CN105890228A - 一种空气源冷热联供级热式冷热水机组及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气源冷热联供级热式冷热水机组及其控制方法，机组包括四个制冷系统和自动控制系统，利用创新空气源、冷热联供、分级加热和分级冷却相结合方式，解决目前冷热联供冷热水机组仅考虑冷热水同时供应，不考虑单热供应，导致冬天无需冷水场合无法使用的问题；同时解决冷热水同时供应和单热热水供应的设备采用单级加热，导致压缩机运行效率低、能耗大问题；与传统的冷热水机组相比，本机组夏冬均能正常运行，在达到相同制冷和制热效果情况下，大幅度降低前级制冷系统冷凝温度，提升前级制冷系统蒸发温度，从而提升机组整体能效比，节约能源；本机组设计合理、高效节能、运行稳定可靠，同时节约能源、减少环境污染，符合节能减排要求。

Description

一种空气源冷热联供级热式冷热水机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种冷热水机组，尤其涉及的是一种空气源冷热联供级热式冷热水机组及其控制方法。

背景技术

目前的酒店、餐厅、医院、高级公寓、游泳馆、大型企业等公共建筑，需要供冷同时常年需要供应热水，在夏季，这些公共建筑供应空调用冷媒水或工艺冷媒水，同时也需要提供洗澡、日常生活用热水或工艺热水。在冬季，它们需求供热热水、工艺热水、洗澡和日常生活用热水，同时也需求提供冷水、设备冷却用水。

目前已经有部分可冷热联供的冷热水机组，虽然可同时提供冷水和热水，但是传统冷热联供的冷热水机组，部分仅考虑冷热水同时供应，未考虑冬天不需要空调冷水时，设备失去冷水热源来源，无法实现单独提供热水要求，设备冬天无法正常运行；部分虽考虑了冷热水同时供应和单热热水供应，却采用单级型设计，例如需要60℃生活热的情况下，整机的冷凝温度需要高达63~65℃，从而导致了单级型空调热水器的压缩机运行效率相当低，仍然无法大幅度降低冷热水同时需要所需的能耗。

可见，目前传统的冷热联供的冷热水机组，部分仅考虑冷热水同时供应，不考虑单热供应，导致冬天无需冷水的场合无法使用；部分虽考虑了冷热水同时供应和单热热水供应，但采用单级加热方式，压缩机运行效率低、能耗大，不符合目前国家倡导的“节能减排”政策及建设能源节约型、环境友好型社会的要求。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空气源冷热联供级热式冷热水机组及其控制方法，旨在解决现有的冷热联供的冷热水机组不能实现单热供应或实现单热供应时采用单级加热方式，导致压缩机运行效率低、能耗大的问题。

本发明的技术方案如下：

一种空气源冷热联供级热式冷热水机组，其中，包括第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统、第四制冷系统和自动控制系统，所述第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统的结构设置一致；第一制冷系统的水蒸发器与第二制冷系统的水蒸发器连接，第二制冷系统的水蒸发器与第三制冷系统的水蒸发器连接，第三制冷系统的水蒸发器与第四制冷系统的水蒸发器连接；第一制冷系统的冷凝器与第二制冷系统的冷凝器连接，第二制冷系统的冷凝器与第三制冷系统的冷凝器连接，第三制冷系统的冷凝器与第四制冷系统的冷凝器连接；第一制冷系统的冷凝器的进水口依次连接第一进水温度传感器和热水泵，第四制冷系统的冷凝器的出水口依次连接有第四出水温度传感器和第四流量保护器，第四制冷系统的水蒸发器的进水口依次连接有第四进水温度传感器和冷媒水泵，第一制冷系统的水蒸发器的出水口依次连接有防冻保护器、第一出水温度传感器和第一流量保护器；所述第一制冷系统的空气蒸发器处、第二制冷系统的空气蒸发器处、第三制冷系统的空气蒸发器处和第四制冷系统的空气蒸发器处均设置有融霜温度传感器；

所述自动控制系统包括中央控制器和传感器数据采集子系统，所述第一进水温度传感器、第四出水温度传感器、第四流量保护器、第四进水温度传感器、防冻保护器、第一出水温度传感器、第一流量保护器和融霜温度传感器都与传感器数据采集子系统连接，传感器数据采集子系统与中央控制器连接，热水泵和冷媒水泵都与中央控制器连接，由中央控制器控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统按要求运行。

所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组，其中，所述第一制冷系统包括第一压缩机、第一四通阀、第一冷凝器、第一水蒸发器、第一空气蒸发器、第一气分和第一轴流风机，所述第一四通阀第一接口与第一压缩机一端连接，第一压缩机另一端与第一气分一端连接，第一气分另一端与第一四通阀第二接口连接，第一四通阀第三接口与第一水蒸发器一端连接，第一水蒸发器另一端与第一冷凝器一端连接，第一冷凝器另一端与第一四通阀第四接口连接，第一四通阀第三接口与第一空气蒸发器一端连接，第一空气蒸发器另一端与第一水蒸发器另一端连接；第一轴流风机设置在第一空气蒸发器处，为第一制冷系统的空气流动提供动力；所述第一压缩机和第一四通阀都与中央控制器连接。

所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组，其中，所述第一冷凝器和第一水蒸发器之间设置有第一冷凝器单向阀，第一水蒸发器和第一四通阀第三接口之间设置有第一水蒸发器单向阀，第一水蒸发器和第一空气蒸发器之间设置有第一空气蒸发器单向阀。

所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组，其中，所述第一空气蒸发器单向阀和第一水蒸发器之间设置有第一空气蒸发器前电磁阀，第一冷凝器单向阀和第一水蒸发器之间设置有第一水蒸发器前电磁阀，第一空气蒸发器和第一四通阀第三接口之间设置有第一空气蒸发器后电磁阀，所述第一空气蒸发器前电磁阀、第一水蒸发器前电磁阀和第一空气蒸发器后电磁阀都与中央控制器连接。

所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组，其中，所述第一冷凝器单向阀的出口和进口之间连接有第一冷凝器膨胀阀，第一空气蒸发器单向阀的出口和进口之间连接有第一空气蒸发器膨胀阀，第一水蒸发器和第一水蒸发器前电磁阀之间设置有第一水蒸发器膨胀阀。

一种如上述任意一项所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其中，具体包括以下步骤：

步骤A00：通过显示操作面板输入运行模式，设定参数，开启空气源冷热联供级热式冷热水机组；

步骤B00：第一进水温度传感器、第四出水温度传感器、第四进水温度传感器和第一出水温度传感器实时监测各进出水温度并反馈至传感器数据采集子系统，第四流量保护器和第一流量保护器实时监测整个系统的流量并反馈至传感器数据采集子系统，防冻保护器实时监测系统的温度并反馈至传感器数据采集子系统，融霜温度传感器实时监测空气蒸发器的温度并反馈至传感器数据采集子系统；

步骤C00：传感器数据采集子系统把收集到的数据反馈至中央控制器；

步骤D00：中央控制器通过判断分析，控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统的启动或停机，根据不同运行模式控制整个机组按要求运行，同时控制热水泵和冷媒水泵按照要求运行。

所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其中，所述步骤A00-步骤D00中，中央控制器通过以下步骤控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统的启动或停机：

步骤a11：通过显示操作面板输入运行模式，设定四个启动温度，分别为T_{启 1}、T_{启 2}、T_{启 3}和T_{启 4}，且T_{启 1}＜T_{启 2}＜T_{启 3}＜T_{启 4}，设定第一进水温度传感器监测到的进水温度为T_A，设定融霜启动温度为T_{融 0}，设定融霜停止温度为T_{融 1}，融霜温度传感器实时监测到的融霜温度为T_融，设定启动融霜模式标准时间为t_设，实际融霜温度已经低于融霜标准温度的持续时间为t₀，设定运行融霜模式的标准时间为t_设运，实际融霜时间为t_运，设定机组热水出水温度设置值为T_{B 设}，第四出水温度传感器测量实际出水温度为T_B ，开启空气源冷热联供级热式冷热水机组；

步骤b11：第一进水温度传感器将实时监测到的进水温度反馈至传感器数据采集子系统，融霜温度传感器实时监测到的融霜温度反馈至传感器数据采集子系统，第四出水温度传感器测量实际出水温度反馈至传感器数据采集子系统；

步骤c11：传感器数据采集子系统把收集到的数据反馈至中央控制器；

步骤d11：中央控制器判断T_A与T_{启 1}、T_{启 2}、T_{启 3}和T_{启 4}之间的大小，若T_A＜T_{启 1}，执行步骤d12，若T_{启 1}＜T_A＜_{启 2}，执行步骤d13，若T_{启 2}＜T_A＜_{启 3}，执行步骤d14，若T_{启 3}＜T_A＜_{启 4}，执行步骤d15，若T_A＞T_{启 4}，执行步骤d16；

步骤d12：中央控制器控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统均启动进行制热运行；

步骤d13：中央控制器控制第二制冷系统和第三制冷系统启动进行制热运行，第一制冷系统和第四制冷系统停机；

步骤d14：中央控制器控制第三制冷系统和第四制冷系统启动进行制热运行，第一制冷系统和第二制冷系统停机；

步骤d15：中央控制器控制第四制冷系统启动进行制热运行，第一制冷系统、第二制冷系统和第三制冷系统停机；

步骤d16：中央控制器控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统均停机。

所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其中，当步骤a11输入的运行模式为冷热联供运行模式时，还包括以下步骤：

步骤e11：中央控制器控制已经启动的制冷系统的四通阀失电，控制已经启动的制冷系统的空气蒸发器前电磁阀和空气蒸发器后电磁阀关闭，控制水蒸发器前电磁阀开启，控制没有启动的制冷系统保持停机。

所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其中，当步骤a11输入的运行模式为单热运行模式时，中央控制器根据实际自动在单热运行模式和融霜模式之间切换，还包括以下步骤：

步骤e21：中央控制器判断T_融是否<T_{融 0}且t₀是否≥t_设，若T_融<T_{融 0}且t₀≥t_设，执行步骤e22，若T_融≥T_{融 0}或T_融<T_{融 0}且t₀<t_设或T_融≥T_{融 1}或T_融<T_{融 1}且t_运≥t_设运，执行步骤e23；

步骤e22：中央控制器控制已经启动的制冷系统的四通阀得电，控制已经启动的制冷系统的空气蒸发器前电磁阀和空气蒸发器后电磁阀开启，控制水蒸发器前电磁阀关闭，控制没有启动的制冷系统保持停机，执行步骤e21；

步骤e23：中央控制器控制已经启动的制冷系统的四通阀失电，控制已经启动的制冷系统的空气蒸发器前电磁阀和空气蒸发器后电磁阀开启，控制水蒸发器前电磁阀关闭，控制没有启动的制冷系统保持停机，执行步骤e21。

所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其中，在冷热联供运行模式或单热运行模式下，中央控制器通过以下步骤保证热水出水温度达到设定值：

步骤f31：中央控制器判断T_B与T_{B 设}的大小，若T_B ＜T_{B 设}，执行步骤f32，若T_B＞T_{B 设}，执行步骤f33；

步骤f32：中央控制器控制已经启动的制冷系统的压缩机进行加载运行，控制没有启动的制冷系统保持停机，保证热水出水温度达到设定值；

步骤f33：中央控制器控制已经启动的制冷系统的压缩机进行卸载运行，控制没有启动的制冷系统保持停机，保证热水出水温度达到设定值。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种空气源冷热联供级热式冷热水机组及其控制方法，机组包括第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统、第四制冷系统和自动控制系统，利用创新的空气源、冷热联供、分级加热和分级冷却相结合的方式，有效地解决了目前冷热联供的冷热水机组仅考虑冷热水同时供应，不考虑单热供应，导致冬天无需冷水的场合无法使用的问题；同时解决了冷热水同时供应和单热热水供应的设备采用单级加热方式，导致压缩机运行效率低、能耗大的问题；与传统的冷热联供的冷热水机组相比，本机组夏冬均能正常运行，且在达到相同制冷和制热效果的情况下，大幅度降低前级制冷系统的冷凝温度，提升前级制冷系统的蒸发温度，从而大幅度提升空气源冷热联供级热式冷热水机组的整体能效比，节约能源；本机组具有设计合理、高效节能、控制精度、运行稳定可靠等优点，同时节约能源、减少环境污染，符合目前国家倡导的“节能减排”政策及建设能源节约型、环境友好型社会的要求。

附图说明

图1是本发明中空气源冷热联供级热式冷热水机组的连接示意图。

图2是本发明中空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本空气源冷热联供级热式冷热水机组包括第一制冷系统100、第二制冷系统200、第三制冷系统300、第四制冷系统400和自动控制系统，所述第一制冷系统100、第二制冷系统200、第三制冷系统300和第四制冷系统400的结构设置一致；第一制冷系统100的水蒸发器与第二制冷系统200的水蒸发器连接，第二制冷系统200的水蒸发器与第三制冷系统300的水蒸发器连接，第三制冷系统300的水蒸发器与第四制冷系统400的水蒸发器连接；第一制冷系统100的冷凝器与第二制冷系统200的冷凝器连接，第二制冷系统200的冷凝器与第三制冷系统300的冷凝器连接，第三制冷系统300的冷凝器与第四制冷系统400的冷凝器连接；第一制冷系统100的冷凝器的进水口依次连接第一进水温度传感器602和热水泵612，第四制冷系统400的冷凝器的出水口依次连接有第四出水温度传感器603和第四流量保护器604，第四制冷系统400的水蒸发器的进水口依次连接有第四进水温度传感器605和冷媒水泵611，第一制冷系统100的水蒸发器的出水口依次连接有防冻保护器610、第一出水温度传感器606和第一流量保护器607；所述第一制冷系统100的空气蒸发器处、第二制冷系统200的空气蒸发器处、第三制冷系统300的空气蒸发器处和第四制冷系统400的空气蒸发器处均设置有融霜温度传感器；所述自动控制系统包括中央控制器和传感器数据采集子系统，所述第一进水温度传感器602、第四出水温度传感器603、第四流量保护器604、第四进水温度传感器605、防冻保护器610、第一出水温度传感器606、第一流量保护器607和融霜温度传感器都与传感器数据采集子系统连接，传感器数据采集子系统与中央控制器连接，热水泵612和冷媒水泵611都与中央控制器连接，由中央控制器控制第一制冷系统100、第二制冷系统200、第三制冷系统300和第四制冷系统400按要求运行。

为了方便进行人机交互控制，所述自动控制系统还包括显示操作面板，所述显示操作面板与中央控制器连接，通过显示操作面板输入调节指令至中央控制器，由中央控制器控制整个空气源冷热联供级热式冷热水机组按要求运行。

所述第一制冷系统100包括第一压缩机101、第一四通阀102、第一冷凝器103、第一水蒸发器111、第一空气蒸发器113、第一气分115和第一轴流风机116，所述第一四通阀102第一接口A与第一压缩机101一端连接，第一压缩机101另一端与第一气分115一端连接，第一气分115另一端与第一四通阀102第二接口B连接，第一四通阀102第三接口C与第一水蒸发器111一端连接，第一水蒸发器111另一端与第一冷凝器103一端连接，第一冷凝器103另一端与第一四通阀102第四接口D连接，第一四通阀102第三接口C与第一空气蒸发器113一端连接，第一空气蒸发器113另一端与第一水蒸发器111另一端连接；第一轴流风机116设置在第一空气蒸发器113处，为第一制冷系统100的空气流动提供动力；所述第一压缩机101和第一四通阀102都与中央控制器连接。

为了防止第一制冷系统100的制冷剂回流，所述第一冷凝器103和第一水蒸发器111之间设置有第一冷凝器单向阀104，第一水蒸发器111和第一四通阀102第三接口C之间设置有第一水蒸发器单向阀112，第一水蒸发器111和第一空气蒸发器113之间设置有第一空气蒸发器单向阀108。

为了便于控制第一制冷系统100在运行模式之间切换，所述第一空气蒸发器单向阀108和第一水蒸发器111之间设置有第一空气蒸发器前电磁阀106，第一冷凝器单向阀104和第一水蒸发器111之间设置有第一水蒸发器前电磁阀107，第一空气蒸发器113和第一四通阀102第三接口C之间设置有第一空气蒸发器后电磁阀114，所述第一空气蒸发器前电磁阀106、第一水蒸发器前电磁阀107和第一空气蒸发器后电磁阀114都与中央控制器连接。

为了使进入蒸发器的冷媒节流和控制冷媒流量，所述第一冷凝器单向阀104的出口和进口之间连接有第一冷凝器膨胀阀105，第一空气蒸发器单向阀108的出口和进口之间连接有第一空气蒸发器膨胀阀109，第一水蒸发器111和第一水蒸发器前电磁阀107之间设置有第一水蒸发器膨胀阀110。

本空气源冷热联供级热式冷热水机组中，热水加热的流程是，热水侧的进水，先进入第一制冷系统100的第一冷凝器103进行一级加热，吸收第一制冷系统100的第一压缩机一101的排气热量一级升温，然后，进入第二制冷系统200的冷凝器进行二级加热，吸收第二制冷系统200的压缩机的排气热量二级升温，然后，进入第三制冷系统300的冷凝器进行三级加热，吸收第三制冷系统300的压缩机三的排气热量三级升温，然后，进入第四制冷系统400的冷凝器进行四级加热，吸收第四制冷系统400的压缩机四的排气热量四级升温，经过四级加热升温后，达到送水设定温度后送至使用终端进行使用。

本空气源冷热联供级热式冷热水机组中，冷媒水冷却的流程是，冷媒水首先进入第四制冷系统400的水蒸发器进行一级冷却，吸收第四制冷系统400节流后的液态冷媒蒸发的冷量，进行一级降温；然后进入第三制冷系统300的水蒸发器进行二级冷却，吸收第三制冷系统300节流后的液态冷媒蒸发的冷量，进行二级降温；然后进入第二制冷系统200的水蒸发器进行三级冷却，吸收第二制冷系统200节流后的液态冷媒蒸发的冷量，进行三级降温；然后进入第一制冷系统100的第一水蒸发器111进行四级冷却，吸收第一制冷系统100节流后的液态冷媒蒸发的冷量，进行四级降温，达到冷媒水设定温度后送至使用终端进行使用。

如图2所示，根据上述所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤A00：通过显示操作面板输入运行模式，设定参数，开启空气源冷热联供级热式冷热水机组；

步骤B00：第一进水温度传感器602、第四出水温度传感器603、第四进水温度传感器605和第一出水温度传感器606实时监测各进出水温度并反馈至传感器数据采集子系统，第四流量保护器604和第一流量保护器607实时监测整个系统的流量并反馈至传感器数据采集子系统，防冻保护器610实时监测系统的温度并反馈至传感器数据采集子系统，融霜温度传感器实时监测空气蒸发器的温度并反馈至传感器数据采集子系统；

步骤C00：传感器数据采集子系统把收集到的数据反馈至中央控制器；

步骤D00：中央控制器通过判断分析，控制第一制冷系统100、第二制冷系统200、第三制冷系统300和第四制冷系统400的启动或停机，根据不同运行模式控制整个机组按要求运行，同时控制热水泵612和冷媒水泵611按照要求运行。

具体地，所述步骤A00-步骤D00中，中央控制器通过以下步骤控制第一制冷系统100、第二制冷系统200、第三制冷系统300和第四制冷系统400的启动或停机：

步骤a11：通过显示操作面板输入运行模式，设定四个启动温度，分别为T_{启 1}、T_{启 2}、T_{启 3}和T_{启 4}，且T_{启 1}＜T_{启 2}＜T_{启 3}＜T_{启 4}，设定第一进水温度传感器监测到的进水温度为T_A，设定融霜启动温度为T_{融 0}，设定融霜停止温度为T_{融 1}，融霜温度传感器实时监测到的融霜温度为T_融，设定启动融霜模式标准时间为t_设，实际融霜温度已经低于融霜标准温度的持续时间为t₀，设定运行融霜模式的标准时间为t_设运，实际融霜时间为t_运，设定机组热水出水温度设置值为T_{B 设}，第四出水温度传感器测量实际出水温度为T_B ，开启空气源冷热联供级热式冷热水机组；

步骤b11：第一进水温度传感器602将实时监测到的进水温度反馈至传感器数据采集子系统，融霜温度传感器实时监测到的融霜温度反馈至传感器数据采集子系统，第四出水温度传感器603测量实际出水温度反馈至传感器数据采集子系统；

步骤c11：传感器数据采集子系统把收集到的数据反馈至中央控制器；

步骤d11：中央控制器判断T_A与T_{启 1}、T_{启 2}、T_{启 3}和T_{启 4}之间的大小，若T_A＜T_{启 1}，执行步骤d12，若T_{启 1}＜T_A＜_{启 2}，执行步骤d13，若T_{启 2}＜T_A＜_{启 3}，执行步骤d14，若T_{启 3}＜T_A＜_{启 4}，执行步骤d15，若T_A＞T_{启 4}，执行步骤d16；

步骤d12：中央控制器控制第一制冷系统100、第二制冷系统200、第三制冷系统300和第四制冷系统400均启动进行制热运行；

步骤d13：中央控制器控制第二制冷系统200和第三制冷系统300启动进行制热运行，第一制冷系统100和第四制冷系统400停机；

步骤d14：中央控制器控制第三制冷系统300和第四制冷系统400启动进行制热运行，第一制冷系统100和第二制冷系统200停机；

步骤d15：中央控制器控制第四制冷系统400启动进行制热运行，第一制冷系统100、第二制冷系统200和第三制冷系统300停机；

步骤d16：中央控制器控制第一制冷系统100、第二制冷系统200、第三制冷系统300和第四制冷系统400均停机。

当中央控制器通过上述步骤控制第一制冷系统100、第二制冷系统200、第三制冷系统300和第四制冷系统400启动或停机后，中央控制器根据步骤a11输入的运行模式控制机组按要求运行，具体如下：

当步骤a11输入的运行模式为冷热联供运行模式时，包括以下步骤：

步骤e11：中央控制器控制已经启动的制冷系统的四通阀失电，控制已经启动的制冷系统的空气蒸发器前电磁阀和空气蒸发器后电磁阀关闭，控制水蒸发器前电磁阀开启，控制没有启动的制冷系统保持停机。

在冷热联供运行模式下，整个机组的制冷流程是：低温低压的制冷剂蒸气分别经过已经启动的制冷系统的压缩机后，形成高温高压过热蒸气，通过已经启动的制冷系统的四通阀进入各个已经启动的制冷系统的冷凝器进行冷却形成制冷剂过冷液体，制冷剂过冷液体依次经过各个已经启动的制冷系统的冷凝器单向阀、水蒸发器前电磁阀、水蒸发器膨胀阀节流后形成低温低压液体，继而进入各个已经启动的制冷系统的水蒸发器进行蒸发吸收空调用冷媒水的热量，形成低温低压蒸气，再通过各个已经启动的制冷系统的蒸发器单向阀，通过各个已经启动的制冷系统的四通阀和气分，回到各个已经启动的制冷系统的压缩机的吸气口。

当步骤a11输入的运行模式为单热运行模式时，中央控制器根据实际自动在单热运行模式和融霜模式之间切换，包括以下步骤：

步骤e21：中央控制器判断T_融是否<T_{融 0}且t₀是否≥t_设，若T_融<T_{融 0}且t₀≥t_设，执行步骤e22，若T_融≥T_{融 0}或T_融<T_{融 0}且t₀<t_设或T_融≥T_{融 1}或T_融<T_{融 1}且t_运≥t_设运，执行步骤e23；

步骤e22：中央控制器控制已经启动的制冷系统的四通阀得电，控制已经启动的制冷系统的空气蒸发器前电磁阀和空气蒸发器后电磁阀开启，控制水蒸发器前电磁阀关闭，控制没有启动的制冷系统保持停机，执行步骤e21；

步骤e23：中央控制器控制已经启动的制冷系统的四通阀失电，控制已经启动的制冷系统的空气蒸发器前电磁阀和空气蒸发器后电磁阀开启，控制水蒸发器前电磁阀关闭，控制没有启动的制冷系统保持停机，执行步骤e21。

在融霜模式下，整个机组的制冷流程是：低温低压的制冷剂蒸气分别经过已经启动的制冷系统的压缩机后，形成高温高压过热蒸气，通过已经启动的制冷系统的四通阀进入已经启动的制冷系统的空气蒸发器后电磁阀，继而进入已经启动的制冷系统的空气蒸发器加热蒸发器翅片，将翅片上凝结的霜融解，形成制冷剂过冷液体，再通过已经启动的制冷系统的空气蒸发器单向阀、空气蒸发器前电磁阀、冷凝器膨胀阀节流后形成低压液体，进入已经启动的制冷系统的冷凝器吸收热水热量，蒸发形成低温低压蒸气回到已经启动的制冷系统的压缩机吸气口。

在单热运行模式下，整个机组的制冷流程是：低温低压的制冷剂蒸气分别经过已经启动的制冷系统的压缩机后，形成高温高压过热蒸气，通过已经启动的制冷系统的四通阀进入各个已经启动的制冷系统的冷凝器进行冷却形成制冷剂过冷液体，制冷剂过冷液体依次经过各个已经启动的制冷系统的冷凝器单向阀、空气蒸发器前电磁阀、空气蒸发器膨胀阀节流后形成低温低压液体，继而进入各个已经启动的制冷系统的空气蒸发器进行蒸发吸收大气的热量，形成低温低压蒸气，再通过各个已经启动的制冷系统的空气蒸发器后电磁阀，通过各个已经启动的制冷系统的四通阀和气分，回到各个已经启动的制冷系统的压缩机的吸气口。

所述融霜模式是在单热运行模式情况下，由于蒸发温度较低，大气中的水气容易结霜，在蒸发器处设置融霜温度传感器，当融霜温度传感器测试温度小于设定值，且累计时间达到设定时间时，机组自动切换进入除霜模式；当融霜温度传感器测试温度大于设定值，且累计时间达到设定时间时，机组自动返回切换至单热运行模式。

在冷热联供运行模式或单热运行模式下，中央控制器通过以下步骤保证热水出水温度达到设定值：

步骤f31：中央控制器判断T_B与T_{B 设}的大小，若T_B ＜T_{B 设}，执行步骤f32，若T_B＞T_{B 设}，执行步骤f33；

步骤f32：中央控制器控制已经启动的制冷系统的压缩机进行加载运行，控制没有启动的制冷系统保持停机，保证热水出水温度达到设定值；

步骤f33：中央控制器控制已经启动的制冷系统的压缩机进行卸载运行，控制没有启动的制冷系统保持停机，保证热水出水温度达到设定值。

本技术方案与现有技术相比具有如下优点：

1、传统冷热联供的冷热水机组，部分仅考虑冷热水同时供应，未考虑冬天不需要空调冷水时，无冷水热源来源，无法单提供热水情况，冬天无法正常运行。

本技术方案可同时生产热水和空调用冷媒水，也可以单独生产热水，机组有三种运行模式，包括：冷热联供运行模式、单热运行模式和融霜运行模式。

夏天同时需要冷热水时，机组运行冷热联供运行模式，吸收冷水的热量，产生热水，同时生产冷热水，节约能源；冬天无需使用空调冷水，仅需要热水时，机组运行单热运行模式，吸收空气热量，仅生产热水；当空气蒸发器结霜时，机组运行融霜运行模式，除去空气蒸发器结霜后返回单热运行模式继续产生热水。

2、传统冷热联供的冷热水机组，部分虽考虑了冷热水同时供应和单热热水供应，却采用单级型设计，例如需要60℃生活热情况下，整机的冷凝温度需要高达63~65℃，从而导致了单级型空调热水器的压缩机运行效率相当低，仍然无法大幅度降低冷热水同时需要所需的能耗。

本技术方案的热水采用四级制冷系统逐级加热，每级制冷系统加热又使用热回收器和冷凝器两级进行加热，与传统的单级单冷凝器型空调热水器相比，例如需要60℃生活热情况下，以第四级制冷系统加热为例，此时排气温度达到90~95℃，此时显热点总热量的20%，显热约可产生2℃温升，因此冷凝器的出水温度是58℃，所以，第四级制冷系统的冷凝温度可以仅达到61~63℃，也即相同出水温度情况下，其余系统的冷凝压力同样下降2℃，整体上降低了制冷系统的冷凝温度，从而提升了整机的能效比，节约能源。

3、传统的冷热水机组采用单级蒸发器设计，例如需要7℃冷媒水情况下，整机的蒸发温度需要低达2~5℃，从而导致了单级型冷水机组的压缩机运行效率相当低，仍然无法大幅度降低冷媒水所需的能耗。

本技术方案的蒸发器采用四级制冷系统，级冷式的设计方式，与传统的单级型冷热水机组相比，例如需要7℃冷媒水情况下，分四级制冷系统逐级冷却设计，除后级系统的蒸发温度需要低达2~5℃外，其余系统的冷凝压力可处于4.5~7.5℃，大大提升了前面级制冷系统的蒸发温度，从而大幅度提升了整机的能效比，节约能源。

4、控制精度高，中央控制系统根据显示操作面板的热水出水温度设定、冷媒水出水温度设定等输入要求，通过传感器数据采集子系统采集实际运行中的热水出水温度、冷媒水出温度等数据，自动计算和控制各执行系统，控制4个制冷系统的压缩机、热水泵和冷媒水泵的开停或载荷比例，确保在任何时间供应的冷水和热水温度达到实际使用的需求，有效提升了冷热水的出水温度控制精度。

综上所述，本技术方案有效的解决了目前传统的冷热联供的冷热水机组的以下问题：部分仅考虑冷热水同时供应，不考虑单热供应，导致冬天无需冷水的场合无法使用；部分虽考虑了冷热水同时供应和单热热水供应，但采用单级加热方式，压缩机运行效率低，能耗大的问题；本技术方案创造性地采用了空气源、冷热联供和分级加热与冷却相结合的方式，实现了冷热联供运行模式、单热运行模式和融霜运行模式相结合的级热式节能灵活的运行方式，实现夏天冷热联供级热节能运行，冬天空气源单热级热节能运行，与传统的冷热联供的冷热水机组相比，夏冬均能正常运行，能效比更高，更节约能源，它设计合理、高效节能、运行模式切换灵活、控制精度和智能度高、运行稳定可靠。它节约能源、减少环境污染，符合国家倡导的节能和环保政策，具有重要的经济和社会意义。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种空气源冷热联供级热式冷热水机组，其特征在于，包括第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统、第四制冷系统和自动控制系统，所述第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统的结构设置一致；第一制冷系统的水蒸发器与第二制冷系统的水蒸发器连接，第二制冷系统的水蒸发器与第三制冷系统的水蒸发器连接，第三制冷系统的水蒸发器与第四制冷系统的水蒸发器连接；第一制冷系统的冷凝器与第二制冷系统的冷凝器连接，第二制冷系统的冷凝器与第三制冷系统的冷凝器连接，第三制冷系统的冷凝器与第四制冷系统的冷凝器连接；第一制冷系统的冷凝器的进水口依次连接第一进水温度传感器和热水泵，第四制冷系统的冷凝器的出水口依次连接有第四出水温度传感器和第四流量保护器，第四制冷系统的水蒸发器的进水口依次连接有第四进水温度传感器和冷媒水泵，第一制冷系统的水蒸发器的出水口依次连接有防冻保护器、第一出水温度传感器和第一流量保护器；所述第一制冷系统的空气蒸发器处、第二制冷系统的空气蒸发器处、第三制冷系统的空气蒸发器处和第四制冷系统的空气蒸发器处均设置有融霜温度传感器；

所述自动控制系统包括中央控制器和传感器数据采集子系统，所述第一进水温度传感器、第四出水温度传感器、第四流量保护器、第四进水温度传感器、防冻保护器、第一出水温度传感器、第一流量保护器和融霜温度传感器都与传感器数据采集子系统连接，传感器数据采集子系统与中央控制器连接，热水泵和冷媒水泵都与中央控制器连接，由中央控制器控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统按要求运行。

2.根据权利要求1所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组，其特征在于，所述第一制冷系统包括第一压缩机、第一四通阀、第一冷凝器、第一水蒸发器、第一空气蒸发器、第一气分和第一轴流风机，所述第一四通阀第一接口与第一压缩机一端连接，第一压缩机另一端与第一气分一端连接，第一气分另一端与第一四通阀第二接口连接，第一四通阀第三接口与第一水蒸发器一端连接，第一水蒸发器另一端与第一冷凝器一端连接，第一冷凝器另一端与第一四通阀第四接口连接，第一四通阀第三接口与第一空气蒸发器一端连接，第一空气蒸发器另一端与第一水蒸发器另一端连接；第一轴流风机设置在第一空气蒸发器处，为第一制冷系统的空气流动提供动力；所述第一压缩机和第一四通阀都与中央控制器连接。

3.根据权利要求2所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组，其特征在于，所述第一冷凝器和第一水蒸发器之间设置有第一冷凝器单向阀，第一水蒸发器和第一四通阀第三接口之间设置有第一水蒸发器单向阀，第一水蒸发器和第一空气蒸发器之间设置有第一空气蒸发器单向阀。

4.根据权利要求2所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组，其特征在于，所述第一空气蒸发器单向阀和第一水蒸发器之间设置有第一空气蒸发器前电磁阀，第一冷凝器单向阀和第一水蒸发器之间设置有第一水蒸发器前电磁阀，第一空气蒸发器和第一四通阀第三接口之间设置有第一空气蒸发器后电磁阀，所述第一空气蒸发器前电磁阀、第一水蒸发器前电磁阀和第一空气蒸发器后电磁阀都与中央控制器连接。

5.根据权利要求2所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组，其特征在于，所述第一冷凝器单向阀的出口和进口之间连接有第一冷凝器膨胀阀，第一空气蒸发器单向阀的出口和进口之间连接有第一空气蒸发器膨胀阀，第一水蒸发器和第一水蒸发器前电磁阀之间设置有第一水蒸发器膨胀阀。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤A00：通过显示操作面板输入运行模式，设定参数，开启空气源冷热联供级热式冷热水机组；

步骤B00：第一进水温度传感器、第四出水温度传感器、第四进水温度传感器和第一出水温度传感器实时监测各进出水温度并反馈至传感器数据采集子系统，第四流量保护器和第一流量保护器实时监测整个系统的流量并反馈至传感器数据采集子系统，防冻保护器实时监测系统的温度并反馈至传感器数据采集子系统，融霜温度传感器实时监测空气蒸发器的温度并反馈至传感器数据采集子系统；

步骤C00：传感器数据采集子系统把收集到的数据反馈至中央控制器；

步骤D00：中央控制器通过判断分析，控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统的启动或停机，根据不同运行模式控制整个机组按要求运行，同时控制热水泵和冷媒水泵按照要求运行。

7. 根据权利要求6所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其特征在于，所述步骤A00-步骤D00中，中央控制器通过以下步骤控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统的启动或停机：

步骤a11：通过显示操作面板输入运行模式，设定四个启动温度，分别为T_{启 1}、T_{启 2}、T_{启 3}和T_{启 4}，且T_{启 1}＜T_{启 2}＜T_{启 3}＜T_{启 4}，设定第一进水温度传感器监测到的进水温度为T_A，设定融霜启动温度为T_{融 0}，设定融霜停止温度为T_{融 1}，融霜温度传感器实时监测到的融霜温度为T_融，设定启动融霜模式标准时间为t_设，实际融霜温度已经低于融霜标准温度的持续时间为t₀，设定运行融霜模式的标准时间为t_设运，实际融霜时间为t_运，设定机组热水出水温度设置值为T_{B 设}，第四出水温度传感器测量实际出水温度为T_B ，开启空气源冷热联供级热式冷热水机组；

步骤b11：第一进水温度传感器将实时监测到的进水温度反馈至传感器数据采集子系统，融霜温度传感器实时监测到的融霜温度反馈至传感器数据采集子系统，第四出水温度传感器测量实际出水温度反馈至传感器数据采集子系统；

步骤c11：传感器数据采集子系统把收集到的数据反馈至中央控制器；

步骤d11：中央控制器判断T_A与T_{启 1}、T_{启 2}、T_{启 3}和T_{启 4}之间的大小，若T_A＜T_{启 1}，执行步骤d12，若T_{启 1}＜T_A＜_{启 2}，执行步骤d13，若T_{启 2}＜T_A＜_{启 3}，执行步骤d14，若T_{启 3}＜T_A＜_{启 4}，执行步骤d15，若T_A＞T_{启 4}，执行步骤d16；

步骤d12：中央控制器控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统均启动进行制热运行；

步骤d13：中央控制器控制第二制冷系统和第三制冷系统启动进行制热运行，第一制冷系统和第四制冷系统停机；

步骤d14：中央控制器控制第三制冷系统和第四制冷系统启动进行制热运行，第一制冷系统和第二制冷系统停机；

步骤d15：中央控制器控制第四制冷系统启动进行制热运行，第一制冷系统、第二制冷系统和第三制冷系统停机；

步骤d16：中央控制器控制第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统和第四制冷系统均停机。

8.根据权利要求7所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其特征在于，当步骤a11输入的运行模式为冷热联供运行模式时，还包括以下步骤：

步骤e11：中央控制器控制已经启动的制冷系统的四通阀失电，控制已经启动的制冷系统的空气蒸发器前电磁阀和空气蒸发器后电磁阀关闭，控制水蒸发器前电磁阀开启，控制没有启动的制冷系统保持停机。

9. 根据权利要求7所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其特征在于，当步骤a11输入的运行模式为单热运行模式时，中央控制器根据实际自动在单热运行模式和融霜模式之间切换，还包括以下步骤：

步骤e21：中央控制器判断T_融是否<T_{融 0}且t₀是否≥t_设，若T_融<T_{融 0}且t₀≥t_设，执行步骤e22，若T_融≥T_{融 0}或T_融<T_{融 0}且t₀<t_设或T_融≥T_{融 1}或T_融<T_{融 1}且t_运≥t_设运，执行步骤e23；

步骤e22：中央控制器控制已经启动的制冷系统的四通阀得电，控制已经启动的制冷系统的空气蒸发器前电磁阀和空气蒸发器后电磁阀开启，控制水蒸发器前电磁阀关闭，控制没有启动的制冷系统保持停机，执行步骤e21；

步骤e23：中央控制器控制已经启动的制冷系统的四通阀失电，控制已经启动的制冷系统的空气蒸发器前电磁阀和空气蒸发器后电磁阀开启，控制水蒸发器前电磁阀关闭，控制没有启动的制冷系统保持停机，执行步骤e21。

10. 根据权利要求8或9所述的空气源冷热联供级热式冷热水机组的控制方法，其特征在于，在冷热联供运行模式或单热运行模式下，中央控制器通过以下步骤保证热水出水温度达到设定值：

步骤f31：中央控制器判断T_B与T_{B 设}的大小，若T_B ＜T_{B 设}，执行步骤f32，若T_B ＞T_{B 设}，执行步骤f33；

步骤f32：中央控制器控制已经启动的制冷系统的压缩机进行加载运行，控制没有启动的制冷系统保持停机，保证热水出水温度达到设定值；

步骤f33：中央控制器控制已经启动的制冷系统的压缩机进行卸载运行，控制没有启动的制冷系统保持停机，保证热水出水温度达到设定值。