CN104729149A - 一种内置水盘管的热泵机组及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内置水盘管的热泵机组及其运行方法。本发明涉及的热泵机组包括压缩机、气液分离器、四通换向阀、水蒸发/冷凝器、双向流通阀组、空气蒸发/冷凝器、水盘管、风机、第一电动阀门、第二电动阀门(比例调节阀)、出风干湿球温度传感器、出水温度传感器、室内干湿球温度传感器、机组控制器及机箱。本发明涉及的热泵机组运行方法包括当室内有冷负荷且出水温度传感器检测的水温低于转换温度时，机组不需开启制冷系统，压缩机停止运行，利用机组中内置的水盘管提供冷量满足室内冷负荷需求，节能；当机组运行在制冷模式且出风温度低于室内露点温度时，第二电动阀门按比例开启，水盘管放热，出风升温，防止结露。

Description

一种内置水盘管的热泵机组及其运行方法
技术领域
本发明涉及中央空调领域，具体涉及一种内置水盘管的热泵机组及其运行方法。
背景技术
水环热泵系统为中央空调系统中的一种，其优势在于可以同时供冷供暖，适合具有内外区的大型综合体建筑。同时，系统布置简洁、灵活，设计方便，设计周期短，施工方便；运行调节方便，具节能性。因此，水环热泵系统在很多大型综合体中央空调系统设计中有良好的应用。
水环热泵空调系统是一种利用水环路将室内小型的水/空气热泵机组并联形成封闭环路，构成一套回收建筑物内部余热作为低位热源的热泵供暖、供冷的空调系统。其中，小型水/空气热泵机组，即室内末端机组，为水环热泵空调系统的重要组成部分。
水环热泵系统中，不同的热泵机组可同时运行在制热与制冷模式，运行模式由所负担房间负荷决定。夏季，所有热泵机组均需负担冷负荷，处于制冷模式。冬季，外区热泵机组负担热负荷，处于制热模式；内区，热泵机组负担冷负荷，处于制冷模式。因此，冬季，水环热泵系统通过循环水环路将内区余热作为外区热泵机组制热的低位热源，从而达到提高机组制热效率、节能的目的。
热泵机组实际运行过程中，还存在进一步提高节能效果的空间。比如，冬季内区热泵机组处于制冷模式，在冷负荷较低时仍需运行制冷系统，造成压缩机运行时间过长，能耗增加；冬季，甚至过渡季，为了负担外区热负荷，外区热泵机组处于制热模式，在内区冷负荷较低时形成循环水温降低，低温循环水可提供的低成本冷量未得到充分利用。
同时，热泵机组实际运行中，也存在一定问题。比如，水环热泵系统中，机组运行温度为4℃～45℃，温差不大于5℃。当循环水温度过低时，会造成机组停机，影响空调效果。另外，夏季，热泵机组送风温度过低，会造成出风口结露，影响用户使用。
因此，如何改进热泵机组，缩短压缩机运行时间，合理利用低温水，使热泵机组运行更为合理，减少能耗，防止结露，具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有水环热泵系统末端机组的上述缺陷，本发明提供一种内置水盘管的热泵机组及其运行方法，通过水盘管与水/空气热泵机组并联运行，解决目前机组中存在的上述缺陷。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种内置水盘管的热泵机组，该机组包括压缩机、气液分离器、四通换向阀、水蒸发/冷凝器、双向流通阀组、空气蒸发/冷凝器、水盘管、风机、第一电动阀门、第二电动阀门、出风干湿球温度传感器、出水温度传感器、室内干湿球温度传感器、机组控制器、机箱。
其中，压缩机的出口与四通换向阀第一端口连接，四通换向阀的第二端口与气液分离器入口相连，气液分离器的出口与压缩机的入口相连；四通换向阀的第三、四端口与水蒸发/冷凝器制冷剂第一进/出口和空气蒸发/冷凝器制冷剂第一进/出口相连，水蒸发/冷凝器制冷剂第二进/出口与空气蒸发/冷凝器制冷剂第二进/出口通过双向流通阀组相连，形成制冷剂回路；
水蒸发/冷凝器中水由管道经第一电动阀门形成热泵支路，水盘管中水由管道经第二电动阀门形成盘管支路，热泵支路与盘管支路并联，该并联通路的进口端作为空调系统水系统进水端，该并联通路的出口端作为空调系统水系统回水端。
出风干湿球温度传感器的温度探头接在水盘管出风处，用以检测室内回风依次经过风机、空气蒸发/冷凝器、水盘管后出风的干湿球温度；
出水温度传感器的温度探头接入循环水系统中，并布置在水蒸发/冷凝器与循环水盘管并联通路出口的下游干管区域，用以检测经过水蒸发/冷凝器或(和)水盘管后的水温；
室内干湿球温度传感器的温度探头暴露在室内空气中，用以检测室内空气干湿球温度；
出风干湿球温度传感器、出水温度传感器、室内干湿球温度传感器采集的信号输入机组控制器，机组控制器输出的信号控制第一电动阀门、第二电动阀门及压缩机；
压缩机、气液分离器、四通换向阀、水蒸发/冷凝器、双向流通阀组、空气蒸发/冷凝器、水盘管、风机、第一电动阀门、第二电动阀门、出风干湿球温度传感器、出水温度传感器、室内干湿球温度传感器、机组控制器等安装于机箱内，机箱设置进、回风口。
水盘管的设计供冷量与空气蒸发/冷凝器的供冷量一致。
第二电动阀门为比例调节阀。
在本发明中，内置水盘管的热泵机组运行模式如下：
1、供热模式：当室内存在热负荷，热泵机组按制热模式运行。四通换向阀动作，压缩机运行，第一电动阀门开启，水蒸发/冷凝器内制冷剂蒸发吸热、水放热降温，空气蒸发/冷凝器内制冷剂冷凝放热、空气吸热升温。第二电动阀门关闭，水盘管内水不流动。
2、供冷模式：当室内存在冷负荷，热泵机组工作在“供冷模式”。“供冷模式”分为“盘管供冷模式”及“热泵供冷模式”。
2.1盘管供冷模式：当室内存在冷负荷且出水温度传感器检测的水温低于转换温度ts时，压缩机停止运行，第一电动阀门关闭，机组热泵系统不工作，制冷剂不流动，水蒸发/冷凝器与空气蒸发/冷凝器不换热。第二电动阀门开启，水盘管内水流动，水盘管吸热升温、空气放热降温。利用低温水提供的冷量满足室内冷负荷需求，不需开启热泵机组的制冷系统，节能。
2.2热泵供冷模式：当室内存在冷负荷且出水温度传感器检测的水温高于转换温度ts时，四通换向阀动作，机组热泵系统工作在制冷模式。压缩机运行，第一电动阀门开启，水蒸发/冷凝器内制冷剂冷凝放热、水吸热升温，空气蒸发/冷凝器内制冷剂蒸发吸热、空气放热降温。
“热泵供冷模式”分为“无结露模式”及“防结露模式”。室内干湿球温度传感器检测的室内空气干湿球温度输入机组控制器，计算出室内空气露点温度td。
2.2.1无结露模式：当出风干湿球温度传感器检测的出风口处空气温度高于室内空气露点温度td时，第二电动阀门关闭，水盘管内水不流动。
2.2.2防结露模式：当出风干湿球温度传感器检测的出风口处空气温度低于室内空气露点温度td时，第二电动阀门按比例开启，水盘管内水流动放热。室内回风依次经过风机升压、空气蒸发/冷凝器降温冷却、水盘管升温，保障机组出风可以负担冷负荷的同时不会结露。
本发明的有益技术效果是：
本发明涉及的内置水盘管热泵机组在“盘管供冷模式”运行时，可以在出水温度低于控制温度ts时，不开启热泵机组的制冷系统，利用低温水的冷量冷却水盘管，满足室内供冷需求；同时，在水温较低时，避免制冷系统停机保护的出现，保障空调效果。因此，内置水盘管热泵机组运行于“盘管供冷模式”时，可有效缩短压缩机运行时间，节能、节电，减少噪音，降低运行费用。
本发明涉及的内置水盘管热泵机组在“防结露模式”运行时，可以在机组出风温度低于室内空气露点温度td时，通过水盘管运行提升出风温度，防止由机组送风温度过低造成的结露，保障用户的使用。
附图说明
图1是本发明的一种内置水盘管的热泵机组结构示意图。
【附图符号说明】1.压缩机；2.气液分离器；3.四通换向阀；4.水蒸发/冷凝器；5.双向流通阀组；6.空气蒸发/冷凝器；7.水盘管；8.风机；9.第一电动阀门；10.第二电动阀门；11.出风干湿球温度传感器；12.出水温度传感器；13.室内干湿球温度传感器；14.机组控制器；15.机箱。
图2是本发明的一种内置水盘管的热泵机组运行模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1本发明提供一种内置水盘管的热泵机组，该机组包括压缩机1、气液分离器2、四通换向阀3、水蒸发/冷凝器4、双向流通阀组5、空气蒸发/冷凝器6、水盘管7、风机8、第一电动阀门9、第二电动阀门10、出风干湿球温度传感器11、出水温度传感器12、室内干湿球温度传感器13、机组控制器14、机箱15。
其中，压缩机1的出口与四通换向阀3第一端口连接，四通换向阀3的第二端口与气液分离器2入口相连，气液分离器2的出口与压缩机1的入口相连；四通换向阀3的第三、四端口与水蒸发/冷凝器4制冷剂第一进/出口和空气蒸发/冷凝器6制冷剂第一进/出口相连，水蒸发/冷凝器4制冷剂第二进/出口与空气蒸发/冷凝器6制冷剂第二进/出口通过双向流通阀组5相连，形成制冷剂回路；
水蒸发/冷凝器4中水由管道经第一电动阀门9形成热泵支路，水盘管7中水由管道经第二电动阀门10形成盘管支路，热泵支路与盘管支路并联，该并联通路的进口端作为空调系统水系统进水端，该并联通路的出口端作为空调系统水系统回水端。
出风干湿球温度传感器11的温度探头接在水盘管7出风处，用以检测室内回风依次经过风机8、空气蒸发/冷凝器6、水盘管7后出风的干湿球温度；
出水温度传感器12的温度探头接入水系统中，并布置在水蒸发/冷凝器4与水盘管7并联通路出口的下游干管区域，用以检测经过水蒸发/冷凝器4或(和)水盘管7后的水温；
室内干湿球温度传感器13的温度探头暴露在室内空气中，用以检测室内空气干湿球温度；
出风干湿球温度传感器11、出水温度传感器12、室内干湿球温度传感器13采集的信号输入机组控制器14，机组控制器14输出的信号控制第一电动阀门9、第二电动阀门10及压缩机1；
压缩机1、气液分离器2、四通换向阀3、水蒸发/冷凝器4、双向流通阀组5、空气蒸发/冷凝器6、水盘管7、风机8、第一电动阀门9、第二电动阀门10、出风干湿球温度传感器11、出水温度传感器12、室内干湿球温度传感器13、机组控制器14等安装于机箱15内，机箱设置进、回风口。
水盘管7的设计供冷量与空气蒸发/冷凝器6的供冷量一致。
第二电动阀门10为比例调节阀。
在本发明中，内置水盘管的热泵机组运行模式如图2所示。下面结合附图对运行模式的适用条件及运行方法进行说明。
1、供热模式：当室内存在热负荷，热泵机组按制热模式运行。此时，四通换向阀3动作，压缩机1运行，第一电动阀门9开启，水蒸发/冷凝器4内制冷剂蒸发吸热、水放热降温，空气蒸发/冷凝器6内制冷剂冷凝放热、空气吸热升温。第二电动阀门10关闭，水盘管7内水不流动。
2、供冷模式：当室内存在冷负荷，热泵机组工作在“供冷模式”。“供冷模式”分为“盘管供冷模式”及“热泵供冷模式”。
2.1盘管供冷模式：当室内存在冷负荷且出水温度传感器12检测的水温低于转换温度ts时，压缩机1停止运行，第一电动阀门9关闭，机组热泵系统不工作，制冷剂不流动，水蒸发/冷凝器4与空气蒸发/冷凝器6不换热。第二电动阀门10开启，水盘管7内水流动吸热升温、空气放热降温。利用低温水提供的冷量满足室内冷负荷需求，不需开启热泵机组的制冷系统，节能。
2.2热泵供冷模式：当室内存在冷负荷且出水温度传感器12检测的水温高于转换温度ts时，四通换向阀3动作，机组热泵系统工作在制冷模式。压缩机1运行，第一电动阀门9开启，水蒸发/冷凝器4内制冷剂冷凝放热、水吸热升温，空气蒸发/冷凝器6内制冷剂蒸发吸热、空气放热降温。
“热泵供冷模式”分为“无结露模式”及“防结露模式”。室内干湿球温度传感器13检测的室内空气干湿球温度输入机组控制器14，计算出室内空气露点温度td。
2.2.1无结露模式：当出风干湿球温度传感器11检测的出风口处空气温度高于室内空气露点温度td时，第二电动阀门10关闭，水盘管7内水不流动。
2.2.2防结露模式：当出风干湿球温度传感器11检测的出风口处空气温度低于室内空气露点温度td时，第二电动阀门10按比例开启，水盘管7内水流动放热。室内回风依次经过风机8升压、空气蒸发/冷凝器6降温冷却、水盘管7升温，保障机组出风可以负担冷负荷的同时防止出风口结露。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种内置水盘管的热泵机组，其特征在于：该系统包括压缩机1、气液分离器2、四通换向阀3、水蒸发/冷凝器4、双向流通阀组5、空气蒸发/冷凝器6、水盘管7、风机8、第一电动阀门9、第二电动阀门10、出风干湿球温度传感器11、出水温度传感器12、室内干湿球温度传感器13、机组控制器14、机箱15；
其中，压缩机1的出口与四通换向阀3第一端口连接，四通换向阀3的第二端口与气液分离器2入口相连，气液分离器2的出口与压缩机1的入口相连；四通换向阀3的第三、四端口与水蒸发/冷凝器4制冷剂第一进/出口和空气蒸发/冷凝器6制冷剂第一进/出口相连，水蒸发/冷凝器4制冷剂第二进/出口与空气蒸发/冷凝器6制冷剂第二进/出口通过双向流通阀组5相连，形成制冷剂回路；
水蒸发/冷凝器4中水由管道经第一电动阀门9形成热泵支路，水盘管7中水由管道经第二电动阀门10形成盘管支路，热泵支路与盘管支路并联，该并联通路的进口端作为空调系统水系统进水端，该并联通路的出口端作为空调系统系统水系统回水端；
出风干湿球温度传感器11的温度探头接在水盘管7出风处，用以检测室内回风依次经过风机8、空气蒸发/冷凝器6、水盘管7后出风的干湿球温度；
出水温度传感器12的温度探头接入水系统中，并布置在水蒸发/冷凝器4与水盘管7并联通路出口的下游干管区域，用以检测水经过水蒸发/冷凝器4或(和)水盘管7后的水温；
室内干湿球温度传感器13的温度探头暴露在室内空气中，用以检测室内空气干湿球温度；
出风干湿球温度传感器11、出水温度传感器12、室内干湿球温度传感器13采集的信号输入机组控制器14，机组控制器14输出的信号控制第一电动阀门9、第二电动阀门10及压缩机1；
压缩机1、气液分离器2、四通换向阀3、水蒸发/冷凝器4、双向流通阀组5、空气蒸发/冷凝器6、水盘管7、风机8、第一电动阀门9、第二电动阀门10、出风干湿球温度传感器11、出水温度传感器12、室内干湿球温度传感器13、机组控制器14等安装于机箱15内，机箱设置进、回风口。
2.按照权利要求1所述的一种内置水盘管的热泵机组，其特征在于：水盘管7的设计供冷量与空气蒸发/冷凝器6的供冷量一致。
3.按照权利要求1所述的一种内置水盘管的热泵机组，其特征在于：第二电动阀门10为比例调节阀。
4.一种内置水盘管的热泵机组运行方法，其特征在于：机组运行模式分为“供热模式”与“供冷模式”；
(1)供热模式：当室内存在热负荷，热泵机组按制热模式运行，第二电动阀门10关闭，水盘管7内水不流动；
(2)供冷模式：当室内存在冷负荷，热泵机组工作在“供冷模式”。
5.按照权利要求4所述的一种内置水盘管的热泵机组运行方法，其特征在于：“供冷模式”分为“盘管供冷模式”及“热泵供冷模式”；
(1)盘管供冷模式：当室内存在冷负荷且出水温度传感器12检测的水温低于转换温度ts时，压缩机1停止运行，第一电动阀门9关闭，机组热泵系统不工作，制冷剂不流动，水蒸发/冷凝器4与空气蒸发/冷凝器6不换热；第二电动阀门10开启，水盘管7内水流动吸热升温、空气放热降温，利用低温水提供的冷量满足室内冷负荷需求；
(2)热泵供冷模式：当室内存在冷负荷且出水温度传感器12检测的水温高于转换温度ts时，四通换向阀3动作，热泵机组工作在制冷模式，压缩机1运行，第一电动阀门9开启，水蒸发/冷凝器4内制冷剂冷凝放热、水吸热升温，空气蒸发/冷凝器6内制冷剂蒸发吸热、空气放热降温。
6.按照权利要求5所述的一种内置水盘管的热泵机组运行方法，其特征在于：“热泵供冷模式”分为“无结露模式”及“防结露模式”，室内干湿球温度传感器13检测的室内空气干湿球温度输入机组控制器14，计算出室内空气露点温度td；
(1)无结露模式：当出风干湿球温度传感器11检测的出风口处空气温度高于室内空气露点温度td时，第二电动阀门10关闭，水盘管7内水不流动；
(2)防结露模式：当出风干湿球温度传感器11检测的出风口处空气温度低于室内空气露点温度td时，第二电动阀门10按比例开启，水盘管7内水流动放热，室内回风依次经过风机8升压、空气蒸发/冷凝器6降温冷却、水盘管7升温，保障机组出风可以负担冷负荷的同时防止出风结露。
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