

2023年9 月第3期（第42 卷总16 4期）文章编号：ISSN1005-9180（2 0 2 3）0 3-0 0 13-0 5制冷13房间空调器温湿双控控制方法实验研究于琦，彭光前，吴俊鸿，单联瑜，王锐锋（小米科技（武汉）有限公司，武汉，430 0 10）摘要为平衡室内环境温度与湿度，并改善空调器运行过程中室内环境的热舒适性，本文提出一种温湿双控方法。通过对房间的热负荷和湿负荷进行智能检测及判断，并根据室内环境温度与设定温度差值及室内绝对含湿量与设定含湿量差值，对压缩机频率和室内风机转速进行智能调控，实现温度、湿度的同时控制。测试结果表明，采用该控制方法室内环境温度及相对湿度均可控制在设定温湿度附近，可进一步强化用户的使用体验。关键词温湿双控；空气含湿量；压缩机控制；内风机转速中图分类号 TM925.12文献标志码 Adoi:10.3969/J.ISSN.1005-9180.2023.03.003Experimental Study on Temperature and Humidity Dual ControlMethod of Room Air ConditionerYU Qi,PENG Guangqian,WU Junhong,SHAN Lianyu,WANG Ruifeng(Xiaomi Technology（W u h a n)Co.,Lt d.,W u h a n 430 0 10,Ch i n a)Abstract:In order to balance the indoor environment temperature and humidity and improve the thermal comfort of theindoor environment during the operation of the air conditioner,this paper proposes a temperature and humidity dualcontrol method.By intelligently detecting and judging the heat load and humidity load of the room,and according to thedifference between the indoor ambient temperature and the set temperature and the difference between the indoorabsolute humidity and the set humidity,the frequency of the compressor and the speed of the indoor fan are intelligentlycontrolled to realize the simultaneous control of temperature and humidity.The test results show that the indoor ambienttemperature and relative humidity can be controlled near the set temperature and humidity by using this control method,which can further strengthen the users experience.Key words:Double Control of Temperature and Humidity;air Moisture;Control of Compressor;Internal Fan Speed随着我国国民经济的快速发展与人们生活水平的迅速提高，空调已逐渐走进千家万户，空气调节对于室内环境空气质量的改善有着非常重要收稿日期：2 0 2 2-9-15作者简介：于琦（19 9 4-），男，工程师，硕士研究生，主要从事空气源热泵技术研究及产品开发。E-mail：2 47 18 57 9 59 q q.c o m通讯作者：彭光前（19 9 0-），男，工程师，硕士研究生，主要从事空气源热泵技术研究及产品开发。的意义和作用，因此通过合理的控制方式，平衡室内环境温度与湿度的关系就显得尤为重要。目前空调器的运行情况以设定温度作为主要导向，REFRIGERATION14当室内环境温度远大于设定温度时，空调器以高频运行，此时室内换热器管温低于空气露点温度，导致室内空气湿度大幅降低，用户易产生干燥之感，但当室内环境温度接近设定温度时，压缩机低频运行，室内换热器管温接近或高于露点温度，空气中湿度可能会偏大，亦会导致用户体感不佳。1-2 基于上述问题，已有部分研究对温湿度可独立控制的空调系统进行了研究，并取得了显著的效果。许文明3 等提出了一种基于压缩机频率及室内机风机转速的房间空调器温湿双控控制方法，该温湿双控方法可有效实现温度调节至设定温度，相对湿度维持在40%6 0%范围内，大幅提升了用户的使用舒适性；席战利【4 针对家用空调制冷过程中湿度不可控的问题，设计了一种制冷过程中进行温湿双控的空调系统，经试验验证，该系统在不影响温降效果的情况下，室内环境湿度可较普通空调提升15%2 0%；刘宇【5】等对具有调温除湿功能的空调系统进行实验研究，实验结果表明，调温除湿模式比升温除湿模式的出风温度低约7%，出风相对湿度低约2 7%；朱锦泉【6 在除湿制冷的同时，开启室内机自带的电加热元件，再通过调节压缩机频率，使房间冷热平衡，实现恒温除湿。测试结果表明，该控制方式不仅能有效地进行除湿，还能将房间温度波动控制在土1内，提高用户使用空调除湿功能的舒适度；。QiQ等7 基于多输人多输出控制，通过调整压缩机频率和内风机转速，对室内环境的温度和湿度实现了耦合控制。FanHM等【8 对多单元热泵温湿双控进行了研究，并通过运行过程中产生的冷凝热并加以回收利用，实现了温度和湿度的同时控制。温度控制区间T内环-T 设定 4 T,T内环一T设定4T4 T,T内环-T设定 TT内环-T设定4TT内环-T 设定 A TNo.3,2023(Vol.42Total No.164)本文提出了一种通过对室内环境温湿度与空调器设定温湿度差值进行实时检测，从而实现对压缩机频率与内风机转速耦合控制的温湿双控控制逻辑，通过对温度和湿度进行耦合控制，从而大幅改善室内环境的热舒适性，提升用户的使用体验。1功能设计室内环境温度和空气湿度都会对人体的舒适性产生影响，根据室内环境温度与空气湿度对人体热舒适性影响程度的不同，空调器的控制逻辑也需进行相应的调节。当室内环境温度远大于设定温度时，由于温度对于舒适性的影响远大于空气湿度，此时空调器的显冷量输出需要增大，当室内环境温度接近设定温度时，空气湿度对于舒适性的影响逐渐增强，此时空调潜冷量的输出又显得更加重要。因此可根据室内环境温度及空气相对湿度对空调器执行器动作进行调节，从而将温度与湿度控制在合理范围内，实现温湿双控的功能效果。温湿双控控制逻辑如图1所示，用户设定目标温度T设定及目标湿度RH设定后，空调器对室内环境温度及空气相对湿度进行实时采集，因室内相对湿度“RH内环”的变化无法有效表征空气中实际含湿量的变化，所以需要通过室内环境温度“Tax”和相对湿度“RH内环”计算空气中的实际含湿量“D内环”，再通过实际含湿量的目标变化量“D”（D=D 环-D设定）及室内环境温度变化量“T”（T=T 内环-T设定）来调控压缩机的频率，及内风机的转速，以实现在控温的基础上有效控制室内湿度。根据温度及湿度调控区间的不同，压缩机及内风机执行动作如表1所示。表1温湿双控逻辑压缩机及内风机执行动作执行器动作湿度控制区间压缩机频率D 内环-D 设是 D,升高频率D 内环-D 设定 D降低 D,D 内环-D 设定 D,频率修正4F,D 内环-D 设定 D,频率修正4F,D 内环-D 设定 4 D,按用户设定运行内风机转速降低转速提高转速修正R,转速修正R,按用户设定运行2023年9 月第3期（第42 卷总16 4期）制冷15开机，设定温度T设定，湿度RH设定T内环一T设定T,否是空调器以快速制冷/制热模式启动空调器以常规制冷/制热模式启动实时采集室内环境温度及湿度根据室内环境湿度RH内环及设定湿度RH设定，计算D内环、D设定否TAx-TaTORD内环-D设定D,是T内环-T设是T,D内环-D设定D,T内环-T设T,D内环-D设定D,T,T 内环-T设定T,D,D 内环-D设定D,T环-T设定 T,D内环-D设定D,T环-T设定T,D内环-D设定D,内风机转速降低频率升高2实验方案2.1样机配置上样机为1.5P变频房间空调器，对同一套样蒸发器铜管管径-排数-U管数-长度5-双排-16 U-635mm2.2实验室布局测试在标准舒适性试验台进行，试验台室内内风机转速升高频率降低翅片种类-片距-孔距桥片-1.3mm-19mm d8-1.6排-2 0 U-750+450mm内风机转速修正R频率修正F图1温湿双控控制逻辑图机搭载温湿双控控制逻辑前后进行对比，以评估温湿双控控制功能的准确性及合理性，样机配置参数如表2 所示。表2 试验样机配置冷凝器铜管管径-排数-U管数-长度侧内部构造如图2 所示。内风机转速修正R频率修正F,翅片种类-片距-片宽-孔距平片-1.2 5mm-25mm内风机转速、频率按用户设定运行节流冷媒量元件电子R32/750g膨胀阀REFRIGERATION162.3测试工况工况机出风口为验证温湿双控功能对温度及湿度控制的准确性及稳定性，测试工况通过对室内环境温湿度与设定温湿度差值进行设计，分别对“大温室内温度采样点测试拌机电源室内空气果祥装置图2 实验室布局示意图室内侧实验类别干球温度/小温差+大湿度差27大温差+大湿度差3232大温差+小湿度差323测试结果分析3.1“小温差+大湿度差”工况试验结果分析该测试工况下，实验室外侧干球温度维持35，湿球温度维持2 4，室内侧初始干球温度为2 7，初始相对湿度为8 0%，采用温湿双控控制逻辑，设定温度2 4，目标相对湿度45%，运行3h，测试结果如图3所示。测试结果表明，在“小温差+大湿度差”的情况下，温湿双控控制逻辑可以同时兼顾室内环境(aIV2421900600300No.3,2023(Vol.42Total No.164)差”、“小温差”与“大湿度差”、“小湿度差”工况进行组合，以验证不同温湿度条件下的温湿度调节能力与效果，测试方案具体如表3所示。表3测试工况列表室外侧相对湿度干球温度/80%3580%3580%3580%43温度和湿度，实现对温度和湿度的同时调控。当室内环境温度与设定温度差值T2时，优先以降低室内环境温度为调控目标，此时内风机按照设定风档运行，压缩机以高频运行，当室内环境温度逐渐接近设定温度时，内风机降低转速，同时压缩机降频运行，以保证除湿效果，该工况下运行稳定后，室内环境温度稳定在2 3.7，相对湿度维持在48%，可以达到设定的温湿度条件。10(B/B)a7AD8(%数XM惠内环6045设定参数湿球温度/设定温度/242424242424322432设定服度一内环28900300设定湿度45%45%65%65%2D(B/6)07(%)8设定程度75一程度604530(ZH)本新图3“小温差+大湿度差”工况室内温湿度变化3.2“大温差+大湿度差”工况试验结果分析该测试工况下，实验室外侧干球温度维持35，湿球温度维持2 4，室内侧初始干球温度为32，初始相对湿度为8 0%，采用温湿双控控制逻辑，设定温度2 4，目标相对湿度45%，运行3h，测试结果如图4所示。6030020406080100120140160180200时间（min)(2ZH)冰图4“大温差+大湿度差”工况室内温湿度变化测试结果表明，在“大温差+大湿度差”的情况下，温湿双控控制逻辑同样可以实现对温度和湿度的同时调控。但相对于“小温差+大湿度差”的情况，为保证制冷效果，压缩机高频运行及内风机高转速运行时间较长，导致室内环境湿度出现约2%的过调，但进入以室内湿度为控制目标的6030020406080时间(min)1001201401601802023年9 月第3期（第42 卷总16 4期）控制后，室内湿度可逐渐趋于稳定，该工况下运行稳定后，室内环境温度稳定在2 4.3，相对湿度维持在43%，可以达到设定的温湿度条件。3.33“大温差+小湿度差”工况试验结果分析本组实验共进行两组测试，室内侧初始干球温度为32，初始相对湿度为8 0%，室外侧工况分别维持35/2 4，43/32，采用温湿双控控制逻辑，设定温度2 4，目标相对湿度6 5%，运行3h，测试结果如图5所示。测试结果表明，在“大温差+小湿度差”的情况下，温湿双控控制逻辑同样可以实现对温度和湿度的同时调控。但在外环高负荷情况下（外环43），由于室外侧负荷较大，室内环境温度降低到设定温度耗时较长，导致室内环境相对湿度较设定湿度低约3%。两工况下运行稳定后，室内环境温度分别稳定在2 4.5、2 4.4，相对湿度分别维持在6 7%、6 2%，可以达到设定的温湿度条件。128(QIV(aM322824900300(2H）本6030。20406080130120140时问(min)（a）外环35/2 4工况(a1724制冷检测及判断，并通过室内环境温度与设定温度差值及室内相对湿度差值及设定湿度差值，智能调节压缩机频率和室内风机转速，实现温度、湿度的同时控制，并在“小温差+大湿度差”、“大温差+大湿度差”及“大温差+小湿度差”工况下对温湿双控效果进行验证，试验结果表明在不同相对湿度环境下，采用温湿双控控制方法，室内环境温度较设定温度偏差为-0.3+0.5，相对湿度较设定相对湿度偏差为-3%+3%，可以实现营造室内舒适环境的目标。参考文献：1周业梅.室内环境因素对人体热舒适度影响的试验J.武汉工程职业技术学院学报，2 0 2 0,32(3)：30-32.【2 侯娜.变风量空调系统室内温湿度最佳测点研究D.陕西，西安建筑科技大学，2 0 19.3许文明等.基于压缩机频率及室内机风机转速的房间空调器温湿双控方法J】.制冷与空调，2 0 2 0,2 0(8)：86-89.1612(BB)o/756045160180AD(6x/6)0717【4席战利.温湿双控技术在空调上的应用研究【C：2016年中国家用电器技术大会，2 0 16.【5刘宇等.具有调温除湿功能空调系统的实验研究J制冷学报,2 0 2 0,41(5)：7 6-8 2.6 朱锦泉.变频空调恒温除湿功能研究C.家电科技学术年会，2 0 2 1.7 QI Q,DENG S M.Multivariable control of indoor air temperatureand humidity in a direct expansion(DX)air conditioning(A/C)system J.Building&Environment,2009,44(8):1659-1667.FAN H M,SHAO S Q,TIAN C Q.Performanceinvestigation on a multi-unit heat pump for simultaneoustemperature and humidity control J.Applied Energy,2014,113(6):883-890(ZH）98020406080100120140160180200时间(min)（b）外环43/32 工况图5“大温差+小湿度差”工况室内温湿度变化4结论本文通过对温湿度可独立控制的空调系统进行了研究，并提出了一种基于温湿双控的智能控制方法，通过对房间的热负荷和湿负荷进行智能