CN113432262A - 空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空调系统包括：第二换热器和第一换热器；第一温湿度传感器，设于新风入口处；第二温湿度传感器，其设于第二换热器与风机之间；第三温湿度传感器，其设于新风出口处；旁通支路，利用电子膨胀阀并联在所述第一换热器的两端；控制模块，其用于选择控制方法A或控制方法B；还用于采集各个温湿度传感器的温度和湿度；还用于采集室内设定点N的温度TN和湿度HN，采集的数据控制压缩机的频率和电子膨胀阀的开启；所述第一换热器的换热量小于所述第二换热器的换热量。实现一套制冷循环系统将新风处理到室内设定的温度值和湿度值附近，且有效的利用了冷凝器的热量，最大限度的提高了机组能效。

Description

空调系统
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体涉及空调系统。
背景技术
回南天通常发生在2月和3月的交替季节，通常在4月结束，室外温度在0~15℃之间，相对湿度80%以上，如果采用传统冷却除湿防，处理后的新风温度非常低，甚至低于10℃，有强烈的冷风感；另一方面，由于空气温度低，所以需要较低的蒸发温度才能将空气中的水分凝结处理，为了解决这一问题，通常采用再热的方式，比如电加热，加热盘管等，都会造成冷热抵消的能源浪费问题。另外夏季室外温度高时，目前大多数新风处理机均以送风温度为控制目标，无法将新风处理到室内状态点，这就会造成室内机不仅承担全部室内负荷还有承担部分新风负荷，一般有两种解决办法：增加室内机容量，也就增加了工程造价；室内机依然只处理室内负荷，这就会造成新风引入后，房间内温度有可能一直达不到设定值，或者是当室外湿度大时，新风处理机处理不彻底，进而造成室内湿度加大。
综上，现需要设计一种空调系统来解决现有技术中高湿工况下换热效率下降或新风送风温度低的问题。
发明内容
为解决上述现有技术中问题，本发明提供了空调系统，实现一套制冷循环系统将新风处理到室内设定的温度值和湿度值附近，且有效的利用了冷凝器的热量，最大限度的提高了机组能效。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
空调系统，
沿新风由室外进入室内的方向，包括：
第二换热器和第一换热器；
第一温湿度传感器，设于新风入口处；
第二温湿度传感器，其设于第二换热器与风机之间；
第三温湿度传感器，其设于新风出口处；旁通支路，利用电子膨胀阀并联在所述第一换热器的两端；
控制模块，其用于选择控制方法A或控制方法B；还用于采集所述第一温湿度传感器的温度T1和湿度H1、所述第二温湿度传感器的温度T2和湿度H2、所述第三温湿度传感器的温度T3和湿度H3；
所述控制方法A包括以冷凝温度Tc或蒸发温度Te为控制目标；
其中，所述控制模块还用于采集室内设定点N的温度TN和湿度HN，还用于采集室外空气点W的温度TW和湿度HW；还用于根据采集的数据控制压缩机的频率和电子膨胀阀的开启；
所述第一换热器的换热量小于所述第二换热器的换热量。
在本发明的一些实施例中，所述控制模块还用于计算所述室内设定点N的焓值hN、含湿量dN和露点温度TNl；还用于计算所述室外空气W点的焓值hW、含湿量dW和露点温度TWl。
在本发明的一些实施例中，在控制方法A中，以所述冷凝温度Tc为控制目标时，所述控制模块用于计算引入点L的温度TL，并根据温度TL与第二温湿度传感器的温度T2的比较结果调节所述压缩机的频率以使所述冷凝温度Tc满足Tc>TL+K，K为修正值。
在本发明的一些实施例中，在控制方法A中，以蒸发温度Te为控制目标时，所述控制模块用于根据室内设定点N的温度TN与第三温湿度传感器的温度T3的比较结果调节所述压缩机的频率和控制电子膨胀阀的开启。
在本发明的一些实施例中，所述室外机模块设有风阀，其用于释放部分新风。
在本发明的一些实施例中，在控制方法B中，所述控制模块用于计算总风量G，还用于计算引入点O的焓值hO，并根据风量平衡和热平衡计算第二温湿度传感器处的风量G2和室外空气点W的风量GW以确定所述风阀的动作。
在本发明的一些实施例中，在控制方法B中，所述控制模块还用于根据室内设定点N的温度TN与第三温湿度传感器的温度T3的比较结果调节所述压缩机的频率。
在本发明的一些实施例中，在控制方法B中，所述控制模块还用于重新根据所述第二温湿度传感器的温度T2和湿度H2确定引入点Y的温度TY和湿度HY；还用于重新计算所述第二温湿度传感器处的风量G2和室外空气点W的风量GW以调整所述风阀的动作至第三温湿度传感器的温度T3满足T3≤|TN±1|℃。
在本发明的一些实施例中，所述修正值K的范围是1-5℃。
在本发明的一些实施例中，所述控制模块根据室内空气焓值hN与室外空气焓值hW的大小判断选择控制方法A或控制方法B。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本发明通过合理设计蒸发器和冷凝器的换热面积及增加风阀，实现一套制冷循环系统将新风处理到室内设定的温度值和湿度值附近，且有效的利用了冷凝器的热量，最大限度的提高了机组能效；一方面可以解决低温高湿工况下冷却除湿可能会使空气状态进入液体区域，导致换热器大面积结露换热效率下降的问题，另一方面高温高湿工况下可以解决冷却除湿后新风的送风温度过低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为所述空调系统的选择控制方法的流程图。
图2为所述控制方法A中的空调系统的结构示意图。
图3为所述控制方法A中的空气处理过程焓湿图。
图4为以所述冷凝温度为控制目标的控制流程图。
图5为以所述蒸发温度为控制目标的控制流程图。
图6为所述控制方法B中的空调系统的结构示意图。
图7为所述控制方法B中的空气处理过程焓湿图。
图8为所述控制方法B中的控制流程图。
附图标记：1-压缩机；2-四通阀；3-第一换热器；4-节流装置；5-第二换热器；6-新风入口；7-风扇电机；8-新风出口；9-第一温湿度传感器；10-第二温湿度传感器；11-第三温湿度传感器；99-旁通支管；100-电子膨胀阀；101-风阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本申请中空气调节器通过使用压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器来执行空调器的制冷循环。制冷循环包括一系列过程，涉及压缩、冷凝、膨胀和蒸发，并向已被调节和热交换的空气供应制冷剂。
压缩机压缩处于高温高压状态的制冷剂气体并排出压缩后的制冷剂气体。所排出的制冷剂气体流入冷凝器。冷凝器将压缩后的制冷剂冷凝成液相，并且热量通过冷凝过程释放到周围环境。
膨胀阀使在冷凝器中冷凝的高温高压状态的液相制冷剂膨胀为低压的液相制冷剂。蒸发器蒸发在膨胀阀中膨胀的制冷剂，并使处于低温低压状态的制冷剂气体返回到压缩机。蒸发器可以通过利用制冷剂的蒸发的潜热与待冷却的材料进行热交换来实现制冷效果。在整个循环中，空调器可以调节室内空间的温度。
空调器的室外单元是指制冷循环的包括压缩机和室外热交换器的部分，空调器的室内单元包括室内热交换器，并且膨胀阀可以提供在室内单元或室外单元中。
室内热交换器和室外热交换器用作冷凝器或蒸发器。当室内热交换器用作冷凝器时，空调器用作控制方法B的加热器，当室内热交换器用作蒸发器时，空调器用作控制方法A的冷却器。
参照图2所示，空调系统，包括：
沿新风由室外进入室内的方向，包括：
第二换热器5和第一换热器3；
第一温湿度传感器9，设于新风入口6处；
第二温湿度传感器10，其设于第二换热器5与风机7之间；
第三温湿度传感器11，其设于新风出口8处；旁通支路99，利用电子膨胀阀100并联在所述第一换热器3的两端；
控制模块，其用于选择控制方法A或控制方法B；还用于采集所述第一温湿度传感器9的温度T1和湿度H1、所述第二温湿度传感器10的温度T2和湿度H2、所述第三温湿度传感器11的温度T3和湿度H3；
所述控制方法A中包括以冷凝温度Tc或蒸发温度Te为控制目标；
其中，所述控制模块还用于采集室内设定点N的温度TN和湿度HN，还用于采集室外空气点W的温度TW和湿度HW，还用于根据采集的数据控制压缩机1的频率和电子膨胀阀101的开启；
所述第一换热器3的换热量小于所述第二换热器5的换热量。
图2中，OA表示室外，SA表示室内，箭头表示新风的流动方向。
在本发明的一些实施例中，第一换热器3作蒸发器，制冷量为q1KW；第二换热器5作冷凝器，散热量为q2 KW；压缩机的功耗为q3 KW。因此，q2=q1+q3，即冷凝器的换热量大于蒸发器。当风量相同时，由于第二换热器的换热量大于第一换热器的，其他条件相同时，通常第二换热器5的面积＞第一换热器3的面积。
在本发明的一些实施例中，参照图1所示，空调系统开机后，控制模块首先根据室内空气焓值hN与室外空气焓值hW的大小判断选择控制方法A或控制方法B。
当室内空气焓值大于室外空气焓值（hN＞hW）时，此时室外空气温度低，但湿度大，控制模块选择控制方法A，第一换热器3为蒸发器，第二换热器5为冷凝器。在该控制方法A中，控制模块可以选择以冷凝温度Tc或蒸发温度Te为控制目标。当室内空气焓值不大于室外空气焓值（hN≤hW）时，此时室外空气温度高，湿度较大，控制模块选择控制方法B，此时第二换热器5作蒸发器，第一换热器3作冷凝器。
【控制方法A】
在本发明的一些实施例中，在控制方法A中，室外空气温度低，但湿度大，如果采用先除湿后加热的控制策略，此时冷却除湿后的空气状态很有可能进入液体区。为了保证冷却除湿时不进入液体区域，先加热再冷却除湿。
以所述冷凝温度Tc为控制目标时，所述控制模块用于计算引入点L的温度TL，并根据温度TL与第二温湿度传感器的温度T2的比较结果调节所述压缩机的频率以使所述冷凝温度Tc满足Tc>TL+K，K为修正值。
参照图3所示的空气处理过程焓湿图，以及图4的控制流程图。风机7启动后，控制模块首先检测室内设定点N的温度TN和湿度HN以及室外空气点W的温度TW和湿度HW，然后计算室内设定点N的含湿量dN和露点温度TNl，并在图3中将N点的露点温度TNl所在的位置记为O点，即与N点位于同一湿度线上且相对相对湿度为100%的位置对应的温度为N点的露点温度TNl；控制模块还对室外空气W点的含湿量dW进行计算，最后计算O点与W点的连线对应的热湿比ε；控制模块根据热湿比ε、含湿量dN和含湿量dW确定引入点L的位置，如图3所示，该引入点L与含湿量dW与经过N点热湿比ε的交点，即该引入点L与点W位于同一湿度线上，并与点N位于同一热湿比ε的平行线上。
压缩机1启动后，控制模块以引入点L的温度TL为控制目标，即使得冷凝温度Tc满足Tc>TL+K，K为修正值，K的取值范围是1-5℃。
控制模块通过采集的第二温湿度传感器10的温度T2，并判断温度T2是否满足T2>|TL±1|℃。
当T2>| TL±1|℃时，压缩机改变频率。
控制模块继续判断当温度T2是否满足T2≤| TL±1|℃，当满足时，则压缩机维持当前频率运行。
在本发明的一些实施例中，参照图5所示，以蒸发温度Te为控制目标，即直接以N点的露点温度TNl为控制目标，使得蒸发温度Te满足Te≤TNl-K，K为修正值，K的取值范围是1-5℃。
控制模块通过采集的第三温湿度传感器11的温度T3，并判断温度T3是否满足T3>|TN±1|℃。
当T3>| TN±1|℃时，压缩机改变频率。
控制模块继续判断当温度T3是否满足T3≤| TN±1|℃，若满足，则压缩机维持当前频率运行；
若不满足，继续检测；判断第三温湿度传感器11的温度T3是否满足T3＜TN-1℃保持30分钟，如果满足，则进一步判断压缩机是否最低频运行，若是，则说明蒸发器的冷量过剩，因此控制模块打开电子膨胀阀100旁通掉一部分制冷剂。然后继续判断是否满足T3≤|TN±1℃|，若满足则电子膨胀阀100维持当前开度。
在本发明的一些实施例中，在控制方法A中，其制冷剂的循环过程为：制冷剂在压缩机1中经过压缩变成高温高压的气态制冷剂；然后经过四通阀2流向作为冷凝器的第二换热器5，在第二换热器5中将热量释放给管外的新风，然后变成低温高压的气态制冷剂；然后流向节流装置4，在节流装置内4经过节流降压变成低温低压的液态制冷剂；然后继续流向作为蒸发器的第一换热器3，在第一换热器3内与管外的新风进行换热吸收新风的热量后变成低温低压的气态制冷剂；最后再次经过四通阀2回到压缩机1，完成一次循环。
当电子膨胀阀100开启时，小部分制冷剂会通过旁通支管99直接回到压缩机方向，而不经过蒸发器3。
在本发明的一些实施例中，新风被处理的过程：室外空气（新风）由新风入口6进入该装置，先经过作为冷凝器的第二换热器5的加热，温度升高，含湿量不变，再经过风机7的运输到达作为蒸发器的第一换热器3的入口，经过第一换热器3的冷却降温，此时新风中携带的水蒸气遇冷凝结出来，因此经过第一换热器3后，新风的温度和含湿量均下降，完成一次新风处理过程。
【控制方法B】
在本发明的一些实施例中，在控制方法B中，室外空气温度高，湿度较大。此时第二换热器5作蒸发器，第一换热器3作冷凝器，由于第一换热器3的面积＜第二换热器5的面积，如果将新风全部处理到和室内设定N点等含湿量的位置处，此时蒸发器的处理能力大于冷凝器的，但是根据制冷系统不可能实现。因此为了降低蒸发器的处理能力，同时达到节能的效果，参照图6所示，通过增加新风旁通风阀101的方式旁通掉一部分新风不经过第二换热器5的处理，仅部分新风经过第二换热器5。
在本发明的一些实施例中，参照图7所示的空气处理过程焓湿图，以及图8的控制流程图。风机7启动后，控制模块首先检测室内设定点N的温度TN和湿度HN、室外空气点W的温度TW和湿度HW以及风机转速；然后计算室内设定点N的焓值hN、含湿量dN和露点温度TNl，还计算室外空气W点的焓值hN、含湿量dW；控制模块根据风机转速确定总风量G。
压缩机1开启，此时第二换热器5作蒸发器，第一换热器3作冷凝器，控制蒸发温度Te＜TNl-2℃（TNl为室内设定点N的露点温度，露点温度的计算上文中已记载）；再根据第二温湿度传感器10检测的温度T2和湿度H2，确认Y点位置；再根据Y点和W点的连线与N点含湿量线的交点即为Z点（如图7所示）；再根据风量平衡公式G=GY+GW、热平衡公式GWhW+GYhY=GhZ，求出GY与GW，然后控制风阀101动作。
控制模块通过采集的第三温湿度传感器11的温度T3，并判断温度T3是否满足T3>|TN±1|℃。
当T3>| TN±1|℃时，压缩机改变频率。
压缩机1频率调整后重新计算Y点位置，按照上面的逻辑重新计算GY和GW，重新调整风阀101的位置。
控制模块继续判断当温度T3是否满足T3≤| TN±1|℃，若满足，则压缩机维持当前频率运行。
在本发明的一些实施例中，在控制方法B中，其制冷剂的循环过程为：制冷剂在压缩机1中经过压缩变成高温高压的气态制冷剂；然后经过四通阀2流向作为冷凝器的第一换热器3，在第一换热器3中将热量释放给管外的新风，然后变成低温高压的气态制冷剂；然后流向节流装置4，在节流装置内4内经过节流降压变成低温低压的液态制冷剂；然后继续流向作为蒸发器的第二换热器5，在第二换热器5内与管外的新风进行换热吸收新风的热量后变成低温低压的气态制冷剂；最后再次经过四通阀2回到压缩机1，完成一次循环。
在本发明的一些实施例中，新风被处理的过程：室外空气（新风）由新风入口6进入该装置，先经过作为蒸发器的第二换热器5的冷却降温，此时新风中携带的水蒸气遇冷凝结出来，因此新风温度降低，且含湿量降低，再经过风机7的运输到达作为冷凝器的第一换热器3的入口，经过冷凝器的加热，新风温度升高，完成一次新风处理过程。
在本发明的一些实施例中，风机7的形式可以为多种，如离心式、涡轮式、贯流式等；电子膨胀阀100也可以是其他形式的节流装置；风阀101也可以为多种，如平板旋转式，移动式，百叶式等。
本发明通过合理设计蒸发器和冷凝器的换热面积及增加风阀，实现一套制冷循环系统将新风处理到室内设定的温度值和湿度值附近，且有效的利用了冷凝器的热量，最大限度的提高了机组能效；一方面可以解决低温高湿工况下冷却除湿可能会使空气状态进入液体区域，导致换热器大面积结露换热效率下降的问题，另一方面高温高湿工况下可以解决冷却除湿后新风的送风温度过低的问题。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.空调系统，其特征在于，沿新风由室外进入室内的方向，包括：
第二换热器和第一换热器；
第一温湿度传感器，设于新风入口处；
第二温湿度传感器，其设于第二换热器与风机之间；
第三温湿度传感器，其设于新风出口处；
旁通支路，利用电子膨胀阀并联在所述第一换热器的两端；
控制模块，其用于选择控制方法A或控制方法B；还用于采集所述第一温湿度传感器的温度T1和湿度H1、所述第二温湿度传感器的温度T2和湿度H2、所述第三温湿度传感器的温度T3和湿度H3；
所述控制方法A包括以冷凝温度Tc或蒸发温度Te为控制目标；
其中，所述控制模块还用于采集室内设定点N的温度TN和湿度HN，还用于采集室外空气点W的温度TW和湿度HW；还用于根据采集的数据控制压缩机的频率和电子膨胀阀的开启；
所述第一换热器的换热量小于所述第二换热器的换热量。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述控制模块还用于计算所述室内设定点N的焓值hN、含湿量dN和露点温度TNl；还用于计算所述室外空气W点的焓值hW、含湿量dW和露点温度TWl。
3.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，在控制方法A中，以所述冷凝温度Tc为控制目标时，所述控制模块用于计算引入点L的温度TL，并根据温度TL与第二温湿度传感器的温度T2的比较结果调节所述压缩机的频率以使所述冷凝温度Tc满足Tc>TL+K，K为修正值。
4.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，在控制方法A中，以蒸发温度Te为控制目标时，所述控制模块用于根据室内设定点N的温度TN与第三温湿度传感器的温度T3的比较结果调节所述压缩机的频率和控制电子膨胀阀的开启。
5.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述第二换热器的一侧设有风阀，其用于新风旁通。
6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，在控制方法B中，所述控制模块用于计算总风量G，还用于计算引入点O的焓值hO，并根据风量平衡和热平衡计算第二温湿度传感器处的风量G2和室外空气点W的风量GW以确定所述风阀的动作。
7.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，在控制方法B中，所述控制模块还用于根据室内设定点N的温度TN与第三温湿度传感器的温度T3的比较结果调节所述压缩机的频率。
8.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，在控制方法B中，所述控制模块还用于重新根据所述第二温湿度传感器的温度T2和湿度H2确定引入点Y的温度TY和湿度HY；还用于重新计算所述第二温湿度传感器处的风量G2和室外空气点W的风量GW以调整所述风阀的动作至第三温湿度传感器的温度T3满足T3≤|TN±1|℃。
9.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，所述修正值K的范围是1-5℃。
10.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述控制模块根据室内空气焓值hN与室外空气焓值hW的大小判断选择控制方法A或控制方法B。
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