CN113251683A - 一种高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统及运行方法 - Google Patents

一种高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统及运行方法 Download PDF

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    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems

Abstract

本发明提供一种高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统及运行方法，其中，运行方法包括以下步骤：监测系统运行时蒸发侧空气的Ta‑in和Ta‑out以及末端的Tg和Th；按照高蒸发单级空气源热泵系统模式，计算Te和Tcon，并结合R410a制冷剂压焓图，确定该状态下的吸排气压比P；根据Ta‑in和P判定系统运行的模式；若P＞11或Ta‑in＜‑7oC，则按照低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式运行；若P＜11且Ta‑in＞‑7oC，则按照高蒸发单级空气源热泵系统模式运行。本发明的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统及运行方法可以满足不同环境温度下的供水需求，实用性强，提高能源利用率。

Description

一种高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统及运行方法
技术领域
本发明涉及空调设备技术领域，尤其涉及一种能够自动切换高低蒸发的复叠式空气源热泵系统及运行方法。
背景技术
由于地域气候差异较大，一天中的温度波动范围也较大，当空气源热泵面临低环境温度时，将导致热泵机组压比增大，降低机组运行性能，严重时会导致机组报警停机，甚至压缩机损坏。
为了解决该问题，部分热泵系统会采用双级冷凝复叠式系统，替代传统的单级冷凝热泵系统，提高机组的稳定性和能效。然而，当环境温度升高时，蒸发温度升高，低压比降低，此时，复叠式系统存在功耗过高的问题，不利于节能减排目标的实现。由此可见，在低环境温度（低蒸发）时采用复叠式是高效的，但在高环境温度（高蒸发）时复叠式系统存在能耗过高的问题。
因此，针对环境温度波动幅度较大的环境条件下，有必要开发一种高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统及运行控制方法以解决上述问题，助力热泵企业产品升级，推动空气源热泵技术在不同地区的高效应用。
发明内容
本发明提供一种可根据供热需求，实现高蒸发单级热泵系统和低蒸发双级复叠式系统之间的自动切换，满足不同环境温度下的供水需求，实用性强，有效提高能源利用率，且系统稳定性好的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统及运行方法。
本发明采用的技术方案为：一种高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统，包括：第一变频压缩机，室外翅片换热器，制冷剂-水冷凝器，第一储液器，第一气液分离器，制冷剂-制冷剂冷凝器，第二变频压缩机，室外蒸发器，第二节流装置，第二储液器，第二气液分离器，油分离器，第一电磁阀，第二电磁阀以及变频水泵；
变频水泵连接制冷剂-水冷凝器；第一变频压缩机连接制冷剂-水冷凝器和第一气液分离器，制冷剂-水冷凝器连接第一储液器，第一储液器连接制冷剂-制冷剂冷凝器；第一气液分离器连接制冷剂-制冷剂冷凝器；室外翅片换热器的进口端连接在第一气液分离器和制冷剂-制冷剂冷凝器之间，出口端连接在第一储液器和制冷剂-制冷剂冷凝器之间；
制冷剂-制冷剂冷凝器连接油分离器和第二储液器，第二储液器连接室外蒸发器，室外蒸发器连接第二气液分离器；第二变频压缩机连接第二气液分离器和油分离器；第一电磁阀设置在第一储液器和制冷剂-制冷剂冷凝器之间；第二电磁阀设置在室外翅片换热器和第一储液器之间；室外翅片换热器和室外蒸发器上均设有进风温度传感器和出风温度传感器，制冷剂-水冷凝器上设置进水温度传感器和出水温度传感器。
进一步地，第一储液器和制冷剂-制冷剂冷凝器之间设置有第一节流装置。
进一步地，室外蒸发器和第二储液器之间设置有第二节流装置。
进一步地，室外蒸发器与第二储液器连接的一端还连接在制冷剂-制冷剂冷凝器和油分离器之间。
进一步地，所述高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统包括高蒸发单级空气源热泵系统模式以及低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式。
进一步地，所述高蒸发单级空气源热泵系统模式包括第一变频压缩机，室外翅片换热器，第一节流装置，制冷剂-水冷凝器，第一储液器，第一气液分离器以及变频水泵；当系统运行高蒸发单级空气源热泵系统模式时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开。
进一步地，所述低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式包括第一变频压缩机，第一节流装置，制冷剂-水冷凝器，第一储液器，第一气液分离器，制冷剂-制冷剂冷凝器，第二变频压缩机，室外蒸发器，第二节流装置，第二储液器，第二气液分离器以及变频水泵；当系统运行低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式时，第二电磁阀关闭，第一电磁阀打开。
本发明还提供一种所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：监测系统运行时室外翅片换热器或室外蒸发器上的进风温度传感器和出风温度传感器，得出蒸发侧空气的进入温度Ta-in和排出温度Ta-out，同时监测末端制冷剂-水冷凝器的进水温度传感器和出水温度传感器，得出供水温度Tg和回水温度Th；
S2：按照高蒸发单级空气源热泵系统模式，计算出蒸发温度Te和冷凝温度Tcon，并结合R410a制冷剂压焓图，确定该状态下的吸排气压比P；
S3：根据Ta-in和P判定系统运行的模式；若P＞11或Ta-in＜-7oC，则第二电磁阀关闭，第一电磁阀打开，按照低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式运行；若P＜11且Ta-in＞-7oC，则第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，按照高蒸发单级空气源热泵系统模式运行。
进一步地，还包括以下步骤：
S4：根据用户需求设定供水温度Tg-set，待系统运行稳定后继续监测Tg，当∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＞0.05时，调整当前模式下压缩机的转速nc和变频水泵的运行频率np，重复步骤S1~S4，直至∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＜0.05。
进一步地，S2中，Te=Tout+ΔTa，ΔTa取值6 oC~8 oC；Tcon=Th+ΔT0，ΔT0取值7oC~14 oC。
相较于现有技术，本发明的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统及运行方法可根据供热需求，实现高蒸发单级热泵系统或低蒸发双级复叠式系统自动切换，满足不同环境温度下的供水需求，实用性强。此外，在高环境温度或低压比时，能够优先运行高蒸发单级空气源热泵系统模式，有效避免了在低环境温度或低压比时运行低蒸发双级复叠式空气源热泵系统存在功耗过高的问题，从而提高了能源利用率，而且系统稳定性更好。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附图中，
图1：本发明高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统的示意图；
图2：本发明高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统运行方法的逻辑示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统，包括：第一变频压缩机1，室外翅片换热器2，第一节流装置3，制冷剂-水冷凝器4，第一储液器5，第一气液分离器6，制冷剂-制冷剂冷凝器7，第二变频压缩机8，室外蒸发器9，第二节流装置10，第二储液器11，第二气液分离器12，油分离器13，第一电磁阀14，第二电磁阀15以及变频水泵16。
其中，变频水泵16连接制冷剂-水冷凝器4；第一变频压缩机1连接制冷剂-水冷凝器4和第一气液分离器6，制冷剂-水冷凝器4连接第一储液器5，第一储液器5连接制冷剂-制冷剂冷凝器7；第一气液分离器6连接制冷剂-制冷剂冷凝器7。室外翅片换热器2的进口端连接在第一气液分离器6和制冷剂-制冷剂冷凝器7之间，出口端连接在第一储液器5和制冷剂-制冷剂冷凝器7之间。
制冷剂-制冷剂冷凝器7连接油分离器13和第二储液器11，第二储液器11连接室外蒸发器9，室外蒸发器9连接第二气液分离器12；第二变频压缩机8连接第二气液分离器12和油分离器13。
第一电磁阀14设置在第一储液器5和制冷剂-制冷剂冷凝器7之间；第二电磁阀15设置在室外翅片换热器2和第一储液器5之间。第一节流装置3设置在第一储液器5和制冷剂-制冷剂冷凝器7之间；第二节流装置10设置在室外蒸发器9和第二储液器11之间。
进一步，室外蒸发器9与第二储液器11连接的一端还连接在制冷剂-制冷剂冷凝器7和油分离器13之间。室外翅片换热器2和室外蒸发器9上均设有进风温度传感器和出风温度传感器，在制冷剂-水冷凝器4上设置进水温度传感器和出水温度传感器。
此外，高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统包括高蒸发单级空气源热泵系统模式以及低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式。
其中，高蒸发单级空气源热泵系统模式包括第一变频压缩机1，室外翅片换热器2，第一节流装置3，制冷剂-水冷凝器4，第一储液器5，第一气液分离器6以及变频水泵16。当系统运行高蒸发单级空气源热泵系统模式时，第一电磁阀14关闭，第二电磁阀15打开。
低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式包括第一变频压缩机1，第一节流装置3，制冷剂-水冷凝器4，第一储液器5，第一气液分离器6，制冷剂-制冷剂冷凝器7，第二变频压缩机8，室外蒸发器9，第二节流装置10，第二储液器11，第二气液分离器12以及变频水泵16。当系统运行低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式时，第二电磁阀15关闭，第一电磁阀14打开。
如图1和图2所示，本发明还提供一种高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统的运行方法，包括以下步骤：
S1：监测系统运行时室外翅片换热器2或室外蒸发器9上的进风温度传感器和出风温度传感器，得出蒸发侧空气的进入温度Ta-in和排出温度Ta-out，同时监测末端制冷剂-水冷凝器4的进水温度传感器和出水温度传感器，得出供水温度Tg和回水温度Th。
S2：按照高蒸发单级空气源热泵系统模式，计算出蒸发温度Te和冷凝温度Tcon，并结合R410a制冷剂压焓图，确定该状态下的吸排气压比P。
在该步骤中，Te=Tout+ΔTa，其中，ΔTa取值6 oC~8 oC；
Tcon=Th+ΔT0，其中，ΔT0取值7oC~14 oC；
P=P排/P吸，其中，P吸为吸气压力，P排为排气压力。
S3：根据Ta-in和P判定系统运行的模式；若P＞11或Ta-in＜-7oC，则第二电磁阀15关闭，第一电磁阀14打开，按照低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式运行；若P＜11且Ta-in＞-7oC，则第一电磁阀14关闭，第二电磁阀15打开，按照高蒸发单级空气源热泵系统模式运行。
在该步骤中，11和-7oC是根据R410a制冷剂设定得出。
S4：根据用户需求设定供水温度Tg-set，待系统运行稳定后继续监测Tg，当∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＞0.05（即：供水温度Tg偏离用户设定的供水温度值Tg-set，偏差较大）时，调整当前模式下压缩机（第一变频压缩机1或第一变频压缩机1和第二变频压缩机8）的转速nc和变频水泵16的运行频率np，重复步骤S1~S4，直至∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＜0.05（即：维持供水温度的稳定）。
综上，本发明的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统及运行方法具有以下优点：
（1）可根据供热需求，实现高蒸发单级热泵系统或低蒸发双级复叠式系统自动切换，满足不同环境温度下的供水需求，实用性强。
（2）在高环境温度或低压比时，优先运行高蒸发单级空气源热泵系统模式，有效避免了在低环境温度或低压比时运行低蒸发双级复叠式空气源热泵系统存在功耗过高的问题，从而提高了能源利用率，而且系统稳定性更好。
只要不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为本发明公开的内容；在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统，其特征在于，包括：第一变频压缩机（1），室外翅片换热器（2），制冷剂-水冷凝器（4），第一储液器（5），第一气液分离器（6），制冷剂-制冷剂冷凝器（7），第二变频压缩机（8），室外蒸发器（9），第二节流装置（10），第二储液器（11），第二气液分离器（12），油分离器（13），第一电磁阀（14），第二电磁阀（15）以及变频水泵（16）；
变频水泵（16）连接制冷剂-水冷凝器（4）；第一变频压缩机（1）连接制冷剂-水冷凝器（4）和第一气液分离器（6），制冷剂-水冷凝器（4）连接第一储液器（5），第一储液器（5）连接制冷剂-制冷剂冷凝器（7）；第一气液分离器（6）连接制冷剂-制冷剂冷凝器（7）；室外翅片换热器（2）的进口端连接在第一气液分离器（6）和制冷剂-制冷剂冷凝器（7）之间，出口端连接在第一储液器（5）和制冷剂-制冷剂冷凝器（7）之间；
制冷剂-制冷剂冷凝器（7）连接油分离器（13）和第二储液器（11），第二储液器（11）连接室外蒸发器（9），室外蒸发器（9）连接第二气液分离器（12）；第二变频压缩机（8）连接第二气液分离器（12）和油分离器（13）；第一电磁阀（14）设置在第一储液器（5）和制冷剂-制冷剂冷凝器（7）之间；第二电磁阀（15）设置在室外翅片换热器（2）和第一储液器（5）之间；室外翅片换热器（2）和室外蒸发器（9）上均设有进风温度传感器和出风温度传感器，制冷剂-水冷凝器（4）上设置进水温度传感器和出水温度传感器。
2.如权利要求1所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统，其特征在于：第一储液器（5）和制冷剂-制冷剂冷凝器（7）之间设置有第一节流装置（3）。
3.如权利要求2所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统，其特征在于：室外蒸发器（9）和第二储液器（11）之间设置有第二节流装置（10）。
4.如权利要求1所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统，其特征在于：室外蒸发器（9）与第二储液器（11）连接的一端还连接在制冷剂-制冷剂冷凝器（7）和油分离器（13）之间。
5.如权利要求3所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统，其特征在于：所述高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统包括高蒸发单级空气源热泵系统模式以及低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式。
6.如权利要求5所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统，其特征在于：所述高蒸发单级空气源热泵系统模式包括第一变频压缩机（1），室外翅片换热器（2），第一节流装置（3），制冷剂-水冷凝器（4），第一储液器（5），第一气液分离器（6）以及变频水泵（16）；当系统运行高蒸发单级空气源热泵系统模式时，第一电磁阀（14）关闭，第二电磁阀（15）打开。
7.如权利要求5所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统，其特征在于：所述低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式包括第一变频压缩机（1），第一节流装置（3），制冷剂-水冷凝器（4），第一储液器（5），第一气液分离器（6），制冷剂-制冷剂冷凝器（7），第二变频压缩机（8），室外蒸发器（9），第二节流装置（10），第二储液器（11），第二气液分离器（12）以及变频水泵（16）；当系统运行低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式时，第二电磁阀（15）关闭，第一电磁阀（14）打开。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：监测系统运行时室外翅片换热器（2）或室外蒸发器（9）上的进风温度传感器和出风温度传感器，得出蒸发侧空气的进入温度Ta-in和排出温度Ta-out，同时监测末端制冷剂-水冷凝器（4）的进水温度传感器和出水温度传感器，得出供水温度Tg和回水温度Th；
S2：按照高蒸发单级空气源热泵系统模式，计算出蒸发温度Te和冷凝温度Tcon，并结合R410a制冷剂压焓图，确定该状态下的吸排气压比P；
S3：根据Ta-in和P判定系统运行的模式；若P＞11或Ta-in＜-7oC，则第二电磁阀（15）关闭，第一电磁阀（14）打开，按照低蒸发双级复叠式空气源热泵系统模式运行；若P＜11且Ta-in＞-7oC，则第一电磁阀（14）关闭，第二电磁阀（15）打开，按照高蒸发单级空气源热泵系统模式运行。
9.如权利要求8所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统的运行方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S4：根据用户需求设定供水温度Tg-set，待系统运行稳定后继续监测Tg，当∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＞0.05时，调整当前模式下压缩机的转速nc和变频水泵（16）的运行频率np，重复步骤S1~S4，直至∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＜0.05。
10.如权利要求8所述的高低蒸发自动切换的复叠式空气源热泵系统的运行方法，其特征在于：S2中，Te=Tout+ΔTa，ΔTa取值6 oC~8 oC；Tcon=Th+ΔT0，ΔT0取值7oC~14 oC。
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