CN106152342A - 一种变排量比双级压缩空调系统及其控制方法 - Google Patents

一种变排量比双级压缩空调系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种变排量比双级压缩空调系统及其控制方法，其包括排量比可变的双级压缩机(1)，在所述压缩机上连接设置有低压吸气管路(2)、高压排气管路(3)和变容管路(4)，所述变容管路(4)能通过引入高压压力使得双级压缩机的低压级双气缸运行，通过引入低压压力使得双级压缩机的低压级单气缸运行。通过本发明能够通过控制变容管路引入高压压力或低压压力达到对排量比的切换控制，并且能够根据室内机能力需求及整机负荷进而通过上述手段对其排量比进行切换控制，使得空调系统在负载过小时运行大排量模式、负载过大时运行小排量模式，使得系统的运行效率达到最高，从而解决了在负载过小或过大时存在的经济性差的技术问题。

Description

一种变排量比双级压缩空调系统及其控制方法
技术领域
本发明属于空调技术领域，具体涉及一种变排量比双级压缩空调系统及其控制方法。
背景技术
现有技术中环境温度越低，对空调制热量的需求越大，但目前单级压缩的热泵只能做到零下20度正常启动运行，且制热量严重衰减，制热效果不能保证，机组可靠性也受到严峻的考验。
相比单级压缩热泵，带有喷气增焓双级压缩系统在低温下制热量较大，能效较高。且双级压缩系统能减少单级压缩机的压比，降低排气温度，同时可提高吸气效率和压缩效率，从而提升制热量和制热效率。
现有的双级压缩机由于高压缸容积与低压缸容积固定，其容积比为固定值，因而压缩机的高低压级排量比固定，而任何一种排量比固定的压缩机在某个特定工况只有一个能效最高值，随着空调负载变化，能效变化较大，经济性不理想。另一方面，在名义制冷工况下，双级压缩系统的最佳高低压级压缩比在0.9左右，而在低温制热工况下，高低压级的压缩比在0.6左右最佳，而一种固定排量比的双级压缩系统无法同时满足制冷和制热的能效要求。
现有的双级压缩系统，仅能依靠两个变频压缩机串联的方式实现高低压级排量比的变化，系统复杂，系统成本高，且回油可靠性差。
由于现有技术中的空调系统在负载过小或过大时存在经济性差的问题，并且在切换排量比的前后由于排量突变，容易出现压缩机负载突变、驱动干扰过大等导致的系统运行不稳定等技术问题，因此本发明研究设计出一种变排量比双级压缩空调系统及其控制方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的空调系统在负载过小或过大时存在经济性差的缺陷，从而提供一种变排量比双级压缩空调系统及其控制方法。
本发明提供一种变排量比双级压缩空调系统，其包括排量比可变的双级压缩机，在所述压缩机上连接设置有低压吸气管路、高压排气管路和变容管路，所述变容管路能通过引入高压排气管路的高压压力使得双级压缩机的低压级双气缸运行，通过引入低压吸气管路的低压压力使得双级压缩机的低压级单气缸运行。
优选地，还设置有第一支路，所述变容管路通过第一支路连接至所述压缩机的低压吸气管路。
优选地，还设置有第二支路，所述变容管路通过第二支路连接至所述压缩机的高压排气管路。
优选地，所述第一支路和所述第二支路汇合至所述变容管路处。
优选地，所述第一支路上设置有第一电磁阀；和/或，所述第二支路上设置有第二电磁阀。
优选地，还包括用于检测室外环境温度的温度检测装置和/或用于检测空调室内机负荷的负荷检测装置。
本发明还提供一种变排量比双级压缩空调系统的控制方法，其使用前述的变排量比双级压缩空调系统，根据不同的室内机能力需求及整机负荷对其排量比进行切换控制。
优选地，控制步骤包括：
1)初始启动步骤：在系统具备启动条件时，采用大排量比运行模式进行启动；
2)运行区域判定步骤；
3)运行区域切换步骤：采用双模态等价频率切换方式进行运行区域间的平稳切换。
优选地，当系统包括温度检测装置和负荷检测装置装置时，所述运行区域的判定步骤为：通过检测室外环境温度及室内机负荷共同进行判定。
优选地，所述运行区域判定步骤包括：当系统制冷时，定义室外环境温度为T和室内机负荷为Q，若在T∈[Tc1，Tc2)范围内，Q1＝a1T3+b1T2+c1T+d1为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的一段函数变化线；Q2＝a2T3+b2T2+c2T+d2为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的另一段函数变化线，检测T和Q满足：Q≥Q1时，则判断系统运行位于UC1区域；若Q≤Q2时，判断其位于UC3的区域，Q∈(Q 2,Q1)时，则判断其位于UC2的区域；
其中a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2为常数
优选地，所述运行区域判定步骤包括：当系统制热时，定义室外环境温度为T和室内机负荷为Q，若在T∈[Th1，Th2)范围内，Q3＝a3T3+b3T2+c3T+d3为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的一段函数变化线；Q4＝a4T3+b4T2+c4T+d4为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的另一段函数变化线，检测T和Q满足：Q≥Q3时，则判断系统运行位于UH1区域；若Q≤Q4时，判断其位于UH3的区域，Q∈(Q 4,Q3)时，则判断其位于UH2的区域；
其中a3、a4、b3、b4、c3、c4、d3、d4为常数。
优选地，所述双模态等价频率切换方式包括(1)设定步骤：根据压缩机排量设定全频率段的等价运行频率P1～Pn，并分别设置对应的大排量比模式运行频率a1～bn和小排量比模式运行频率c1～dn，在中间频率段对应的运行区域中，大排量比模式频率b1～bn和小排量比模式频率c1～cn设定成部分重合。
优选地，所述双模态等价频率切换方式还包括(2)执行步骤：当初始运行区域处在UC2、UC3、UH2和UH3时，维持大排量比模式，
当环境温度或室内机负荷改变后，再次判断是否仍处于原运行区域，若是，则继续大排量比模式，若否，则进入UC2、UH2区进行模式切换，切换至小排量比模式。
优选地，所述双模态等价频率切换方式还包括(2)执行步骤：当初始运行区域处在UC1和UH1时，进入UC2、UH2区进行模式切换，切换至小排量比模式，然后再进入UC1、UH1区域；
当环境温度或室内机负荷改变后，再次判断是否仍处于原运行区域，若是，则继续小排量比模式，若否，则进入UC2、UH2区进行模式切换，切换至大排量比模式。
本发明提供的一种变排量比双级压缩空调系统及其控制方法具有如下有益效果：
1.通过本发明的变排量比双级压缩空调系统及其控制方法，能够通过控制变容管路引入高压压力或低压压力达到对排量比的切换控制，并且能够根据室内机能力需求及整机负荷进而通过上述手段对其排量比进行切换控制，使得空调系统在负载过小时运行大排量模式、负载过大时运行小排量模式，使得系统的运行效率达到最高，从而解决了在负载过小或过大时存在的经济性差的技术问题；
2.通过本发明的变排量比双级压缩空调系统及其控制方法，通过采用了双模态等价频率切换方式对运行区域间进行切换，能够有效地保证切换过程平稳顺畅，防止了由于室内机负荷可能会经常改变导致排量比需来回切换，进而导致排量比切换前后由于排量突变，而容易出现的压缩机负载突变、驱动干扰过大等导致的系统运行不稳定的现象，从而有效地提升了压缩机的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的变排量比双级压缩空调系统的结构示意图；
图2是本发明的变排量比双级压缩空调系统的压缩机部分的结构示意图；
图3是本发明的变排量比双级压缩空调系统的制冷运行范围及排量比控制图；
图4是本发明的变排量比双级压缩空调系统的制热运行范围及排量比控制图；
图5是本发明的双模态等价频率的控制图；
图6是本发明的制冷状态下大小排量比运行模式切换控制图。
图中附图标记表示为：
1—双级压缩机，2—低压吸气管路，3—高压排气管路，4—变容管路，5—第一支路，6—第二支路，7—第一电磁阀，8—第二电磁阀，9—补气管路，10—气液分离器，11—闪蒸器。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供一种变排量比双级压缩空调系统，其包括排量比可变的双级压缩机1，在所述压缩机上连接设置有低压吸气管路2、高压排气管路3、补气管路9和变容管路4，所述变容管路4能通过引入高压压力使得双级压缩机的低压级双气缸运行，通过引入低压压力使得双级压缩机的低压级单气缸运行(机械式切换的变排量比双级压缩机，可以通过压力进行气缸切换)。
通过本发明的变排量比双级压缩空调系统及其控制方法，能够通过控制变容管路引入高压压力或低压压力达到对排量比的切换控制，并且能够根据室内机能力需求及整机负荷进而通过上述手段对其排量比进行切换控制，使得空调系统在负载过小时运行大排量模式、负载过大时运行小排量模式，使得系统的运行效率达到最高，从而解决了在负载过小或过大时存在的经济性差的技术问题；同时在低温环境下采用小排量比的双级压缩方式可以大大提高系统的制热能力同时缩短化霜时间，从而提高用户使用的舒适性。
优选地，还设置有第一支路5，所述变容管路4通过第一支路5连接至所述压缩机的低压吸气管路1。这是对变容管路引入低压压力的具体结构形式，通过将压缩机低压吸气管路中低压压力通过第一支路引入到变容管路中，能够将低压压力引入到压缩机中，从而为压缩机切换至低压级单气缸运行提供条件。
优选地，还设置有第二支路6，所述变容管路4通过第二支路6连接至所述压缩机的高压排气管路3。这是对变容管路引入高压压力的具体结构形式，通过将压缩机高压排气管路中高压压力通过第二支路引入到变容管路中，能够将高压压力引入到压缩机中，从而为压缩机切换至低压级双气缸运行提供条件。
优选地，所述第一支路5和所述第二支路6汇合至所述变容管路4处。这是第一和第二支路连接至变容管路的具体和优选的连接方式，这样能够使得变容管路能够从第一支路或第二支路中引入压力而对压缩机的排量比模式进行切换控制。
优选地，所述第一支路5上设置有第一电磁阀7；和/或，所述第二支路6上设置有第二电磁阀8。通过第一电磁阀和第二电磁阀的结构形式能够有效地分别对第一支路和第二支路进行开或断的控制。
优选地，还包括用于检测室外环境温度的温度检测装置和用于检测空调室内机负荷的负荷检测装置(优选为室内机能力代码识别装置，对于分体机，内机容量是不变的所以能力代码是固定的；对于多联机，识别内机开关状态，计算所开的内机的总容量，所开内机的总容量即为室内机负荷。)。通过检测室外环境温度的温度检测装置和检测空调室内机负荷的负荷检测装置，能够对空调系统所处的运行区域进行判断和确定，进而针对系统稳定时，将排量比模式进行调节和切换，以使得系统的能效达到最高，经济性达到最大，并且还为系统在区域之间切换时及时检测所处区域位置提供了条件。
备注：图2中的与压缩机1相连的管路上设置的圆柱体结构为气分。
如图3-6所示，本发明还提供一种变排量比双级压缩空调系统的控制方法，其使用前述的变排量比双级压缩空调系统，根据不同的室内机能力需求及整机负荷对其排量比进行切换控制。通过本发明的变排量比双级压缩空调系统的控制方法，能够通过控制变容管路引入高压压力或低压压力(控制与变容管路相连的第一或第二支路)达到对排量比的切换控制，并且能够根据室内机能力需求及整机负荷进而通过上述手段对其排量比进行切换控制，使得空调系统在负载过小时运行大排量模式、负载过大时运行小排量模式，使得系统的运行效率达到最高，从而解决了在负载过小或过大时存在的经济性差的技术问题；同时在低温环境下采用小排量比的双级压缩方式可以大大提高系统的制热能力同时缩短化霜时间，从而提高用户使用的舒适性。
优选地，控制步骤包括：
1)初始启动步骤；
2)运行区域判定步骤：通过检测室外环境温度及室内机负荷共同进行判定；
3)运行区域切换步骤：采用双模态等价频率切换方式进行运行区域间的平稳切换。
这是本发明的变排量比双级压缩空调系统的控制方法的主要控制步骤，将空调系统通过初始启动步骤实现初始启动，将其通过运行区域判定步骤判定所处的具体的运行区域，然后再通过运行区域切换步骤通过实际的情况及需求和所处的运行区域进行运行区域间的平稳切换。
优选地，所述初始启动步骤包括：在系统具备启动条件时，采用大排量比运行模式进行启动。采用系统在大排量比的运行模式下进行启动的方式，是一种优选的启动模式，因为大排量比的运行模式只需开启低压级的单气缸，因此这种启动方式节省能耗，提高效率。
优选地，所述运行区域判定步骤包括：当系统制冷时，若检测到室外环境温度和室内机负荷均较高，则其位于UC1区域；若检测到室外环境温度和室内机负荷均较低，则其位于UC3区域；若检测到室外环境温度和室内机负荷都相对适中，则其位于UC2区域。这是本发明的排量比双级压缩空调系统在制冷工况下的运行区域的判断步骤，根据上述步骤能够准确地判断出系统运行所处在UC1区域、UC2区域或是UC3区域。具体地：
定义室外环境温度为T和室内机负荷为Q，在T∈[Tc1，Tc2)范围内，Q1＝a1T3+b1T2+c1T+d1为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的一段函数变化线；Q2＝a2T3+b2T2+c2T+d2为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的另一段函数变化线，检测T和Q满足：Q≥Q1时，则判断系统运行位于UC1区域；若Q≤Q2时，判断其位于UC3的区域，Q∈(Q 2,Q1)时，则判断其位于UC2的区域；
其中a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2为常数。
优选地，当系统运行平稳且：
系统位于UC1区域内时，调节压缩机使其位于小排量比模式下(因为UC1区域内的室内机负荷相对较高，则采用小排量比模式使得低压级双气缸运行能够有效地满足工况的需求，提供能效)；
系统位于UC3区域内时，调节压缩机使其位于大排量比模式下(因为UC3区域内的室内机负荷相对较低，则采用大排量比模式使得低压级单气缸运行能够有效地满足工况的需求，提供能效)；
系统位于UC2区域内时，维持原有运行模式。即不对压缩机的排量比做切换调节动作。
这是在空调系统运行平稳状态下的具体调控方法，在各个不同的区域内调节切换所述压缩机的排量比位于上述指定的模式下，能够有效使得整个系统的运行效率较高。
优选地，所述运行区域判定步骤包括：当系统制热时，若检测到室外环境温度较低、室内机负荷较高，则其位于UH1区域；若检测到室外环境温度较高、室内机负荷较低，则其位于UH3区域；若检测到室外环境温度和室内机负荷都相对适中，则其位于UH2区域。这是本发明的排量比双级压缩空调系统在制热工况下的运行区域的判断步骤，根据上述步骤能够准确地判断出系统运行所处在UH1区域、UH2区域或是UH3区域。具体地：
定义室外环境温度为T和室内机负荷为Q，在T∈[Th1，Th2)范围内，Q3＝a3T3+b3T2+c3T+d3为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的一段函数变化线；Q4＝a4T3+b4T2+c4T+d4为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的另一段函数变化线，检测T和Q满足：Q≥Q3时，则判断系统运行位于UH1区域；若Q≤Q4时，判断其位于UH3的区域，Q∈(Q 4,Q3)时，则判断其位于UH2的区域；
其中a3、a4、b3、b4、c3、c4、d3、d4为常数。
优选地，当系统运行平稳且：
系统位于UH1区域内时，调节压缩机使其位于小排量比模式下；
系统位于UH3区域内时，调节压缩机使其位于大排量比模式下；
系统位于UH2区域内时，维持原有运行模式。即不对压缩机的排量比做切换调节动作。
这是在空调系统运行平稳状态下的具体调控方法，在各个不同的区域内调节切换所述压缩机的排量比位于上述指定的模式下，能够有效地使得整个系统的运行效率较高。
优选地，所述双模态等价频率切换方式包括(1)设定步骤：根据压缩机排量设定全频率段的等价运行频率P1～Pn，如图5所示。以等价运行频率为依据，并分别设置对应的大排量比模式运行频率a1～bn和小排量比模式运行频率c1～dn，在中间频率段对应的运行区域(UC2或UH2)中，大排量比模式频率b1～bn和小排量比模式频率c1～cn设定成部分重合。通过上述的双模态等价频率切换中的等价频率的设定步骤，能够有效地使得系统在UC2或UH2区域进行频率的等价转换，进而进行大排量比模式和小排比模式的自由切换。
优选地，所述双模态等价频率切换方式还包括(2)执行步骤：当初始运行区域处在UC2、UC3、UH2和UH3时，维持大排量比模式，
当环境温度或室内机负荷改变后，再次判断是否仍处于原运行区域，若是，则继续大排量比模式，若否，则进入UC2、UH2区进行模式切换，切换至小排量比模式。
这是系统初始运行区域处于UC2\UC3\UH2\UH3时的双模态等价频率切换的具体执行方式，能够有效地执行模式之间平稳切换的目的和效果，防止了由于室内机负荷可能会经常改变导致排量比需来回切换，进而导致排量比切换前后由于排量突变，而容易出现的压缩机负载突变、驱动干扰过大等导致的系统运行不稳定的现象，从而有效地提升了压缩机的使用寿命。
优选地，所述双模态等价频率切换方式还包括(2)执行步骤：当初始运行区域处在UC1和UH1时，进入UC2、UH2区进行模式切换，切换至小排量比模式，然后再进入UC1、UH1区域；
当环境温度或室内机负荷改变后，再次判断是否仍处于原运行区域，若是，则继续小排量比模式，若否，则进入UC2、UH2区进行模式切换，切换至大排量比模式。
这是系统初始运行区域处于UC1\UH1时的双模态等价频率切换的具体执行方式，由于初始处于UC1\UH1区域，而上述区域适应于小排量比模式运行，于是需要调节排量比模式进行切换，通过上述切换执行步骤能够有效地执行模式之间平稳切换的目的和效果，防止了由于室内机负荷可能会经常改变导致排量比需来回切换，进而导致排量比切换前后由于排量突变，而容易出现的压缩机负载突变、驱动干扰过大等导致的系统运行不稳定的现象，从而有效地提升了压缩机的使用寿命。
下面介绍一下本发明的工作原理和优选实施例
本发明采用一种可变容的双级压缩机，此双级压缩机有两种不同的排量比。研究和试验表明，多联机系统在能力需求较低时或负载较小时采用大排量比的双级压缩方式系统能效较高，反之在能力需求较高或负载较大时采用小排量比的双级压缩方式系统能效较高，因此这种排量比可变的双级压缩系统可以解决多联机系统在负载过小或过大时的经济性差的问题，同时在低温环境下采用小排量比的双级压缩方式可以大大提高系统的制热能力同时缩短化霜时间，从而提高用户使用的舒适性；
排量比切换前后由于排量突变，容易出现压缩机负载突变、驱动干扰过大等导致的系统运行不稳定现象。为避免此等不良现象，发明了一种双模态等价频率的控制技术，即保持负载相近的情况下设计出两种模式等价切换的最佳路径，实现了大排量比双级压缩运行模式和小排量比双级压缩运行模式的平稳切换，保证了两种模态切换前后系统运行的稳定性。
通过第一电磁阀7和第二电磁阀8的控制可实现双级压缩机的高低压级排量比变化。本发明采用一种排量比可变的双级压缩机，该压缩机具有两种不同的排量比，假设排量比分别为a和b(其中a>b)，排量比等于高压级气缸有效容积除以低压级气缸有效容积，本发明采用的压缩机的低压级采用两个并联的气缸，低压级可实现单气缸运行和双气缸并联运行。当低压级单气缸运行时，低压级有效容积较小，此时排量比为a，即为大排量比双级压缩运行模式；当低压级双气缸运行时，低压级有效容积较大，此时排量比为b，即为小排量比双级压缩运行模式。低压级两个气缸的运行状态通过变容管侧的压力进行控制，分别从系统高压侧和低压侧引出压力管连接压缩机变容管，并分别采用第二电磁阀8和第一电磁阀7控制变容管侧的压力。压缩机两种模式下的电磁阀SV2和SV1的控制状态如下：
表1双级压缩机模式的切换
第一电磁阀7和第二电磁阀8的开启和关闭控制，则根据室内机能力需求及整机负载的情况而定。其控制方式如下。
制冷运行：
图3是机组制冷运行范围及排量比控制图，其中横坐标为制冷运行时室外环境温度，纵坐标为室内机负荷率。
假定机组制冷运行室外环境温度范围为Tc1～Tc2，制冷室内机负荷范围是Qc1～Qc2，及如图3中虚线框所示，直线A1-B1-C1-D1和A2-B2-C2-D2将机组运行范围分为UC1、UC2和UC3三个区域。UC3区域的室外环境温度相对较低、室内机负荷率相对较低，此时压缩机负载较小，采用大排量比双级压缩运行模式系统运行效率较高；UC1区域的室外环境温度相对较高、室内机负荷率相对较高，此时压缩机负载较大，更适合采用小排量比双级压缩运行模式；而在UC2区域，室外环境温度和室内机负荷相对适中，压缩机负载适中，因此同时适用于大排量比和小排量比两种双级压缩运行模式。而且UC2区域的设置，有利于压缩机进行大排量比和小排量比的切换。
制冷运行中，图中UC1属于整机高负载区域，整机负载通过环境温度和室内机负荷率两个维度衡量。当两个都大时，整机负载肯定大，当室外环境温度较高时，即使室内机负荷率较低，整机负载仍然较大；同理，当室内机负荷率较高(如当多联机组中的内机全开或所开容量超过90％时)，即使环境温度较低，整机负载仍然较大。简单说，室内机负荷率和环境温度两个维度，当其中一个高于或低于一定范围时，另一个维度的影响就会减小。
虽然在某个特定的环境温度及室内机负荷下机组的运行状态是确定的，但对于多联机等机组，室内机负荷可能会经常改变，这样就会导致排量比需来回切换，而排量比切换前后由于排量突变，容易出现压缩机负载突变、驱动干扰过大等导致的系统运行不稳定现象，从而可能缩短压缩机的使用寿命。为避免此等不良现象，本方案发明了一种双模态等价频率的控制技术，即保持负载相近的情况下设计出两种模式等价切换的最佳路径，实现了大排量比双级压缩运行模式和小排量比双级压缩运行模式的平稳切换，保证了两种模态切换前后系统运行的稳定性。具体方案如下(下文大排量比双级压缩运行模式简称为大排量比模式，小排量比双级压缩运行模式简称为小排量比模式)：
1、根据压缩机排量设计了全频率段的等价运行频率P1、P2～Pn，如图5所示。以等价运行频率为依据，分别设置了对应的大排量比模式运行频率(a1～bn)和小排量比模式运行频率(c1～dn)，在中间频率段对应的UC2运行区域中，设计部分重合的大排量比模式频率(b1～bn)和小排量比模式频率(c1～cn)，在UC2区域可进行大排量比模式和小排比模式的自由切换。
2、当从UC3进入UC2区域时，可以维持原有的大排量比模式再进行升频，即频率从an升至b1～bn区间；同样的，当从UC1进入UC2区域时，也可以维持原有的小排量比模式再进行降频，即频率从d1降至c1～cn区间；当从UC1进入UC3区域时，先在UC2区域进行模态等价频率切换，即先从大排量比模式切换到小排量比模式，然后进入UC3区域；同样的，当从UC3进入UC1区域时，先在UC2区域进行模态等价频率切换，即从小排量比模式切换到大排量比模式，然后进入UC1区域。具体控制方式如图6所示。
3、机组获得启动信号后，首先以负载较小的大排量比模式启动，然后根据温度检测及内机能力需求判定结果确定机组稳定时运行状态，当需要进行模式切换时，则在UC2区域进行等价运行频率切换。当不需要切换模式时，则维持原有模式进行升降频控制。
制热运行：
图4是机组制热运行范围及变容控制图，其中横坐标为制冷运行时室外环境温度，纵坐标为室内机负荷率。
假定机组制热运行室外环境温度及负荷范围如图4中虚线框，直线E1-F1-G1-H1和E2-F2-G2-H2将机组运行范围分为UH1、UH2和UH3三个区域，UH3区域的室外环境温度相对较高、室内机负荷率相对较低，此时压缩机负载较小，采用大排量比双级压缩运行模式系统运行效率较高；UH1区域的室外环境温度相对较低、室内机负荷率相对较高，此时压缩机负载较大，采用小排量比双级压缩运行模式系统运行效率较高；而在UH2区域，室外环境温度和室内机负荷相对适中，压缩机负载适中，因此同时适用于大排量比和小排量比两种双级压缩运行模式。而且UH2区域的设置，有利于压缩机进行大排量比和小排量比的切换。同制冷工况控制类似，压缩机运行模式和频率控制以及模式切换控制采用双模态等价频率的控制技术，以解决制热工况下排量比的突变导致的压缩机负载突变、系统运行不稳定等问题。
制热运行中，图中UH1属于整机高负载区域，整机负载通过环境温度和室内机负荷率两个维度衡量。当室外环境温度较高时，或室内机负荷率较低，整机负载均较小；同理，当室内机负荷率较高(如当多联机组中的内机全开或所开容量超过90％时)，或环境温度较低，整机负载均较大。简单说，室内机负荷率和环境温度两个维度，当其中一个高于或低于一定范围时，另一个维度的影响会减小。
本发明创造了高低压级排量比变化的双级压缩热泵系统及其控制方法，通过对系统运行参数进行实时检测，智能判断空调运行状态并对压缩机运行模式进行自适应调节，在保证可靠运行的情况下实现了系统能效最优化。同时为避免系统进行模式切换时出现压力剧烈波动、压缩机负载突变等现象，创新性地提出等价频率控制技术，实现了大排量比运行模式和小排量比运行模式的平稳切换，保证了切换前后系统运行的稳定性。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种变排量比双级压缩空调系统，其特征在于：包括排量比可变的双级压缩机(1)，在所述压缩机上连接设置有低压吸气管路(2)、高压排气管路(3)和变容管路(4)，所述变容管路(4)能通过引入高压排气管路的高压压力使得所述双级压缩机(1)的低压级双气缸运行，通过引入低压吸气管路的低压压力使得所述双级压缩机(1)的低压级单气缸运行。
2.根据权利要求1所述的变排量比双级压缩空调系统，其特征在于：还设置有第一支路(5)，所述变容管路(4)通过第一支路(5)连接至所述压缩机的低压吸气管路(1)。
3.根据权利要求2所述的变排量比双级压缩空调系统，其特征在于：还设置有第二支路(6)，所述变容管路(4)通过第二支路(6)连接至所述压缩机的高压排气管路(3)。
4.根据权利要求3所述的变排量比双级压缩空调系统，其特征在于：所述第一支路(5)和所述第二支路(6)汇合至所述变容管路(4)处。
5.根据权利要求3-4之一所述的变排量比双级压缩空调系统，其特征在于：所述第一支路(5)上设置有第一电磁阀(7)；和/或，所述第二支路(6)上设置有第二电磁阀(8)。
6.根据权利要求1-5之一所述的变排量比双级压缩空调系统，其特征在于：还包括用于检测室外环境温度的温度检测装置和/或用于检测空调室内机负荷的负荷检测装置。
7.一种变排量比双级压缩空调系统的控制方法，其特征在于：使用权利要求1-6之一所述的变排量比双级压缩空调系统，根据不同的室内机能力需求及整机负荷对其排量比进行切换控制。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：控制步骤包括：
1)初始启动步骤：在系统具备启动条件时，采用大排量比运行模式进行启动；
2)运行区域判定步骤：
3)运行区域切换步骤：采用双模态等价频率切换方式进行运行区域间的平稳切换。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：当系统包括温度检测装置和负荷检测装置时，所述运行区域的判定步骤为：通过检测室外环境温度及室内机负荷共同进行判定。
10.根据权利要求8-9之一所述的控制方法，其特征在于：所述运行区域判定步骤包括：当系统制冷时，定义室外环境温度为T和室内机负荷为Q，若在T∈[Tc1，Tc2)范围内，Q1＝a1T3+b1T2+c1T+d1为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的一段函数变化线；Q2＝a2T3+b2T2+c2T+d2为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的另一段函数变化线，检测T和Q满足：Q≥Q1时，则判断系统运行位于UC1区域；若Q≤Q2时，判断其位于UC3的区域，Q∈(Q 2,Q1)时，则判断其位于UC2的区域；
其中a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2为常数。
11.根据权利要求8-10之一所述的控制方法，其特征在于：所述运行区域判定步骤包括：当系统制热时，定义室外环境温度为T和室内机负荷为Q，若在T∈[Th1，Th2)范围内，Q3＝a3T3+b3T2+c3T+d3为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的一段函数变化线；Q4＝a4T3+b4T2+c4T+d4为在Q、T围成的二维坐标函数里相接的另一段函数变化线，检测T和Q满足：Q≥Q3时，则判断系统运行位于UH1区域；若Q≤Q4时，判断其位于UH3的区域，Q∈(Q 4,Q3)时，则判断其位于UH2的区域；
其中a3、a4、b3、b4、c3、c4、d3、d4为常数。
12.根据权利要求8-11之一所述的控制方法，其特征在于：所述双模态等价频率切换方式包括(1)设定步骤：根据压缩机排量设定全频率段的等价运行频率P1～Pn，并分别设置对应的大排量比模式运行频率a1～bn和小排量比模式运行频率c1～dn，在中间频率段对应的运行区域中，大排量比模式频率b1～bn和小排量比模式频率c1～cn设定成部分重合。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于：所述双模态等价频率切换方式还包括(2)执行步骤：当初始运行区域处在UC2、UC3、UH2和UH3时，维持大排量比模式，
当环境温度或室内机负荷改变后，再次判断是否仍处于原运行区域，若是，则继续大排量比模式，若否，则进入UC2、UH2区进行模式切换，切换至小排量比模式。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于：所述双模态等价频率切换方式还包括(2)执行步骤：当初始运行区域处在UC1和UH1时，进入UC2、UH2区进行模式切换，切换至小排量比模式，然后再进入UC1、UH1区域；
当环境温度或室内机负荷改变后，再次判断是否仍处于原运行区域，若是，则继续小排量比模式，若否，则进入UC2、UH2区进行模式切换，切换至大排量比模式。
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