CN105318454B - 一种空气源多联式空调热泵系统及其运行方法 - Google Patents

一种空气源多联式空调热泵系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

一种空气源多联式空调热泵系统及其运行方法，属于供热及空调领域。该系统包括室外单元、热泵主机、除霜模块和室内机组四个部分。室外单元包括至少一个并联的冷却塔模块、至少两个并联的风冷换热器模块、第一液泵和第二液泵。除霜模块包括除霜换热器和第二节流阀，并与室内机组并联连接。本发明的空气源多联式空调热泵系统在夏季供冷时，通过冷却塔向室外排热；冬季供热时，通过风冷换热器从室外取热，并利用除霜模块制取热水对风冷换热器进行除霜。该系统及其运行方法具有夏季制冷高效、冬季制热及除霜可靠的特点，解决了常规空气源多联式空调热泵系统无法兼顾制冷效率和制热可靠性的问题。

Description

一种空气源多联式空调热泵系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种空气源多联式空调热泵系统及其运行方法，属于供热及空调技术领域。
背景技术
多联式空调热泵系统利用制冷循环或热泵循环，并结合变制冷剂流量控制技术，在冬、夏分别以环境热源为高温热源或低温热源，利用多个末端向用户提供冷量或热量。根据热源形式的不同，多联式空调热泵系统主要分为空气源和水源两类，其中空气源多联式空调热泵系统是目前的主要系统形式。根据室外机冷却方式的不同，空气源多联式空调热泵系统又主要分为直接风冷式和水冷式。
采用直接风冷方式的空气源多联式空调热泵系统在夏季利用风冷换热器排放冷凝热，室外空气获得显热并升温，在冬季系统从室外空气中取热。该系统安装方便、适用范围宽广、占地面积小，但存在夏季制冷效率低、冬季低温环境下室外风冷换热器容易结霜的问题。
针对冬季低温环境下室外风冷换热器容易结霜的问题，目前空气源多联式空调热泵系统多采用逆循环除霜和热气旁通除霜的方法。逆循环除霜方式通过四通阀换向运行除霜循环，频繁换向会增加噪声并影响压缩机和四通阀的寿命，而且除霜时需要从用户房间吸热，大大降低了室内的舒适性。热气旁通除霜方式利用压缩机的高温排气进行除霜，除霜时间长，且容易使压缩机回液，影响舒适性和安全性。中国专利(申请号CN201510169978.5、申请号CN201410440826.X)均采用两个室外风冷换热器交替除霜的方式，前者通过制冷回路中的多个电磁阀的切换实现除霜并连续供热，后者则通过两个四通阀的切换来实现。中国专利(授权公告号CN102878737B)采用多个室外机模块交替除霜的方式，同样存在四通阀频繁切换影响四通阀寿命的问题。中国专利(授权公告号CN 102003853 B)提出的多联机相变蓄能热液除霜系统避免了上述问题，但存在蓄能密度小、成本高和耐久性不好的缺点。
采用水冷方式代替直接风冷方式可以有效解决直接风冷式的空气源多联式空调热泵系统夏季制冷效率低的问题。水冷式的空气源多联式空调热泵系统在夏季利用冷却塔制取冷却水作为室外机的排热介质，可显著提高多联机系统的制冷效率，但在冬季存在冷却水结冻的问题，没有适宜的低品位热源以保证多联式空调热泵系统正常运行。其常规的做法是与区域热网供热等形式相结合，造成了成本和能源消耗的增加。中国专利(授权公告号CN203964451 U)提出了利用溶液喷淋空气构建能源塔作为热泵多联机取热系统的方法，制冷时能源塔直接作为冷凝器，制热时作为蒸发器。该方法虽解决了冷却水防冻问题并避免了除霜，但存在溶液成本高、飘散损失大、再生能耗高等不足，且由于能源塔的安装位置的限制，其与室内机距离远，增大了制冷剂管路规模，导致多联机性能衰减。
因此，研发具有制冷高效、供热连续稳定、运行可靠等特点的空气源多联式空调热泵系统形式是进一步发展和提升空气源多联式空调热泵系统性能的重要途径。
发明内容
基于上述背景，本发明提出了一种空气源多联式空调热泵系统及其运行方法，该系统夏季通过冷却塔向室外排热实现高效供冷，冬季通过风冷换热器从室外空气取热并靠热泵制取热水解决除霜问题，提高了空气源多联式空调热泵系统的能源利用效率和供热可靠性。
本发明的技术方案如下：
一种空气源多联式空调热泵系统，包括室外单元、热泵主机、除霜模块和室内机组四个部分；室内机组包括不少于两个的并联的室内机，每个室内机包括室内换热器和第三节流阀，热泵主机包括压缩机、四通阀、主机换热器和第一节流阀；其特征在于：室外单元包括至少一个冷却塔模块、至少两个风冷换热器模块、第一液泵和第二液泵，每个冷却塔模块包括冷却塔、第一阀门和第二阀门，每个风冷换热器模块包括风冷换热器、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门，除霜模块包括除霜换热器和第二节流阀；每个冷却塔的进口管路和出口管路分别通过第一阀门和第二阀门接在主机换热器的出口管路和第一液泵的进口管路上，每个风冷换热器的取热进口管路和取热出口管路分别通过第三阀门和第四阀门接在主机换热器的出口管路和第一液泵的进口管路上，并且每个风冷换热器的除霜进口管路和除霜出口管路分别通过第五阀门和第六阀门接在除霜换热器的出口管路和第二液泵的进口管路上，所述热泵主机中的四通阀的三个阀口分别与压缩机的吸气管路、压缩机的排气管路、主机换热器一端的制冷剂管路相连，另一个阀口与制冷剂气体总管路相连，主机换热器另一端的制冷剂管路经第一节流阀与制冷剂液体总管路相连，所述除霜模块与室内机组并联接在制冷剂气体总管路和制冷剂液体总管路之间。
本发明所述的一种空气源多联式空调热泵系统的运行方法，其特征在于：该运行方法主要包括以下三种运行模式：
a.供热不除霜模式：当系统在冬季运行时，打开至少一个风冷换热器模块中的第三阀门和第四阀门，关闭室外单元中其余的阀门、其余的风冷换热器和所有冷却塔，开启第一液泵，关闭第二液泵和第二节流阀，切换四通阀令热泵主机运行制热循环模式；水或溶液在第一液泵的驱动下进入开启的风冷换热器模块并从室外取热，然后在主机换热器中放热，依此循环；从热泵主机出来的高温高压制冷剂通过制冷剂气体总管路到达开启的室内机，向用户供热后通过制冷剂液体总管路返回热泵主机；
b.供热除霜模式：当系统在冬季运行时，打开不需要除霜的至少一个风冷换热器模块中的第三阀门和第四阀门，并打开需要除霜的至少一个风冷换热器模块中的第五阀门和第六阀门，关闭室外单元中其余的阀门、其余的风冷换热器和所有冷却塔，开启第一液泵和第二液泵，切换四通阀令热泵主机运行制热循环模式，并调节第二节流阀；水或溶液在第一液泵的驱动下进入开启了第三阀门和第四阀门的风冷换热器模块并从室外取热，然后在主机换热器中放热，依此循环；从热泵主机出来的高温高压制冷剂通过制冷剂气体总管路一部分到达开启的室内机向用户供热，另一部分到达除霜模块制取除霜用的热水，然后汇合通过制冷剂液体总管路返回热泵主机；
c.供冷模式：当系统在夏季运行时，打开至少一个冷却塔模块中的第一阀门和第二阀门，关闭室外单元中其余的阀门、其余的冷却塔和所有冷却塔风冷换热器，开启第一液泵，关闭第二液泵和第二节流阀，切换四通阀令热泵主机运行制冷循环模式；水或溶液在第一液泵的驱动下进入主机换热器中吸热，然后进入开启的冷却塔模块并向室外放热，依此循环；从热泵主机出来的高压制冷剂通过制冷剂液体总管路到达开启的室内机，向用户供冷后通过制冷剂气体总管路返回热泵主机。
本发明与传统的空气源多联式空调热泵系统及其运行方法相比，具有如下突出优点和显著的技术效果：
①与传统的水冷式多联机相比，本发明采用的室外换热单元包括并联的至少一个冷却塔模块和至少两个风冷换热器模块，通过各个模块中阀门的开启和关闭，灵活实现供冷、供热功能的切换。
②与传统的直接风冷式多联机相比，本发明利用室外换热单元间接以空气作为冷热源，减少了对热泵主机安装位置的限制，进而减小了制冷剂管路的规模，降低了制冷剂泄漏风险以及由制冷剂长管路和室内外机高差导致的性能衰减。
③与传统的直接风冷式多联机相比，本发明在夏季利用冷却塔以蒸发冷却方式排热，供冷效率更高；在冬季利用除霜模块制备热水对风冷换热器交替除霜，避免了制冷剂回路中的四通阀、压缩机等部件的频繁切换和启停，保证了连续供热，提高了系统的可靠性、使用寿命和安全性。
总的来说，本发明提供了一种供冷高效、供热和除霜可靠的多联式空调热泵系统，对解决空气源多联式空调热泵系统冬季供热问题、降低能源消耗有重要的作用。
附图说明
图1为本发明公开的一种空气源多联式空调热泵系统的结构示意图。
图2为本发明中空气源多联式空调热泵系统运行供热不除霜模式的工作原理图。
图3为本发明中空气源多联式空调热泵系统运行供热除霜模式的工作原理图。
图4为本发明中空气源多联式空调热泵系统运行供冷模式的工作原理图。
图中：1-冷却塔模块；11-冷却塔；12-第二阀门；13-第一阀门；2-风冷换热器模块；21-风冷换热器；22-第四阀门；23-第三阀门；24-第六阀门；25-第五阀门；3-第一液泵；4-第二液泵；5-热泵主机；51-压缩机；52-四通阀；53-主机换热器；54-第一节流阀；6-除霜模块；61-除霜换热器；62-第二节流阀；7-室内机；71-室内换热器；72-第三节流阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构、原理和运行模式作进一步阐述：
图1为本发明公开的一种空气源多联式空调热泵系统的结构示意图。所述的空气源多联式空调热泵系统包括室外单元、热泵主机5、除霜模块6和室内机组四个部分；室内机组包括不少于两个的并联的室内机7，每个室内机7包括室内换热器71和第三节流阀72，热泵主机包括压缩机51、四通阀52、主机换热器53和第一节流阀54；室外单元包括至少一个冷却塔模块1、至少两个风冷换热器模块2、第一液泵3和第二液泵4，每个冷却塔模块1包括冷却塔11、第一阀门13和第二阀门12，每个风冷换热器模块2包括风冷换热器21、第三阀门23、第四阀门22、第五阀门25和第六阀门24，除霜模块6包括除霜换热器61和第二节流阀62；每个冷却塔11的进口管路和出口管路分别通过第一阀门13和第二阀门12接在主机换热器53的出口管路和第一液泵3的进口管路上，每个风冷换热器21的取热进口管路和取热出口管路分别通过第三阀门23和第四阀门22接在主机换热器53的出口管路和第一液泵3的进口管路上，并且每个风冷换热器21的除霜进口管路和除霜出口管路分别通过第五阀门25和第六阀门24接在除霜换热器61的出口管路和第二液泵4的进口管路上，所述热泵主机中的四通阀52的三个阀口分别与压缩机51的吸气管路、压缩机51的排气管路、主机换热器53一端的制冷剂管路相连，另一个阀口与制冷剂气体总管路相连，主机换热器53另一端的制冷剂管路经第一节流阀54与制冷剂液体总管路相连，所述除霜模块6与室内机组并联接在制冷剂气体总管路和制冷剂液体总管路之间。
图2为本发明中所述的空气源多联式空调热泵系统运行供热不除霜模式的工作原理图。当系统在冬季运行时，打开至少一个风冷换热器模块中的第三阀门23和第四阀门22，关闭室外单元中其余的阀门、其余的风冷换热器和所有冷却塔，开启第一液泵3，关闭第二液泵4和第二节流阀62，切换四通阀52令热泵主机运行制热循环模式；水或溶液在第一液泵3的驱动下进入开启的风冷换热器模块2并从室外取热，然后在主机换热器53中放热，依此循环；从热泵主机5出来的高温高压制冷剂通过制冷剂气体总管路到达开启的室内机，向用户供热后通过制冷剂液体总管路返回热泵主机5。
图3为本发明所述的空气源多联式空调热泵系统运行供热除霜模式的工作原理图。当系统在冬季运行时，打开不需要除霜的至少一个风冷换热器模块中的第三阀门23和第四阀门22，并打开需要除霜的至少一个风冷换热器模块中的第五阀门和第六阀门，关闭室外单元中其余的阀门、其余的风冷换热器和所有冷却塔，开启第一液泵3和第二液泵4，切换四通阀52令热泵主机运行制热循环模式，并调节第二节流阀62；水或溶液在第一液泵3的驱动下进入开启了第三阀门23和第四阀门22的风冷换热器模块并从室外取热，然后在主机换热器53中放热，依此循环；从热泵主机5出来的高温高压制冷剂通过制冷剂气体总管路一部分到达开启的室内机向用户供热，另一部分到达除霜模块6制取除霜用的热水，然后汇合通过制冷剂液体总管路返回热泵主机5。
图4为本发明所述的空气源多联式空调热泵系统运行供冷模式的工作原理及结构示意图。当系统在夏季运行时，打开至少一个冷却塔模块中的第一阀门13和第二阀门12，关闭室外单元中其余的阀门、其余的冷却塔和所有冷却塔风冷换热器，开启第一液泵3，关闭第二液泵4和第二节流阀62，切换四通阀52令热泵主机运行制冷循环模式；水或溶液在第一液泵3的驱动下进入主机换热器53中吸热，然后进入开启的冷却塔模块1并向室外放热，依此循环；从热泵主机5出来的高压制冷剂通过制冷剂液体总管路到达开启的室内机，向用户供冷后通过制冷剂气体总管路返回热泵主机5。

Claims (2)

1.一种空气源多联式空调热泵系统，包括室外单元、热泵主机(5)和室内机组三个部分；室内机组包括至少两个并联的室内机(7)，每个室内机(7)包括室内换热器(71)和第三节流阀(72)；热泵主机包括压缩机(51)、四通阀(52)、主机换热器(53)和第一节流阀(54)；其特征在于：室外单元包括至少一个冷却塔模块(1)，至少两个风冷换热器模块(2)，以及第一液泵(3)和第二液泵(4)，每个冷却塔模块(1)包括冷却塔(11)、第一阀门(13)和第二阀门(12)，每个风冷换热器模块(2)包括风冷换热器(21)、第三阀门(23)、第四阀门(22)、第五阀门(25)和第六阀门(24)；该系统还包括除霜模块(6)，除霜模块(6)包括除霜换热器(61)和第二节流阀(62)；每个冷却塔(11)的进口管路和出口管路分别通过第一阀门(13)和第二阀门(12)接在主机换热器(53)的出口管路和第一液泵(3)的进口管路上，每个风冷换热器(21)的取热进口管路和取热出口管路分别通过第三阀门(23)和第四阀门(22)接在主机换热器(53)的出口管路和第一液泵(3)的进口管路上，并且每个风冷换热器(21)的除霜进口管路和除霜出口管路分别通过第五阀门(25)和第六阀门(24)接在除霜换热器(61)的出口管路和第二液泵(4)的进口管路上；所述热泵主机中的四通阀(52)的三个阀口分别与压缩机(51)的吸气管路、压缩机(51)的排气管路、主机换热器(53)一端的制冷剂管路相连，另一个阀口与制冷剂气体总管路相连，主机换热器(53)另一端的制冷剂管路经第一节流阀(54)与制冷剂液体总管路相连，所述除霜模块(6)与室内机组并联接在制冷剂气体总管路和制冷剂液体总管路之间。
2.一种采用如权利要求1所述空气源多联式空调热泵系统的运行方法，其特征在于所述行方法包括以下三种运行模式：
a.供热不除霜模式：当系统在冬季运行时，打开至少一个风冷换热器模块中的第三阀门(23)和第四阀门(22)，关闭室外单元中其余的阀门、其余的风冷换热器和所有冷却塔，开启第一液泵(3)，关闭第二液泵(4)和第二节流阀(62)，切换四通阀(52)令热泵主机运行制热循环模式；水或溶液在第一液泵(3)的驱动下进入开启的风冷换热器模块(2)并从室外取热，然后在主机换热器(53)中放热，依此循环；从热泵主机(5)出来的高温高压制冷剂通过制冷剂气体总管路到达开启的室内机，向用户供热后通过制冷剂液体总管路返回热泵主机(5)；
b.供热除霜模式：当系统在冬季运行时，打开不需要除霜的至少一个风冷换热器模块中的第三阀门(23)和第四阀门(22)，并打开需要除霜的至少一个风冷换热器模块中的第五阀门和第六阀门，关闭室外单元中其余的阀门、其余的风冷换热器和所有冷却塔，开启第一液泵(3)和第二液泵(4)，切换四通阀(52)令热泵主机运行制热循环模式，并调节第二节流阀(62)；水或溶液在第一液泵(3)的驱动下进入开启了第三阀门(23)和第四阀门(22)的风冷换热器模块并从室外取热，然后在主机换热器(53)中放热，依此循环；从热泵主机(5)出来的高温高压制冷剂通过制冷剂气体总管路一部分到达开启的室内机向用户供热，另一部分到达除霜模块(6)制取除霜用的热水，然后汇合通过制冷剂液体总管路返回热泵主机(5)；
c.供冷模式：当系统在夏季运行时，打开至少一个冷却塔模块中的第一阀门(13)和第二阀门(12)，关闭室外单元中其余的阀门、其余的冷却塔和所有冷却塔风冷换热器，开启第一液泵(3)，关闭第二液泵(4)和第二节流阀(62)，切换四通阀(52)令热泵主机运行制冷循环模式；水或溶液在第一液泵(3)的驱动下进入主机换热器(53)中吸热，然后进入开启的冷却塔模块(1)并向室外放热，依此循环；从热泵主机(5)出来的高压制冷剂通过制冷剂液体总管路到达开启的室内机，向用户供冷后通过制冷剂气体总管路返回热泵主机(5)。
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