CN114110978B - 空调系统、控制方法以及空调机组 - Google Patents

空调系统、控制方法以及空调机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了空调系统、控制方法以及空调机组，空调系统包括：形成冷热联供循环回路的压缩机、热水侧换热器、第一节流装置以及冷水侧换热器，冷热联供循环回路连接有外置换热模块；外置换热模块包括：外置换热器以及第二节流装置，外置换热器的进口并联连接压缩机的排气口和第一节流装置的进口，外置换热器的出口通过第二节流装置并联连接压缩机的吸气口和冷水侧换热器的进口，外置换热模块的运行状态由控制模块根据空调系统的负荷需求变化进行调节。本发明的换热器数量少、结构简单，在同时制冷制热的工作条件下，可独立调节冷水侧、热水侧的能力输出。

Description

空调系统、控制方法以及空调机组
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及实现冷热同调的空调系统、控制方法以及空调机组。
背景技术
常规四管制冷水机组能够实现制冷水、制热水、同时制热制冷功能，现有专利文献中对此已有大量记载，例如公告号为CN211119734U的实用新型专利，其提出一种四管制空调系统，通过旁通分流的方式将冷凝器（热水侧换热器）后的制冷剂分流进入到闲置换热器中，虽然能在满足制热量的同时实现制冷量的调节，但是无法单独针对制热量或者制冷量进行负荷调节。
再例如公告号为CN212339675U的实用新型专利，其提出一种四管制空调系统，通过使蒸发侧、冷凝侧各并联两组换热器通过控制阀门的切换，实现蒸发侧制冷的同时冷凝侧制热，并在一定程度上可控制各换热器中的制冷剂量来达到制热量、制冷量的调节，但是系统中每个换热器的功能固定，无法实现热量的全部回收，较常规四管制机组能效更低，且引入四个换热器结构，系统体积也更大。
因此，如何设计冷热量可根据负荷需求变化灵活调节的空调系统是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有四管制空调系统存在的上述缺陷，本发明提出空调系统、控制方法以及空调机组，该空调系统的换热器数量少、结构简单，在同时制冷制热的工作条件下，可独立调节冷水侧、热水侧的能力输出。
本发明采用的技术方案是，设计空调系统，包括：形成冷热联供循环回路的压缩机、热水侧换热器、第一节流装置以及冷水侧换热器，冷热联供循环回路连接有外置换热模块；外置换热模块包括：外置换热器以及第二节流装置，外置换热器的进口并联连接压缩机的排气口和第一节流装置的进口，外置换热器的出口通过第二节流装置并联连接压缩机的吸气口和冷水侧换热器的进口，外置换热模块的运行状态由控制模块根据空调系统的负荷需求变化进行调节。
进一步的，冷水侧换热器的出口装有仅允许制冷剂流出的第一单向阀，外置换热器的进口装有仅允许制冷剂流入的第二单向阀。
进一步的，外置换热模块与冷热联供循环回路之间连接有四通阀，四通阀的D端口连接压缩机的排气口、C端口连接热水侧换热器的进口、E端口连接第二节流装置的出口、S端口连接压缩机的吸气口。
进一步的，第二节流装置的出口与E端口之间的连接管路装有第一阀件，外置换热器的进口与压缩机的排气口之间的连接管路装有第二阀件，第二节流装置的出口与冷水侧换热器的进口之间的连接管路装有第三阀件。
本发明还提出了上述空调系统的控制方法，包括：
空调系统处于冷热联供模式时，判断冷冻水出水设置温度和/或热水出水设置温度是否发生变化；
若是，则将发生变化的设置温度与其对应的换热器的出水温度进行比较，根据比较结果调节外置换热模块的运行状态。
进一步的，若冷冻水出水设置温度和热水出水设置温度均未变化，则关闭第一阀件、第二阀件以及第三阀件，D端口与C端口连通。
进一步的，若冷冻水出水设置温度未变化、热水出水设置温度减小，则实时检测热水侧换热器的热水出水温度，比较热水出水设置温度与热水出水温度；
当热水出水温度高于热水出水设置温度+T1时，打开第二阀件和第三阀件，第一阀件保持关闭，D端口与C端口连通，S端口与所述E端口连通，第二节流装置开至Kmin，外置换热器开启换热；
当热水出水温度高于热水出水设置温度+T2时，加大第二节流装置的开度；
当热水出水温度低于热水出水设置温度+T2时，减小第二节流装置的开度；
当热水出水温度低于热水出水设置温度-T1、且第二节流装置的开度为Kmin时，关闭第一阀件、第二阀件以及第三阀件，第二节流装置关闭，外置换热器停止换热；
其中，T2<T1，T1为第一设定裕量，T2为第二设定裕量，Kmin为设定最小开度。
进一步的，若冷冻水出水设置温度减小、热水出水设置温度不变，则实时检测冷水侧换热器的冷冻水出水温度，比较冷冻水出水设置温度与冷冻水出水温度；
当冷冻水出水温度低于冷冻水出水设置温度-T1时，打开第一阀件，第二阀件和第三阀件保持关闭，D端口与所述C端口连通，第二节流装置开至Kmin，外置换热器开启换热；
当冷冻水出水温度低于冷冻水出水设置温度-T2时，加大第二节流装置的开度；
当冷冻水出水温度高于冷冻水出水设置温度-T2时，减小第二节流装置的开度；
当冷冻水出水温度高于冷冻水出水设置温度+T1、且第二节流装置的开度为Kmin时，关闭第一阀件、第二阀件以及第三阀件，第二节流装置关闭，外置换热器停止换热；
其中，T2<T1，T1为第一设定裕量，T2为第二设定裕量，Kmin为设定最小开度。
进一步的，第二节流装置的开度每次增加或减小的开度为△K=K*δ，K为第二节流装置的当前开度，δ为设定比例。
本发明还提出了具有上述空调系统的空调机组，在一实施例中，空调机组为风冷冷水机组，热水侧换热器和冷水侧换热器均采用壳管式换热器，外置换热器采用翅片式换热器。
与现有技术相比，本发明在不影响空调系统单制冷、单制热的前提下，在进行同时制冷制热——冷热联供时可以实现一部分制冷剂引入闲置的外置换热器，并利用第二节流装置进行流量调节，以适应负荷需求变化，满足用户实际需求。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明中空调系统的连接示意图；
图2是本发明中冷热联供时不进行旁通调节的制冷剂流向图；
图3是本发明中冷热联供时制热量需求小时的旁通调节制冷剂流向图；
图4是本发明中冷热联供时制冷量需求小时的旁通调节制冷剂流向图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出空调系统适用于空调机组，例如风冷冷水机组等。空调系统具有单制冷模式、单制热模式、冷热联供模式等，构成该空调系统的部件包含：压缩机1、热水侧换热器3、第一节流装置4、冷水侧换热器5、外置换热模块以及控制模块等。空调系统处于冷热联供模式时，压缩机1、热水侧换热器3、第一节流装置4以及冷水侧换热器5形成冷热联供循环回路，制冷剂从压缩机1流出后依次经过热水侧换热器3、第一节流装置4、冷水侧换热器5之后返回压缩机1，控制模块根据负荷需求变化对外置换热模块的运行状态进行调节，外置换热模块可接入冷热联供循环回路中或者不接入冷热联供循环回路。
具体来说，外置换热模块包括：外置换热器8以及第二节流装置9等，外置换热器8的进口并联连接压缩机1的排气口和第一节流装置4的进口，外置换热器8的出口通过第二节流装置9并联连接压缩机1的吸气口和冷水侧换热器5的进口，冷水侧换热器5的出口通过仅允许制冷剂流出的第一单向阀6连接压缩机的吸气口，外置换热器8的进口通过仅允许制冷剂流入的第二单向阀7连接第一节流装置4的进口。
在本发明提供的可行实施例中，外置换热模块与冷热联供循环回路之间连接有四通阀2，四通阀2的D端口连接压缩机1的排气口、C端口连接热水侧换热器3的进口、E端口连接第二节流装置9的出口、S端口连接压缩机1的吸气口。第二节流装置9的出口与E端口之间的连接管路装有第一阀件10，外置换热器8的进口与压缩机1的排气口之间的连接管路装有第二阀11件，第二节流装置9的出口与冷水侧换热器5的进口之间的连接管路装有第三阀件12。需要指出的是，上文中的阀件可采用电磁阀，节流装置可采用电子膨胀阀。
控制模块执行的控制方法如下：
空调系统处于冷热联供模式时，判断冷冻水出水设置温度和/或热水出水设置温度是否发生变化；
若是，则将发生变化的设置温度与其对应的换热器的出水温度进行比较，根据比较结果调节外置换热模块的运行状态。
以风冷冷水机组为例，热水侧换热器3和冷水侧换热器5均采用壳管式换热器，外置换热器8采用翅片式换热器，下面结合空调系统的负荷需求变化详细说明三种控制逻辑。
如图2所示，第一种，若冷冻水出水设置温度和热水出水设置温度均未变化，则说明制冷量和制热量未发生变化，不需要进行制冷量或制热量的单独调节，关闭第一阀件10、第二阀件11以及第三阀件12，四通阀2保持断电状态，D端口与C端口连通，外置换热模块不接入冷热联供循环回路。
如图3所示，第二种，若冷冻水出水设置温度未变化、热水出水设置温度减小，则说明制冷量需求不变、制热量需求减小，实时检测热水侧换热器3的热水出水温度，比较热水出水设置温度与热水出水温度，根据热水侧的比较结果调节所述外置换热模块的运行状态。
当热水出水温度高于热水出水设置温度+T1时，打开第二阀件11和第三阀件12，第一阀件10保持关闭，四通阀2保持断电状态，D端口与C端口连通，第二节流装置9开至Kmin，外置换热器8的风机开启换热，此时制冷剂从压缩机1的排气口流出，一部分制冷剂按照冷热联供循环回路的原流路流通之外，另一部分制冷剂通过第二阀件11进入外置换热器8中，经第二节流装置9节流后，通过第三阀件12进入冷水侧换热器5，完成循环。此方式通过将压缩机1排出的一部分高温制冷剂旁通到外置换热器8中，以减少经过热水侧换热器3的制冷剂流量，而流经冷水侧换热器5的制冷剂流量不变，在保证冷水侧输出能力的同时降低热水侧的输出能力，实现热水侧输出能力的独立调节。
当热水出水温度高于热水出水设置温度+T2时，加大第二节流装置6的开度，旁通到外置换热模块中的制冷剂流量增大，流经热水侧换热器3的制冷剂进一步减少，以加大热水出水温度的降低速度；
当热水出水温度低于热水出水设置温度+T2时，减小第二节流装置9的开度，旁通到外置换热模块中的制冷剂流量减小，流经热水侧换热器3的制冷剂增多，以减小热水出水温度的降低速度；
当热水出水温度低于热水出水设置温度-T1、且第二节流装置9的开度为Kmin时，关闭第一阀件10、第二阀件11以及第三阀件12，第二节流装置9关闭，外置换热器8的风机关闭停止换热；
其中，T2<T1，T1为第一设定裕量，T2为第二设定裕量，Kmin为设定最小开度。
如图4所示，第三种，若冷冻水出水设置温度减小、热水出水设置温度不变，则实时检测冷水侧换热器的冷冻水出水温度，比较冷冻水出水设置温度与冷冻水出水温度，根据冷水侧的比较结果调节外置换热模块的运行状态。
当冷冻水出水温度低于冷冻水出水设置温度-T1时，打开第一阀件10，第二阀件11和第三阀件12保持关闭，四通阀2保持断电状态，D端口与C端口连通，第二节流装置9开至Kmin，外置换热器8的风机开启换热，此时制冷剂从压缩机1的排气口流出，制冷剂全部流入热水侧换热器3中，热水侧换热器流出的制冷剂一部分流入冷水侧换热器5中，另一部分制冷剂通过第二单向阀流入外置换热器8中，经第二节流装置9节流后，通过第一阀件10、四通阀2与冷水侧换热器5流出的制冷剂汇合进入吸气口，完成循环。此方式通过将热水侧换热器3流出的一部分高温制冷剂旁通到外置换热器8中，以减少经过冷水侧换热器5的制冷剂流量，而压缩机1排气口送到热水侧换热器3的制冷剂流量不变，在保证热水侧输出能力的同时降低冷水侧的输出能力，实现冷水侧输出能力的独立调节。
当冷冻水出水温度低于冷冻水出水设置温度-T2时，加大第二节流装置9的开度，旁通到外置换热模块中的制冷剂流量增大，流经冷水侧换热器5的制冷剂进一步减少，以加大冷水出水温度的升高速度；
当冷冻水出水温度高于冷冻水出水设置温度-T2时，减小第二节流装置9的开度，旁通到外置换热模块中的制冷剂流量减小，流经冷水侧换热器5的制冷剂增多，以减小冷水出水温度的升高速度；
当冷冻水出水温度高于冷冻水出水设置温度+T1、且第二节流装置的开度为Kmin时，关闭第一阀件10、第二阀件11以及第三阀件12，第二节流装置9关闭，外置换热器8的风机关闭停止换热；
其中，T2<T1，T1为第一设定裕量，T2为第二设定裕量，Kmin为设定最小开度，T1可取1~3℃，T2可取0.1~0.5℃，Kmin可取10%~15%。
需要说明的是，热水侧换热器3和冷水侧换热器5的出水温度由温度检测装置检测，在控制模块的调节过程中，每次接收温度检测装置检测的出水温度均会将该出水温度与设置温度进行比较，根据比较结果调节外置换热模块的运行状态，第二节流装置9的开度每次增加或减小的开度为△K=K*δ，K为第二节流装置的当前开度，δ为设定比例，δ可取1%。
以上所述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。

Claims (10)

1.空调系统，包括：形成冷热联供循环回路的压缩机、热水侧换热器、第一节流装置以及冷水侧换热器，所述冷热联供循环回路还连接有外置换热模块；其特征在于，
所述外置换热模块包括：外置换热器以及第二节流装置，所述外置换热器的进口并联连接所述压缩机的排气口和所述第一节流装置的进口，所述外置换热器的出口通过所述第二节流装置并联连接所述压缩机的吸气口和所述冷水侧换热器的进口；
所述冷水侧换热器的出口装有仅允许制冷剂流出的第一单向阀，所述外置换热器的进口装有仅允许制冷剂流入的第二单向阀；
所述外置换热模块与所述冷热联供循环回路之间连接有四通阀，所述四通阀的D端口连接所述压缩机的排气口、C端口连接所述热水侧换热器的进口、E端口连接所述第二节流装置的出口、S端口连接所述压缩机的吸气口；
所述第二节流装置的出口与所述E端口之间的连接管路装有第一阀件，所述外置换热器的进口与所述压缩机的排气口之间的连接管路装有第二阀件，所述第二节流装置的出口与所述冷水侧换热器的进口之间的连接管路装有第三阀件；
所述外置换热模块的运行状态由控制模块根据所述空调系统的负荷需求变化进行调节。
2.空调系统的控制方法，其特征在于，所述空调系统采用权利要求1所述的空调系统，所述控制方法包括：
所述空调系统处于冷热联供模式时，判断冷冻水出水设置温度和/或热水出水设置温度是否发生变化；
若是，则将发生变化的设置温度与其对应的换热器的出水温度进行比较，根据比较结果调节所述外置换热模块的运行状态。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，若所述冷冻水出水设置温度和所述热水出水设置温度均未变化，则关闭所述第一阀件、第二阀件以及第三阀件，所述D端口与所述C端口连通。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，若所述冷冻水出水设置温度未变化、所述热水出水设置温度减小，则实时检测所述热水侧换热器的热水出水温度，比较所述热水出水设置温度与所述热水出水温度，根据热水侧的比较结果调节所述外置换热模块的运行状态。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，根据热水侧的比较结果调节所述外置换热模块的运行状态包括：
当所述热水出水温度高于热水出水设置温度+T1时，打开所述第二阀件和第三阀件，所述第一阀件保持关闭，所述D端口与所述C端口连通，所述S端口与所述E端口连通，所述第二节流装置开至Kmin，所述外置换热器开启换热；
当所述热水出水温度高于热水出水设置温度+T2时，加大所述第二节流装置的开度；
当所述热水出水温度低于热水出水设置温度+T2时，减小所述第二节流装置的开度；
当所述热水出水温度低于热水出水设置温度-T1、且所述第二节流装置的开度为Kmin时，关闭第一阀件、第二阀件以及第三阀件，所述第二节流装置关闭，所述外置换热器停止换热；
其中，T2<T1，T1为第一设定裕量，T2为第二设定裕量，Kmin为设定最小开度。
6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，若所述冷冻水出水设置温度减小、所述热水出水设置温度不变，则实时检测所述冷水侧换热器的冷冻水出水温度，比较所述冷冻水出水设置温度与所述冷冻水出水温度，根据冷水侧的比较结果调节外置换热模块的运行状态。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，根据冷水侧的比较结果调节外置换热模块的运行状态包括：
当所述冷冻水出水温度低于冷冻水出水设置温度-T1时，打开所述第一阀件，所述第二阀件和第三阀件保持关闭，所述D端口与所述C端口连通，所述第二节流装置开至Kmin，所述外置换热器开启换热；
当所述冷冻水出水温度低于冷冻水出水设置温度-T2时，加大所述第二节流装置的开度；
当所述冷冻水出水温度高于冷冻水出水设置温度-T2时，减小所述第二节流装置的开度；
当所述冷冻水出水温度高于冷冻水出水设置温度+T1、且所述第二节流装置的开度为Kmin时，关闭第一阀件、第二阀件以及第三阀件，所述第二节流装置关闭，所述外置换热器停止换热；
其中，T2<T1，T1为第一设定裕量，T2为第二设定裕量，Kmin为设定最小开度。
8.根据权利要求5或7所述的控制方法，其特征在于，所述第二节流装置的开度每次增加或减小的开度为△K=K*δ，K为所述第二节流装置的当前开度，δ为设定比例。
9.空调机组，其特征在于，所述空调机组具有权利要求1所述的空调系统。
10.根据权利要求9所述的空调机组，其特征在于，所述空调机组为风冷冷水机组，所述热水侧换热器和所述冷水侧换热器均采用壳管式换热器，所述外置换热器采用翅片式换热器。
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