CN107560255A - 热泵机组及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵机组及其控制方法。该热泵机组的控制方法包括：在热泵系统控制压缩机进行回油时，热泵系统根据换热部当前的目标出水温度的高低选择不同控制方式对压缩机进行控制，在第一控制方式下，直接将压缩机的频率升至第一频率，并按第一频率持续运行直至回油过程结束；在第二控制方式下，首先控制压缩机停机一段时间之后，重新启动压缩机并控制压缩机运行至第二频率，然后控制压缩机按第二频率持续运行直至回油过程结束。本发明提供的热泵机组在压缩机进行回油时，能够根据目标出水温度的高低来选择不同的控制方法控制压缩机，从而在进行压缩机回油的过程中既能够保证机组能效，又能够减小室内温度的波动，提高用户的使用舒适度。

Description

热泵机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及热泵领域，具体涉及一种热泵机组及其控制方法。

背景技术

近年来我国中部及北方地区，每年都要消耗大量的一次能源(煤炭)来供暖，加上全球环境不断恶化，造成北方环境恶劣，频繁出现雾霾、沙尘暴等恶劣天气，为改善环境，北方各地区均在实施煤改电工程。空气源热泵(ASHP)作为“煤改电”工程建设的绿色建筑技术，适合我国寒冷和夏热冬冷地区采暖应用，通过空调节能实现建筑节能，是解决能源紧缺问题的有效途径。

空气源热泵主要是指以水作为传热媒介的户式中央空调，包含空气源热泵主机、内机、水系统、散热末端四个部分。其中，空气源热泵主机包括有压缩机，压缩机在运行一段时间后需要进行回油，以将压缩机排气时带出的冷冻油带回到压缩机内，保证空气源热泵主机的正常运行。现有的空气源热泵在压缩机进行回油时存在着能效低、室内环境温度波动较大、使用舒适度差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种压缩机回油过程中能够兼顾能效和舒适性的热泵机组的控制方法及热泵机组。

为达到上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种热泵机组的控制方法，所述热泵机组包括热泵系统和水循环管路，所述热泵系统的冷媒流路上设置有压缩机、第一换热器和第二换热器，所述水循环管路包括用于与所述第一换热器进行换热的换热部，所述控制方法包括：

在所述热泵机组运行制热模式时，所述第一换热器为冷凝器，在所述热泵系统控制所述压缩机进行回油时，所述热泵系统根据所述换热部当前的目标出水温度的高低选择按第一控制方式或第二控制方式对所述压缩机进行控制，

其中，在所述第一控制方式下，直接将压缩机的频率升至第一频率，并按所述第一频率持续运行直至回油过程结束；

在所述第二控制方式下，首先控制压缩机停机一段时间之后，重新启动所述压缩机并控制所述压缩机运行至第二频率，然后控制所述压缩机按所述第二频率持续运行直至回油过程结束。

优选地，所述一段时间为由所述压缩机停机时至所述换热部当前的出水温度≤所述目标出水温度-温差Δt时之间的时间段，所述温差Δt>0。

优选地，所述温差Δt的范围为5℃至9℃，优选为7℃。

优选地，预设有参考温度值t₁；

当所述当前的目标出水温度小于或等于所述参考温度值t₁时，所述热泵系统选择按所述第一控制方式对所述压缩机进行控制；

和/或，

当所述当前的目标出水温度大于所述参考温度值t₁时，所述热泵系统选择按所述第二控制方式对所述压缩机进行控制。

优选地，所述参考温度值t₁的范围为20℃至60℃，优选为40℃。

优选地，在所述第一控制方式下，所述压缩机回油过程结束的条件为，所述压缩机按所述第一频率持续运行第一预定时间；

和/或，

在所述第二控制方式下，所述压缩机回油过程结束的条件为，所述压缩机按所述第二频率持续运行第二预定时间。

优选地，所述第一频率的范围为40Hz至80Hz，优选为60Hz；

和/或，

所述第一预定时间为3至5min，优选为4min；

和/或，

所述第二频率的范围为40Hz至80Hz，优选为60Hz；

和/或，

所述第二预定时间为3至5min，优选为4min。

优选地，所述热泵系统按所述第一控制方式进行控制时，当回油过程结束之后进入调整阶段，在所述调整阶段，所述压缩机按最低频率运行，和/或，所述热泵系统屏蔽防过热保护条件。

优选地，所述热泵系统进入调整阶段后，检测所述换热部当前的出水温度，当所述当前的出水温度≤目标出水温度+过热温度偏差t₂时，所述热泵系统返回到常规的制热模式。

优选地，所述过热温度偏差t₂的范围为1℃至3℃，优选为2℃。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种热泵机组，采用如上所述的控制方法进行控制。

本发明提供的热泵机组在压缩机进行回油时，能够根据目标出水温度的高低来选择不同的控制方法控制压缩机，从而在进行压缩机回油的过程中既能够保证机组能效，又能够减小室内温度的波动，提高用户的使用舒适度。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明具体实施方式提供的热泵机组的结构示意图；

图2示出采用第一控制方式时的出水温度变化示意图；

图3示出采用第二控制方式时的出水温度变化示意图；

图4示出本发明具体实施方式提供的热泵机组的控制方法流程图。

图中，1、空气源热泵主机；2、水循环管路；3、末端设备；4、出水口；5、出水管道；6、温度检测装置；7、辅助加热装置。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

本申请提供了一种热泵机组及其控制方法，如图1所示，该热泵机组包括空气源热泵主机1、水循环管路2以及末端设备3(例如为地板内的盘管)，空气源热泵主机1内设置有热泵系统，热泵系统包括有压缩机、第一换热器和第二换热器，压缩机、第一换热器和第二换热器经管路连接形成冷媒的循环回路。其中，当热泵运行制冷模式时，第一换热器为蒸发器，第二换热器为冷凝器，当热泵运行制热模式时，第一换热器为冷凝器，第二换热器为蒸发器。末端设备3与水循环管路2相连，水循环管路2包括用于与第一换热器进行换热的换热部，进入换热部的水能够与第一换热器换热，换热后的水进入末端设备3，通过末端设备3与室内空气进行换热，以实现对室内环境的制冷或者制热。换热部的出水口4连接出水管道5，出水管道5上设置有温度检测装置6，用于检测出水管道5内的水温，以反映换热部的出水温度。出水管道5上还设置有辅助加热装置7，用于在需要时对经换热部换热后流出的水进行辅助加热。

在热泵系统运行制热时，压缩机工作一段时间后需要进行回油，在压缩机进行回油时，热泵系统对压缩机具有两种控制方式，分别为第一控制方式和第二控制方式。在第一控制方式下，为保证压缩机能够顺利回油，压缩机直接升频并持续运行一段时间直至回油过程结束，当热泵系统采用这种不停机的控制方式进行回油时，由于压缩机的频率直接升高到较高值，因此会造成实际的出水温度比原本的目标出水温度高出很多，相对于压缩机来说，会导致高压压力增大，压缩机做功增多，在目标出水温度较低时，由于水温拉高后高压增多引起压缩机做功增多不明显，因此能效降低趋势不明显，而在目标出水温度较高时，由于水温拉高后高压增多引起压缩机做功增多非常明显，从而导致能效有很明显的降低。采用第一控制方式进行回油时，出水温度的变化如图2所示，箭头所指位置为压缩机进行回油时的位置。

在第二控制方式下，压缩机首先停机一段时间，使得出水温度降低，然后压缩机重新启动并以高于正常运行时的频率运行一段时间直至回油过程结束，此回油过程的综合平均出水温度低于目标出水温度，能效较高，但在目标出水温度较低时，总体的水循环管路的水温都相对较低，即使在进行压缩机回油时水温上升，上升的温度也有限，由于末端设备通常为基于温差进行传热，在目标出水温度较低的情况下采用第二控制方式进行回油时，导致出水温度与房间的温差小，导致换热差甚至无法换热的情况，造成室内环境温度波动大，影响用户的使用舒适性。而在目标出水温度较高的情况下，采用第二控制方式能效较高，虽然牺牲了部分换热能力，但室内环境温度波动较小。采用第二控制方式进行回油时，出水温度的变化如图3所示，箭头所指位置为压缩机进行回油时的位置。

经过上述分析，本申请提供了一种热泵机组的控制方法，在所述热泵机组运行制热模式时，当压缩机进行回油时，热泵系统根据换热部当前的目标出水温度(此时的目标出水温度反映的换热部的出水温度，由于实时的出水温度会产生波动，因此将目标出水温度作为判断标准)的高低选择按第一控制方式或第二控制方式对压缩机进行控制，当当前的目标出水温度较低时，采用第一控制方式进行控制，而当当前的目标出水温度较高时，采用第二控制方式进行控制。其中，在第一控制方式下，将压缩机的频率直接升至第一频率，并按第一频率持续运行直至退出第一控制方式；在第二控制方式下，首先控制压缩机停机一段时间之后，重新启动压缩机并控制压缩机运行至第二频率，然后控制压缩机按第二频率持续运行直至回油过程结束，第二频率高于热泵机组运行制热模式时的压缩机频率，可以与第一频率相等，也可以不相等。

其中的一段时间可以为预定的时间，也可以为由压缩机停机时至换热部当前的出水温度≤所述目标出水温度-温差Δt时之间的时间段，即，当换热部当前的出水温度≤目标出水温度-温差Δt，温差Δt>0时，即出水温度降低到一定程度时即可将压缩机重新启动，温差Δt的范围为5℃至9℃，优选为7℃，这种控制方式能够实现更精确的控制。

第一频率和第二频率的确定可根据具体的压缩机类型、规格型号以及回油需求进行设定，例如，在一个具体的实施例中，第一频率的范围为40Hz至80Hz，优选为60Hz；第二频率的范围为40Hz至80Hz，优选为60Hz。

优选地，预设有参考温度值t₁，如图4所示，当压缩机需要进行回油时，若目标出水温度小于或等于参考温度值t₁，说明目标出水温度较低，热泵系统选择按第一控制方式进行控制；若目标出水温度大于参考温度值t₁，说明目标出水温度较高，热泵系统选择按第二控制方式进行控制。

参考温度值t₁可根据具体的热泵系统进行设定，例如通过建立数学模型进行计算，或者通过模拟仿真的方法确定，例如，在一个具体的实施例中，参考温度值t₁的范围为20℃至60℃，优选为40℃。

进一步优选地，将压缩机高频运行的时间作为退出回油的判断依据，即，在第一控制方式，压缩机按第一频率持续运行第一预定时间后结束回油；在第二控制方式，压缩机按第二频率持续运行第二预定时间后结束回油。其中，第一预定时间、第二预定时间可根据具体的压缩机类型、规格型号以及回油需求进行设定，在一个具体的实施例中，第一预定时间为3至5min，优选为4min，第二预定时间为3至5min，优选为4min。当然，可以理解的是，也可以以其他参数作为退出回油模式的判断依据，例如通过判断系统压力的方式、判断出水温度的方式等等。

当采用第一控制方式进行控制时，会造成实际的出水温度比原本的目标出水温度高出很多的问题，因此，采用该控制方式进行控制时回油过程结束后，系统容易出现由于实际出水温度过高而引起的过热停机保护的问题，针对这一问题，优选地，热泵系统按第一控制方式进行控制时，回油过程结束之后进入调整阶段，在调整阶段，压缩机按最低频率运行，和/或，热泵系统屏蔽防过热保护条件，压缩机按最低频率运行目的是为了让出水温度能够快速降低到接近目标出水温度的水平，屏蔽防过热保护条件目的是为了避免系统出现过热停机保护的问题。其中，最低频率为压缩机自身的固有设计，不同型号的压缩机其最低频率也不尽相同，例如，最低频率在15Hz至30Hz的范围内。防过热保护条件为热泵机组为避免系统过热影响正常运行而设置的保护措施，即当出水水温达到或高于某一温度(例如2℃)时，将整机停机。

当实际出水温度降低一定程度后，热泵系统即可退出调整阶段，返回到正常的制热模式并进行正常的防过热保护。可以将压缩机按最低频率运行的时间作为退出调整阶段的判断依据，例如当压缩机按最低频率运行一段时间后退出调整阶段。在优选的实施例中，将实际的出水温度作为退出调整阶段的判断依据，具体地，热泵系统进入调整阶段后，检测换热部当前的出水温度，当当前的出水温度≤目标出水温度+过热温度偏差t₂时，热泵系统返回到常规的制热模式。过热温度偏差t₂的范围为1℃至3℃，优选为2℃。

下面给出一个热泵机组控制方法的具体实施例：

当回油条件(例如压缩机开机运行一段时间)达到且目标出水温度≤40℃时，采用第一控制方式进行控制：

1)压缩机升频至60Hz；

2)压缩机维持上述频率连续运行4min；

3)退出回油模式并持续屏蔽防过热保护条件，压缩机按照最低频率运行，当当前的出水温度≤目标出水温度+2℃时；压缩机频率按照正常需求计算调节，防过热保护条件正常检测。

当回油条件达到且目标出水温度＞40℃时，采用第二控制方式进行控制：

1)压缩机停机；

2)待当前的出水温度≤目标出水温度-7℃，压缩机启动运行至60Hz；

3)压缩机维持上述频率连续运行4min；

4)回油过程结束。

本发明提供的热泵机组在压缩机进行回油时，能够根据目标出水温度的高低来选择不同的控制方法控制压缩机，从而在进行压缩机回油的过程中既能够保证机组能效，又能够减小室内温度的波动，提高用户的使用舒适度。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种热泵机组的控制方法，所述热泵机组包括热泵系统和水循环管路，所述热泵系统的冷媒流路上设置有压缩机、第一换热器和第二换热器，所述水循环管路包括用于与所述第一换热器进行换热的换热部，其特征在于，所述控制方法包括：

在所述热泵机组运行制热模式时，所述第一换热器为冷凝器，在所述热泵系统控制所述压缩机进行回油时，所述热泵系统根据所述换热部当前的目标出水温度的高低选择按第一控制方式或第二控制方式对所述压缩机进行控制，

其中，在所述第一控制方式下，直接将压缩机的频率升至第一频率，并按所述第一频率持续运行直至回油过程结束；

在所述第二控制方式下，首先控制压缩机停机一段时间之后，重新启动所述压缩机并控制所述压缩机运行至第二频率，然后控制所述压缩机按所述第二频率持续运行直至回油过程结束。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述一段时间为由所述压缩机停机时至所述换热部当前的出水温度≤所述目标出水温度-温差Δt时之间的时间段，所述温差Δt>0。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述温差Δt的范围为5℃至9℃，优选为7℃。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，预设有参考温度值t₁；

当所述当前的目标出水温度小于或等于所述参考温度值t₁时，所述热泵系统选择按所述第一控制方式对所述压缩机进行控制；

和/或，

当所述当前的目标出水温度大于所述参考温度值t₁时，所述热泵系统选择按所述第二控制方式对所述压缩机进行控制。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述参考温度值t₁的范围为20℃至60℃，优选为40℃。

6.根据权利要求1至5之一所述的控制方法，其特征在于，在所述第一控制方式下，所述压缩机回油过程结束的条件为，所述压缩机按所述第一频率持续运行第一预定时间；

和/或，

在所述第二控制方式下，所述压缩机回油过程结束的条件为，所述压缩机按所述第二频率持续运行第二预定时间。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述第一频率的范围为40Hz至80Hz，优选为60Hz；

和/或，

所述第一预定时间为3至5min，优选为4min；

和/或，

所述第二频率的范围为40Hz至80Hz，优选为60Hz；

和/或，

所述第二预定时间为3至5min，优选为4min。

8.根据权利要求1至5之一所述的控制方法，其特征在于，所述热泵系统按所述第一控制方式进行控制时，当回油过程结束之后进入调整阶段，在所述调整阶段，所述压缩机按最低频率运行，和/或，所述热泵系统屏蔽防过热保护条件。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述热泵系统进入调整阶段后，检测所述换热部当前的出水温度，当所述当前的出水温度≤目标出水温度+过热温度偏差t₂时，所述热泵系统返回到常规的制热模式。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述过热温度偏差t₂的范围为1℃至3℃，优选为2℃。

11.一种热泵机组，其特征在于，采用如权利要求1至10之一所述的控制方法进行控制。