CN109539623A - 空调系统及其补气增焓控制方法 - Google Patents

空调系统及其补气增焓控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种空调系统及其补气增焓控制方法。该空调系统的补气增焓控制方法包括：获取压缩机(1)的吸气过热度△T1；判断吸气过热度是否位于预设范围0≤△T1≤d内；当吸气过热度位于预设范围内时，确定目标中间温度Tmo与闪蒸器出液口温度Tm之间的温度差值△T2，其中△T2＝Tm‑Tmo；根据温度差值△T2对空调系统进行控制。根据本发明的空调系统，能够有效提高空调系统运行能效。

Description

空调系统及其补气增焓控制方法
技术领域
本发明属于空调技术领域，具体涉及一种空调系统及其补气增焓控制方法。
背景技术
相对于单级压缩的制冷系统，双级压缩的制冷系统增加了补气增焓的过程，该系统能有效的降低压缩机的压比以及排气温度，避免了压缩机在恶劣工况下出现停机保护。由于系统内冷媒流量与一级节流阀和二级节流阀耦合关联，所以保证补气增焓系统能够以最优性能运行，是目前双级压缩补气增焓系统的控制难点。
现有的技术中，双级压缩补气增焓系统受机组运行频率、室内外环境温度、蒸发温度、冷凝温度等多个因素的影响，存在控制难度大，控制方程复杂以及控制精度低的问题。
目前针对双级压缩补气增焓系统控制精度低，实际运行过程能效较低的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种空调系统及其补气增焓控制方法，能够有效提高空调系统运行能效。
为了解决上述问题，本发明提供一种空调系统，包括压缩机、四通阀、室内换热器、室外换热器、闪蒸器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、除霜感温包、闪蒸器感温包、高压传感器、吸气感温包，第一电子膨胀阀设置在闪蒸器与室内换热器之间的管路上，第二电子膨胀阀设置在闪蒸器与室外换热器之间的管路上，闪蒸器的气体出口通过补气管路连接至压缩机的补气口。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述的空调系统的补气增焓控制方法，包括：
获取压缩机的吸气过热度△T1；
判断吸气过热度是否位于预设范围0≤△T1≤d内；
当吸气过热度位于预设范围内时，确定目标中间温度Tmo与闪蒸器出液口温度Tm之间的温度差值△T2，其中△T2＝Tm-Tmo；
根据温度差值△T2对空调系统进行控制。
优选地，目标中间温度Tmo由拉塞经验公式法和比例中项公式法计算获得。
优选地，目标中间温度Tmo由如下公式计算获得：
Tmo＝λ*φ*(0.4*Tc+0.6*Te+3)
其中λ表示系统修正系数，范围在0.85～1.15之间，φ表示频率修正系数，Tc表示冷凝温度，Te表示蒸发温度。
优选地，φ由如下公式获得：
φ＝af2+bf+c
其中f为机组运行频率，a、b、c为一元二次方程的系数，通过拟合函数方式获得。
优选地，根据温度差值△T2对空调系统进行控制的步骤包括：
当△T2＜0时，增大第一电子膨胀阀的开度K2，使得K2＝K2+△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机的吸气过热度△T1的步骤。
优选地，根据温度差值△T2对空调系统进行控制的步骤包括：
当△T2＞0时，减小第一电子膨胀阀的开度K2，使得K2＝K2-△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机的吸气过热度△T1的步骤。
优选地，补气增焓控制方法还包括：
当△T1＜0时，减小第二电子膨胀阀的开度K1，使K1＝K1-△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机的吸气过热度△T1的步骤。
优选地，补气增焓控制方法还包括：
当△T1＞d时，加大第二电子膨胀阀的开度K1，使K1＝K1+△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机的吸气过热度△T1的步骤。
优选地，△K为2步。
优选地，获取压缩机的吸气过热度△T1的步骤包括：
获取蒸发温度Te；
获取压缩机的吸气温度T1；
计算吸气过热度△T1，其中△T1＝T1-Te。
本发明提供的补气增焓控制方法，包括：获取压缩机的吸气过热度△T1；判断吸气过热度是否位于预设范围0≤△T1≤d内；当吸气过热度位于预设范围内时，确定目标中间温度Tmo与闪蒸器出液口温度Tm之间的温度差值△T2，其中△T2＝Tm-Tmo；根据温度差值△T2对空调系统进行控制。由于空调系统受压缩机运行频率、环境温度和冷媒迁移等多方面的影响，通过优先控制系统过热度在正常范围，可以避免系统过热度过大，导致排气温度升高、蒸发温度降低，造成压缩机停机保护、外机结霜影响换热效率等问题；也可以变避免系统过热度过小，导致吸气带液，然后控制中间温度向目标温度变化，由于系统冷媒量为定值，在相同环境工况与相同频率下，系统最佳中间温度值是一定的，只需控制系统中间温度值至最佳温度点，并使得吸气过热度在最佳范围内，即可有效的提高机组运行能效，达到节能减排的效果。
附图说明
图1为本发明实施例的空调系统的结构原理图；
图2为本发明实施例的空调系统的补气增焓控制方法的控制原理图；
图3为本发明实施例的空调系统的补气增焓控制方法流程图。
附图标记表示为：
1、压缩机；2、四通阀；3、室内换热器；4、室外换热器；5、闪蒸器；6、气液分离器；7、第一电子膨胀阀；8、第二电子膨胀阀；9、除霜感温包；10、闪蒸器感温包；11、高压传感器；12、补气电磁阀；13、吸气感温包。
具体实施方式
结合参见图1所示，根据本发明的实施例，空调系统包括压缩机1、四通阀2、室内换热器3、室外换热器4、闪蒸器5、第一电子膨胀阀7、第二电子膨胀阀8、除霜感温包9、闪蒸器感温包10、高压传感器11、吸气感温包13，第一电子膨胀阀7设置在闪蒸器5与室内换热器3之间的管路上，第二电子膨胀阀8设置在闪蒸器5与室外换热器4之间的管路上，闪蒸器5的气体出口通过补气管路连接至压缩机1的补气口。
空调系统还包括气液分离器6和补气电磁阀12。
高压传感器11用于检测冷凝压力，置于压缩机排气口处；补气电磁阀12属于二通阀，用于控制压缩机补气管路的通断；除霜感温包9设置在室内换热器3靠近室外换热器4的一端或者设置在室外换热器4靠近室内换热器3的一端，用于检测空调系统的蒸发温度，且位于室外换热器4或者室内换热器3的分液器出来的第一根毛细管处；闪蒸器感温包10位于闪蒸器5流进第二电子膨胀阀8的管路上；或者是位于闪蒸器5流进第一电子膨胀阀7的管路上，也可以在两个位置分别设置一个闪蒸器感温包10，具体需要根据空调系统的工作状态确定。在制热工作时，位于位于闪蒸器5流进第二电子膨胀阀8的管路上的闪蒸器感温包10工作，在制冷工作时，位于闪蒸器5流进第一电子膨胀阀7的管路上的闪蒸器感温包10工作，用于检测流入蒸发器的冷媒在闪蒸之后节流之前的温度。吸气感温包13位于压缩机吸气口处，用于获取压缩机1的吸气温度。
这种带闪蒸器5的双级压缩系统，通过补气增焓的方式，降低压缩机的压比，且结构简单，运行更可靠。
制热模式下，由室外换热器4出来的低温低压的蒸汽经压缩机1低压级吸入，压缩至中间压力后与闪蒸器5出来的气体混合，经压缩机1的高压级压缩至冷凝压力，经过四通阀2进入室内换热器3内换热，变成过冷液体，再通过第一电子膨胀阀7节流成中间压力的气液两相，通过闪蒸器5分离，气体部分回流至压缩机中压腔，液体部分通过第二电子膨胀阀8再次节流成低温低压的两相冷媒，进入室外换热器4，最终回到压缩机1。
制冷模式下，由室内换热器3出来的低温低压的蒸汽经压缩机1低压级吸入，压缩至中间压力后与闪蒸器5出来的气体混合，经压缩机1高压级压缩至冷凝压力，经过四通阀2进入室外换热器4内换热，变成过冷液体，再通过第二电子膨胀阀8节流成中间压力的气液两相，通过闪蒸器5分离，气体部分回流至压缩机中压腔，液体部分通过第一电子膨胀阀7再次节流成低温低压的两相冷媒，进入室内换热器3，最终回到压缩机1。
结合参见图2和图3所示，根据本发明的实施例，上述的空调系统的补气增焓控制方法包括：获取压缩机1的吸气过热度△T1；判断吸气过热度是否位于预设范围0≤△T1≤d内；当吸气过热度位于预设范围内时，确定目标中间温度Tmo与闪蒸器出液口温度Tm之间的温度差值△T2，其中
△T2＝Tm-Tmo；根据温度差值△T2对空调系统进行控制。d例如为3℃。
由于空调系统受压缩机运行频率、环境温度和冷媒迁移等多方面的影响，通过优先控制系统过热度在正常范围，可以避免系统过热度过大，导致排气温度升高、蒸发温度降低，造成压缩机停机保护、外机结霜影响换热效率等问题；也可以变避免系统过热度过小，导致吸气带液，然后控制中间温度向目标温度变化，由于系统冷媒量为定值，在相同环境工况与相同频率下，系统最佳中间温度值是一定的，只需控制系统中间温度值至最佳温度点，并使得吸气过热度在最佳范围内，即可有效的提高机组运行能效，达到节能减排的效果。
目标中间温度Tmo由拉塞经验公式法和比例中项公式法计算获得。通过采用拉塞经验公式法和比例中项公式法计算目标中间温度Tmo，计算的结果比较精确，因此能够有效提高空调系统的控制精度。
目标中间温度Tmo由如下公式计算获得：
Tmo＝λ*φ*(0.4*Tc+0.6*Te+3)；
其中λ表示系统修正系数，随系统压力损失而变化，范围在0.85～1.15之间，φ表示频率修正系数，Tc表示冷凝温度，Te表示蒸发温度。冷凝温度Tc由高压传感器11所获取的冷媒压力值转换获得，Te由除霜感温包9测量获得，Tm有闪蒸器感温包10测量获得，压缩机运行频率f可以由空调系统直接获取。
优选地，φ由如下公式获得：
φ＝af2+bf+c；
其中f为机组运行频率，a、b、c为一元二次方程的系数，通过拟合函数方式获得。
上述的公式采用了拉塞经验公式法，同时引入了以频率为变量的频率修正系数。频率修正系数不能用理论的方法获得，因为有诸多不确定因素，如系统的压降、冷媒种类的不同等；这里通过实验数据，在已知最佳中间温度、频率、冷凝温度、蒸发温度的情况下，通过多组数据拟合出以频率为变量得到频率修正系数的一元二次方程。
最佳中间温度值受系统压缩机运行频率、室内外环境温度、系统本身的压力损失等多方面的影响，要找到实际过程中的最佳中间温度值较为困难，只能一步步修正，并参考拉塞提出的经验公式法以计算出最佳中间温度值。其中系统修正系数λ与频率修正系数φ通过实验获得，相同系统相同模式下系统修正系数λ为定值，范围在0.85～1.15之间；频率修正系数φ也是通过实验方式获得，最终拟合出趋势函数使用一元二次函数即：φ＝af2+bf+c。室内外环境温度直接影响蒸发温度与冷凝温度，在上述表达式中已作为变量，通过排除所有影响因素，最终所获得的最佳中间温度点较为可靠。
由于系统冷媒量为定值，在相同环境工况与相同频率下，系统最佳中间温度值是一定的，只需控制系统中间温度值至最佳温度点，并使得吸气过热度在最佳范围内，即可有效的提高机组运行能效，达到节能减排的效果，因此通过上述的控制方法，可以简化控制逻辑，降低控制难度和控制成本，提高控制精度。
根据温度差值△T2对空调系统进行控制的步骤包括：
当△T2＜0时，增大第一电子膨胀阀7的开度K2，使得K2＝K2+△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机1的吸气过热度△T1的步骤。
一般情况下，电子膨胀阀总开度为480步，通过逐步以较小步数改变电子膨胀阀开度，能够使得系统内冷媒流量平稳变化，提高系统运行的稳定性。
上述的△K例如为2步，也可以为其它步数，例如1步或者3步等。
根据温度差值△T2对空调系统进行控制的步骤包括：
当△T2＞0时，减小第一电子膨胀阀7的开度K2，使得K2＝K2-△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机1的吸气过热度△T1的步骤。
补气增焓控制方法还包括：
当△T1＜0时，减小第二电子膨胀阀8的开度K1，使K1＝K1-△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机1的吸气过热度△T1的步骤。
补气增焓控制方法还包括：
当△T1＞d时，加大第二电子膨胀阀8的开度K1，使K1＝K1+△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机1的吸气过热度△T1的步骤。
获取压缩机1的吸气过热度△T1的步骤包括：
获取蒸发温度Te；
获取压缩机1的吸气温度T1；
计算吸气过热度△T1，其中△T1＝T1-Te。
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。
下面以空调系统制热运行为例对空调系统的补气增焓控制方法进行说明：
首先获取除霜感温包9测量的蒸发温度Te，以及吸气感温包13测量的吸气温度T1，然后计算吸气过热度△T1＝T1-Te，之后对△T1进行判断，首先判断是否满足△T1＜0，如果满足，则减小第二电子膨胀阀8的开度K1，使K1＝K1-△K；之后经过t0时间后，回到获取压缩机1的吸气过热度△T1的步骤。
当不满足△T1＜0时，此时分为两种情况，一种为0≤△T1≤3，一种为△T1＞d。当0≤△T1≤3时，获取高压传感器11的值，并转换为饱和温度，作为冷凝温度Tc，然后获取闪蒸器感温包10的值Tm，以及压缩机运行频率f和系统修正系数λ，之后计算目标中间温度Tmo，并计算目标中间温度Tmo与闪蒸器出液口温度Tm之间的温度差值△T2。
当计算温度差值△T2之后，如果△T2＞0，减小第一电子膨胀阀7的开度K2，使得K2＝K2-△K；经过t0时间后，回到获取压缩机1的吸气过热度△T1的步骤。如果△T2＜0，增大第一电子膨胀阀7的开度K2，使得K2＝K2+△K；经过t0时间后，回到获取压缩机1的吸气过热度△T1的步骤。
当△T1＞d时，则加大第二电子膨胀阀8的开度K1，使K1＝K1+△K；经过t0时间后，回到获取压缩机1的吸气过热度△T1的步骤。
上述控制策略为制热模式下，获取双级压缩补气增焓最优性能的控制方法；制冷模式原理一样，在此不作赘述。
以上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 (11)

1.一种空调系统，其特征在于，包括压缩机(1)、四通阀(2)、室内换热器(3)、室外换热器(4)、闪蒸器(5)、第一电子膨胀阀(7)、第二电子膨胀阀(8)、除霜感温包(9)、闪蒸器感温包(10)、高压传感器(11)、吸气感温包(13)，所述第一电子膨胀阀(7)设置在所述闪蒸器(5)与所述室内换热器(3)之间的管路上，所述第二电子膨胀阀(8)设置在所述闪蒸器(5)与所述室外换热器(4)之间的管路上，所述闪蒸器(5)的气体出口通过补气管路连接至所述压缩机(1)的补气口。
2.一种如权利要求1所述的空调系统的补气增焓控制方法，其特征在于，包括：
获取压缩机(1)的吸气过热度△T1；
判断吸气过热度是否位于预设范围0≤△T1≤d内；
当吸气过热度位于预设范围内时，确定目标中间温度Tmo与闪蒸器出液口温度Tm之间的温度差值△T2，其中△T2＝Tm-Tmo；
根据温度差值△T2对空调系统进行控制。
3.根据权利要求2所述的补气增焓控制方法，其特征在于，目标中间温度Tmo由拉塞经验公式法和比例中项公式法计算获得。
4.根据权利要求3所述的补气增焓控制方法，其特征在于，目标中间温度Tmo由如下公式计算获得：
Tmo＝λ*φ*(0.4*Tc+0.6*Te+3)
其中λ表示系统修正系数，范围在0.85～1.15之间，φ表示频率修正系数，Tc表示冷凝温度，Te表示蒸发温度。
5.根据权利要求4所述的补气增焓控制方法，其特征在于，φ由如下公式获得：
φ＝af2+bf+c
其中f为机组运行频率，a、b、c为一元二次方程的系数，通过拟合函数方式获得。
6.根据权利要求2所述的补气增焓控制方法，其特征在于，根据温度差值△T2对空调系统进行控制的步骤包括：
当△T2＜0时，增大第一电子膨胀阀(7)的开度K2，使得K2＝K2+△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机(1)的吸气过热度△T1的步骤。
7.根据权利要求2所述的补气增焓控制方法，其特征在于，根据温度差值△T2对空调系统进行控制的步骤包括：
当△T2＞0时，减小第一电子膨胀阀(7)的开度K2，使得K2＝K2-△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机(1)的吸气过热度△T1的步骤。
8.根据权利要求2所述的补气增焓控制方法，其特征在于，所述补气增焓控制方法还包括：
当△T1＜0时，减小第二电子膨胀阀(8)的开度K1，使K1＝K1-△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机(1)的吸气过热度△T1的步骤。
9.根据权利要求2所述的补气增焓控制方法，其特征在于，所述补气增焓控制方法还包括：
当△T1＞d时，加大第二电子膨胀阀(8)的开度K1，使K1＝K1+△K；
经过t0时间后，回到获取压缩机(1)的吸气过热度△T1的步骤。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的补气增焓控制方法，其特征在于，△K为2步。
11.根据权利要求2所述的补气增焓控制方法，其特征在于，获取压缩机(1)的吸气过热度△T1的步骤包括：
获取蒸发温度Te；
获取压缩机(1)的吸气温度T1；
计算吸气过热度△T1，其中△T1＝T1-Te。
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