CN112524835B - 带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法 - Google Patents

带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空气源热泵，特别涉及带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法，本发明带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法通过改变带补气增焓的空气源热泵系统的节流元件组合，通过控制电磁阀开断来控制增加的电子膨胀阀用于主路节流还是用于补气增焓回路来实现空气热源泵对环境温度的适应，进一步，通过控制电子膨胀阀的开度步数实现对空气热源泵的精准控制，提升带补气增焓的空气热源泵的系统性能，本发明适用于带补气增焓的空气热源泵。

Description

带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及空气源热泵，特别涉及带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法。
背景技术
空气源热泵按照使用场景可分为低环境温度空气源热泵和常温空气源热泵，针对这两种使用场景采用两套不同的空气热源泵，然而成本过高，且两套空气热源泵利用率不高，即：当低环境温度时，常温空气热源泵不工作，当常温时，低环境温度空气热源泵不工作；针对上述情况，现有技术中采用在空气热源泵的电子膨胀阀处并联一路毛细管和电磁阀，然而虽然能达到同一套空气热源泵在低环境温度或者常温时都能正常使用的目的，但是空气热源泵对毛细管控制不精确，且毛细管选定规格后，固定于系统中，适应工况温度的范围有限，制冷、制热最佳点难以兼顾；导致系统性能低甚至急剧下降，除此之外，毛细管更易发生冰堵等风险，可靠性较电子膨胀阀低。
发明内容
本发明所解决的技术问题：本发明提供带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法，达到了同一套空气热源泵在低环境温度或者常温时都能正常使用的目的，进一步实现空气热源泵对节流组件的精确控制，提高带补气增焓的空气热源泵的性能。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案：带补气增焓的空气源热泵系统包括包括节流元件组合，所述节流元件组合包括第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第一电磁阀和第二电磁阀；所述第一电子膨胀阀的一端与第二电子膨胀阀的一端相连，作为节流元件组合的第一接口，第二电子膨胀阀的另一端连接第一电磁阀的一端和第二电磁阀的一端，第一电磁阀的另一端作为节流元件组合的第二接口，第二电磁阀的另一端连接第一电子膨胀阀的另一端，作为节流元件组合的第三接口；所述第二接口用于连接带补气增焓的空气源热泵系统的压缩机补气增焓口；所述第一接口和第三接口其中一个接口连接使用侧换热器，另一个接口连接热源侧换热器。
进一步的，带补气增焓的空气源热泵系统控制方法通过控制第一电磁阀和第二电磁阀的开断来控制第二电子膨胀阀用于主路节流还是用于补气增焓回路。
进一步的，带补气增焓的空气源热泵系统控制方法，包括以下步骤：
S01、在系统中预设温度包括第一预设温度、第二预设温度、第三预设温度和第四预设温度；其中第一预设温度和第二预设温度是制热模式时的预设温度，且第一预设温度大于第二预设温度，第三预设温度和第四预设温度是制冷模式时的预设温度，且第三预设温度大于第四预设温度；令环境温度Tamb大于第一预设温度为第一区间，环境温度Tamb不大于第一预设温度且不小于第二预设温度为第二区间，环境温度Tamb小于第二预设温度为第三区间，环境温度Tamb大于第三预设温度为第四区间，环境温度Tamb不大于第三预设温度且不小于第四预设温度为第五区间，环境温度Tamb小于第四预设温度为第六区间；
S02、在系统中设置第一电子膨胀阀的开度上限、下限和待机开度；在系统中设置第二电子膨胀阀的开度上限、下限和待机开度；所述第一电子膨胀阀的开度上限不超过500歩，所述第一电子膨胀阀的开度下限大于0歩，所述第一电子膨胀阀的待机开度小于第一电子膨胀阀的开度上限且大于第一电子膨胀阀的开度下限，所述第二电子膨胀阀的开度上限不超过500歩，所述第二电子膨胀阀的开度下限大于0歩，所述第二电子膨胀阀的待机开度小于第二电子膨胀阀的开度上限且大于第二电子膨胀阀的开度下限；
S03、系统待机时，断开第一电磁阀和第二电磁阀；第一电子膨胀阀复位到待机开度，第二电子膨胀阀复位到待机开度；
S04、系统开机时，根据系统运行模式和实测环境温度Tamb与系统预设温度的大小关系，控制第一电磁阀和第二电磁阀的开关状态，即：在制热模式时，当环境温度Tamb在第一区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开；当环境温度Tamb在第二区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，当环境温度Tamb在第三区间时，第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭；在制冷模式时，当环境温度Tamb在第四区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，当环境温度Tamb在第五区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，当环境温度Tamb在第六区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀关闭；
S05、系统运行中，当环境温度Tamb从第一区间变化到第二区间、第三区间变化到第二区间时、第四区间变化到第五区间或者第六区间变化到第五区间时，第一电磁阀保持上一状态，第二电磁阀保持上一状态；当环境温度Tamb从第二区间变化到第三区间时、第二区间变化到第一区间、第五区间变化到第四区间和第五区间变化到第六区间时，第一电磁阀切换到环境温度Tamb变化后所在区间开机时的开关状态，第二电磁阀切换到环境温度Tamb变化后所在区间开机时的开关状态。
进一步的，在S05中，当环境温度处于第一区间时，如果第一电子膨胀阀的开度达到下限值并持续运行一段时间，那么系统将第二电子膨胀阀的开度关到0歩；当环境温度处于第四区间时，如果第一电子膨胀阀的开度达到下限值并持续运行一段时间，那么系统将第二电子膨胀开度关到0歩，直到第一电子膨胀阀的开度恢复到一定步数时，第二电子膨胀阀再从下限开度开始，进入系统循环中；当环境温度处于第六区间时，如果第一电子膨胀阀开度达到上限值并持续一段时间，那么系统将打开第二电磁阀，第二电子膨胀阀从下限开度开始，进入系统循环中。
本发明的有益效果：本发明带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法通过控制电磁阀开断来控制第二电子膨胀阀用于主路节流还是用于补气增焓回路来实现空气热源泵对环境温度的适应，进一步，通过控制电子膨胀阀的开度步数实现对空气热源泵的精准控制，提升带补气增焓的空气源热泵系统的系统性能。
附图说明
图1是本发明带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法的节流元件组合图。
图2是本发明带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法的系统示意图。
图3是本发明带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法的系统运行过程。
具体实施方式
如附图1所示，本发明带补气增焓的空气源热泵系统及其控制方法的节流元件组合包括包括第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第一电磁阀和第二电磁阀；所述第一电子膨胀阀的一端与第二电子膨胀阀的一端相连，作为节流元件组合的第一接口，第二电子膨胀阀的另一端连接第一电磁阀的一端和第二电磁阀的一端，第一电磁阀的另一端作为节流元件组合的第二接口，第二电磁阀的另一端连接第一电子膨胀阀的另一端，作为节流元件组合的第三接口。
本发明带补气增焓的空气源热泵系统的一个具体实施例如附图2所示，包括使用侧换热器、四通阀、气液分离器、压缩机、热源侧换热器、经济器和节流元件组合；所述使用侧换热器的制冷剂通道的一端连接四通阀E管道，四通阀S管道连接气压分离器进口，气液分离器出口连接压缩机吸气口，压缩机排气口连接四通阀D管道，四通阀C管道连接热源侧换热器的制冷剂通道的一端，热源侧换热器的制冷剂通道的另一端连接节流元件组合的第三接口，节流元件组合的第二接口连接经济器的辅路出口，节流元件组合的第一接口连接经济器的主路出口，经济器辅路进口连接压缩机补气增焓口，经济器的主路进口连接使用侧制冷剂通道的另一端。
带补气增焓的空气源热泵系统控制方法通过控制第一电磁阀和第二电磁阀的开断来控制第二电子膨胀阀用于主路节流还是用于补气增焓回路，具体的，一种适用于附图2所述的实施例的带补气增焓的空气源热泵系统的控制方法包括以下步骤：
S01、在系统中预设温度包括第一预设温度、第二预设温度、第三预设温度和第四预设温度；其中第一预设温度和第二预设温度是制热模式时的预设温度，且第一预设温度大于第二预设温度，第三预设温度和第四预设温度是制冷模式时的预设温度，且第三预设温度大于第四预设温度；令环境温度Tamb大于第一预设温度为第一区间，环境温度Tamb不大于第一预设温度且不小于第二预设温度为第二区间，环境温度Tamb小于第二预设温度为第三区间，环境温度Tamb大于第三预设温度为第四区间，环境温度Tamb不大于第三预设温度且不小于第四预设温度为第五区间，环境温度Tamb小于第四预设温度为第六区间；
S02、在系统中设置第一电子膨胀阀EXV1的开度上限、下限和待机开度；在系统中设置第二电子膨胀阀的开度上限、下限和待机开度；所述第一电子膨胀阀EXV1的开度上限不超过500歩，所述第一电子膨胀阀EXV1的开度下限大于0歩，所述第一电子膨胀阀EXV1的待机开度小于第一电子膨胀阀EXV1的开度上限且大于第一电子膨胀阀EXV1的开度下限，所述第二电子膨胀阀EXV2的开度上限不超过500歩，所述第二电子膨胀阀EXV2的开度下限大于0歩，所述第二电子膨胀阀EXV2的待机开度小于第二电子膨胀阀EXV2的开度上限且大于第二电子膨胀阀EXV2的开度下限；
S03、系统待机时，断开第一电磁阀SV1和第二电磁阀SV2；第一电子膨胀阀EXV1复位到待机开度，第二电子膨胀阀EXV2复位到待机开度；
S04、系统开机时，根据系统运行模式和实测环境温度Tamb与系统预设温度的大小关系，控制第一电磁阀SV1和第二电磁阀SV2的开关状态，即：在制热模式时，当环境温度Tamb在第一区间时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开；当环境温度Tamb在第二区间时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开，当环境温度Tamb在第三区间时，第一电磁阀SV1打开，第二电磁阀SV2关闭；在制冷模式时，当环境温度Tamb在第四区间时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开，当环境温度Tamb在第五区间时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开，当环境温度Tamb在第六区间时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2关闭；
S05、系统运行中，当环境温度Tamb从第一区间变化到第二区间、第三区间变化到第二区间时、第四区间变化到第五区间或者第六区间变化到第五区间时，第一电磁阀保持上一状态，第二电磁阀保持上一状态；当环境温度Tamb从第二区间变化到第三区间时、第二区间变化到第一区间、第五区间变化到第四区间和第五区间变化到第六区间时，第一电磁阀切换到环境温度Tamb变化后所在区间开机时的开关状态，第二电磁阀切换到环境温度Tamb变化后所在区间开机时的开关状态。
具体的，如附图2所示，系统待机时，电磁阀关闭，电子膨胀阀复位，即第一电磁阀SV1和第二电磁阀SV2都关闭，第一电子膨胀阀EXV1和第二电子膨胀阀EXV2复位到系统中设置的待机开度；系统开机时，根据环境温度和模式选择运行的区间，模式分为2种，一种是制热，另一种是制冷，其中制热模式分为三个区间，即：区间1、区间2和区间3，制冷模式也分为三个区间，即：区间4、区间5和区间6，系统根据运行区间，控制第一电磁阀SV1和第二电磁阀SV2的开关状态，电子膨胀阀根据选择的区间按照该区间的控制逻辑运行，如果电子膨胀阀出现特殊情况，则按照电子膨胀阀自动控制特殊情况处理。
具体的，系统运行区间与第一电磁阀SV1和第二电磁阀SV2的开关状态控制关系如下：当环境温度Tamb在区间1时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开；当环境温度Tamb在区间2时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开；当环境温度Tamb在区间3时，第一电磁阀SV1打开，第二电磁阀SV2关闭；当环境温度Tamb在区间4时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开；当环境温度Tamb在区间5时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开；当环境温度Tamb在区间6时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2关闭；当环境温度Tamb从区间1变化到区间2时，第一电磁阀SV1保持关闭，第二电磁阀SV2保持打开；当环境温度Tamb从区间2变化到区间3时，第一电磁阀SV1打开，第二电磁阀SV2关闭；当环境温度Tamb从区间3变化到区间2时，第一电磁阀SV1保持关闭，第二电磁阀SV2保持打开；当环境温度Tamb从区间2变化到区间1时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开；当环境温度Tamb从区间4变化到区间5时，第一电磁阀SV1保持关闭，第二电磁阀SV2保持打开；当环境温度Tamb从区间5变化到区间6时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2关闭；当环境温度Tamb从区间6变化到区间5时，第一电磁阀SV1保持关闭，第二电磁阀SV2保持关闭；当环境温度Tamb从区间5变化到区间4时，第一电磁阀SV1关闭，第二电磁阀SV2打开。
具体的电子膨胀阀自动控制特殊情况处理包括以下情况：第一种特殊情况，当环境温度处于第一区间时，如果第一电子膨胀阀的开度达到下限值并持续运行一段时间，那么系统将第二电子膨胀阀的开度关到0歩；第二种特殊情况，当环境温度处于第四区间时，如果第一电子膨胀阀的开度达到下限值并持续运行一段时间，那么系统将第二电子膨胀开度关到0歩，直到第一电子膨胀阀的开度恢复到一定步数时，第二电子膨胀阀再从下限开度开始，进入系统循环中；第三中特殊情况，当环境温度处于第六区间时，如果第一电子膨胀阀开度达到上限值并持续一段时间，那么系统将打开第二电磁阀，第二电子膨胀阀从下限开度开始，进入系统循环中。

Claims (4)

1.带补气增焓的空气源热泵系统，其特征在于，包括使用侧换热器、四通阀、气液分离器、压缩机、热源侧换热器、经济器和节流元件组合，所述节流元件组合包括第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第一电磁阀和第二电磁阀；所述第一电子膨胀阀的一端与第二电子膨胀阀的一端相连，作为节流元件组合的第一接口，第二电子膨胀阀的另一端连接第一电磁阀的一端和第二电磁阀的一端，第一电磁阀的另一端作为节流元件组合的第二接口，第二电磁阀的另一端连接第一电子膨胀阀的另一端，作为节流元件组合的第三接口；所述使用侧换热器的制冷剂通道的一端连接四通阀E管道，四通阀S管道连接气液 分离器进口，气液分离器出口连接压缩机吸气口，压缩机排气口连接四通阀D管道，四通阀C管道连接热源侧换热器的制冷剂通道的一端，热源侧换热器的制冷剂通道的另一端连接节流元件组合的第三接口，节流元件组合的第二接口连接经济器的辅路出口，节流元件组合的第一接口连接经济器的主路出口，经济器辅路进口连接压缩机补气增焓口，经济器的主路进口连接使用侧制冷剂通道的另一端。
2.带补气增焓的空气源热泵系统控制方法，应用于权利要求1所述的带补气增焓的空气源热泵系统，其特征在于，带补气增焓的空气热源泵系统通过控制第一电磁阀和第二电磁阀的开断来控制第二电子膨胀阀用于主路节流还是用于补气增焓回路。
3.根据权利要求2所述的带补气增焓的空气源热泵系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、在系统中预设温度包括第一预设温度、第二预设温度、第三预设温度和第四预设温度；其中第一预设温度和第二预设温度是制热模式时的预设温度，且第一预设温度大于第二预设温度，第三预设温度和第四预设温度是制冷模式时的预设温度，且第三预设温度大于第四预设温度；令环境温度Tamb大于第一预设温度为第一区间，环境温度Tamb不大于第一预设温度且不小于第二预设温度为第二区间，环境温度Tamb小于第二预设温度为第三区间，环境温度Tamb大于第三预设温度为第四区间，环境温度Tamb不大于第三预设温度且不小于第四预设温度为第五区间，环境温度Tamb小于第四预设温度为第六区间；
S02、在系统中设置第一电子膨胀阀的开度上限、下限和待机开度；在系统中设置第二电子膨胀阀的开度上限、下限和待机开度；所述第一电子膨胀阀的开度上限不超过500歩，所述第一电子膨胀阀的开度下限大于0歩，所述第一电子膨胀阀的待机开度小于第一电子膨胀阀的开度上限且大于第一电子膨胀阀的开度下限，所述第二电子膨胀阀的开度上限不超过500歩，所述第二电子膨胀阀的开度下限大于0歩，所述第二电子膨胀阀的待机开度小于第二电子膨胀阀的开度上限且大于第二电子膨胀阀的开度下限；
S03、系统待机时，断开第一电磁阀和第二电磁阀；第一电子膨胀阀复位到待机开度，第二电子膨胀阀复位到待机开度；
S04、系统开机时，根据系统运行模式和实测环境温度Tamb与系统预设温度的大小关系，控制第一电磁阀和第二电磁阀的开关状态，即：在制热模式时，当环境温度Tamb在第一区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开；当环境温度Tamb在第二区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，当环境温度Tamb在第三区间时，第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭；在制冷模式时，当环境温度Tamb在第四区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，当环境温度Tamb在第五区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，当环境温度Tamb在第六区间时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀关闭；
S05、系统运行中，当环境温度Tamb从第一区间变化到第二区间、第三区间变化到第二区间时、第四区间变化到第五区间或者第六区间变化到第五区间时，第一电磁阀保持上一状态，第二电磁阀保持上一状态；当环境温度Tamb从第二区间变化到第三区间时、第二区间变化到第一区间、第五区间变化到第四区间和第五区间变化到第六区间时，第一电磁阀切换到环境温度Tamb变化后所在区间开机时的开关状态，第二电磁阀切换到环境温度Tamb变化后所在区间开机时的开关状态。
4.根据权利要求3所述的带补气增焓的空气源热泵系统控制方法，其特征在于，在S05中，当环境温度处于第一区间时，如果第一电子膨胀阀的开度达到下限值并持续运行一段时间，那么系统将第二电子膨胀阀的开度关到0歩；当环境温度处于第四区间时，如果第一电子膨胀阀的开度达到下限值并持续运行一段时间，那么系统将第二电子膨胀开度关到0歩，直到第一电子膨胀阀的开度恢复到一定步数时，第二电子膨胀阀再从下限开度开始，进入系统循环中；当环境温度处于第六区间时，如果第一电子膨胀阀开度达到上限值并持续一段时间，那么系统将打开第二电磁阀，第二电子膨胀阀从下限开度开始，进入系统循环中。
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