CN115388579B - 一种变压比耦合热泵系统的控制方法 - Google Patents

一种变压比耦合热泵系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变压比耦合热泵系统的控制方法，包括获取设定温度及环境温度，判断热泵系统进入制热、制冷状态；制热状态下判断环境温度与水温温差是否大于设定值，若是，则进入耦合制热状态：水泵启动，切换三通阀：a1与c1导通；a2与c2导通，高压级系统启动。优点在于：在高环温制热时，根据温度条件进行判断，满足条件时控制高压级停止工作，由低压级运行直接提供热量，也保持了系统运行有较高的等熵效率。避免出现高低压级同时运行，压缩机都工作在过压缩状态，导致系统等熵效率较差。

Description

一种变压比耦合热泵系统的控制方法
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种变压比耦合热泵系统的控制方法。
背景技术
现有的耦合热泵通常采用的技术方案是在高压级和低压级间设置中间换热器，如图1所示，在制热运行时，中间换热器在低压级作为冷凝器，中间换热器在高压级作为蒸发器，实现了热量从低压级向高压级传递。但系统在启动时运行非常不稳定，容易出现压力换报警、带液运行等问题，且系统运行波动较大，需要较长时间才参达到平稳。其次，在环温较高时，高压级压缩机和低压级压缩机均处于过压缩状态，系统制热能效较低。另外，这样的系统除霜也存在较大的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种变压比耦合热泵系统的控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种变压比耦合热泵系统的控制方法，包括：
S1、获取设定温度及环境温度，判断热泵系统进入制热、制冷状态；
S2、制热状态下判断环境温度与水温温差是否大于设定值，
若是，则进入耦合制热状态：水泵启动，切换三通阀：a1与c1导通；a2与c2导通，高压级系统启动；
若否，则进入低压制热状态：高压级系统关闭，切换三通阀，a1与b1导通；a2与b2导通，水泵停止工作。
在上述的变压比耦合热泵系统的控制方法中，耦合制热状态下，切换高压级系统以及低压级系统的四通阀，使高压级系统以及低压级系统进入制热模式；判断总回水满足开机条件；
若是，则开启水泵，切换三通阀：a1与c1导通；a2与c2导通，多个低压级系统依次启动，高压级系统启动，能调持续运行；
若否，则不启动水泵，返回判断总回水满足开机条件，直至开机条件满足。
在上述的变压比耦合热泵系统的控制方法中，耦合制热状态下进行关机时，判断总回水满足关机条件；
若是，则高压级系统关闭，多个低压级系统依次关闭，水泵停止；
若否，则不关闭高压级系统，低压级至少有一个系统保持运行，返回判断总回水满足关机条件，直至关机条件满足。
在上述的变压比耦合热泵系统的控制方法中，低压级制热状态下，切换低压级系统的四通阀，使低压级系统进入制热模式；判断总回水满足开机条件，
若是，则切换三通阀：a1与b1导通；a2与b2导通，多个低压级系统依次启动，能调持续运行；
若否，则返回判断总回水满足开机条件，直至开机条件满足。
在上述的变压比耦合热泵系统的控制方法中，低压级制热状态下进行关机时，判断总回水满足关机条件；
若是，则多个低压级系统依次关闭；
若否，则不关闭低压级系统，返回判断总回水满足关机条件，直至关机条件满足。
在上述的变压比耦合热泵系统的控制方法中，制冷状态下，切换低压级系统的四通阀，使低压级系统进入制冷模式；判断总回水满足开机条件；
若是，则切换三通阀：a1与b1导通；a2与b2导通，多个低压级系统依次启动，能调持续运行；
若否，则返回判断总回水满足开机条件，直至开机条件满足。
在上述的变压比耦合热泵系统的控制方法中，制冷状态下进行关机时，判断总回水满足关机条件；
若是，则多个低压级系统依次关闭；
若否，则不关闭低压级系统，返回判断总回水满足关机条件，直至关机条件满足。
在上述的变压比耦合热泵系统的控制方法中，耦合制热及低压制热状态下进行除霜条件判断；
若满足除霜条件，则控制低压级系统按吸气压力从低到高的顺序依次进入除霜模式，单个低压级系统除霜完成后切回制热模式，下一个低压级系统进入除霜模式，直至全部低压级系统除霜完成；
若不满足除霜条件，则返回除霜条件判断。
在上述的变压比耦合热泵系统的控制方法中，除霜判断条件如下，满足其一即为满足除霜条件：
1）距上次除霜完成后累计运行时间达到设定值；
2）蒸发温度与环境温差绝对值大于设定值；
3）蒸发温度低于设定值。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
一、在高环温制热时，根据温度条件进行判断，满足条件时控制高压级停止工作，由低压级运行直接提供热量，也保持了系统运行有较高的等熵效率。避免出现高低压级同时运行，压缩机都工作在过压缩状态，导致系统等熵效率较差。
二、制冷运行时，制冷剂的工作压比也远小于低温制热，所以也仅有低压级运行，使制冷能效也高于其它系统。
三、低压级采用了并联系统设计，至少2组，也可以是多组。由系统控制进行分步除霜，即每次仅一个系统除霜，低压级的其它系统仍处于制热状态，机组除霜时可持续供热。
附图说明
图1为现有技术中耦合热泵系统的示意图；
图2为本发明中一种变压比耦合热泵系统的连接示意图；
图3为本发明中一种变压比耦合热泵系统中高压级系统的示意图；
图4为本发明中一种变压比耦合热泵系统中低压级系统的示意图；
图5为本发明中一种变压比耦合热泵系统中耦合制热状态的系统示意图；
图6为本发明提出的一种变压比耦合热泵系统中制热状态的系统；
图7为本发明中一种变压比耦合热泵系统中制冷状态的系统；
图8为本发明中一种变压比耦合热泵系统中除霜状态的系统；
图9为本发明提出的一种变压比耦合热泵系统中除霜状态的耦合制热模式控制逻辑图；
图10为本发明提出的一种变压比耦合热泵系统的控制方法的制热模式控制逻辑图；
图11为本发明提出的一种变压比耦合热泵系统的控制方法的制冷模式控制逻辑图；
图12为本发明提出的一种变压比耦合热泵系统的控制方法的除霜模式控制逻辑图；
图13为本发明提出的一种变压比耦合热泵系统的控制方法的制热方式切换控制逻辑图。
图中：1高压级压缩机A、2高压级换热器A、3高压级电子膨胀阀A、4高压级换热器D、5低压级压缩机B、6低压级四通阀B、7低压级换热器B、8低压级电子膨胀阀B、9低压级风侧换热器B、10低压级压缩机C、11低压级四通阀C、12低压级换热器C、13低压级电子膨胀阀B、14低压级风侧换热器C、15低压级水箱、16低压级膨胀罐、17水泵、18低压级单向阀、19三通阀A、20三通阀B、21风机B、22风机C。
实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
实施例
参照图1-4，一种变压比耦合热泵系统的控制方法，本控制方法用于控制变压比耦合热泵系统，该系统由低压级系统和高压级系统、连接系统组成，所述低压级系统设置有多个，所述连接系统包括用于蓄热的水箱15、膨胀罐16、水泵17、单向阀18，所述低压级系统、高压级系统与用户端共同连接有三通阀A 19和三通阀B 20；
三通阀的a口与用户端连接，b口和低压级系统连接，c口和高压级系统连接。
所述高压级系统包括A系统，所述A系统包括高压级压缩机A 1、高压级换热器A 2、高压级电子膨胀阀A 3、高压级换热器D 4。
所述低压级系统包括低压级压缩机5、10、低压级四通阀6、11、低压级换热器7、12、低压级电子膨胀阀8、13、低压级风侧换热器9、14,所述低压级风侧换热器9、14内设置有风机B、C 21、22，所述高压级压缩机A 1选用变压比压缩机。
参考图13，控制该变压比耦合热泵系统的控制方法包括以下步骤：
S1、获取设定温度及环境温度，判断热泵系统进入制热、制冷状态；
S2、制热状态下判断环境温度与水温温差是否大于设定值，
若是，则进入耦合制热状态：水泵17启动，切换三通阀：a1与c1导通；a2与c2导通，高压级系统启动；
若否，则进入低压制热状态：高压级系统关闭，切换三通阀，a1与b1导通；a2与b2导通，水泵17停止工作。
参考图5、9，耦合制热状态下，切换高压级系统以及低压级系统的四通阀，使高压级系统以及低压级系统进入制热模式；判断总回水满足开机条件；开机条件为：水温是否低于制热设定开机水温（设定范围30-50度）。
若总回水满足开机条件，则开启水泵17，切换三通阀：多个低压级系统依次启动，高压级系统启动，能调持续运行；
此时，高压级工作循环流程是（A系统）：高压级压缩机A 1→高压级换热器A 2→高压级电子膨胀阀A 3→高压级换热器D 4→高压级压缩机A 1。
低压级的工作循环流程是（B系统）：低压级压缩机B 5→低压级四通阀B 6→低压级换热器B 7→低压级电子膨胀阀B 8→低压级风侧换热器B 9→四通阀B 6→低压级压缩机B 5。
低压级的工作循环流程是（C系统）：低压级压缩机C 10→低压级四通阀C 11→低压级换热器C 12→低压级电子膨胀阀C 13→低压级风侧换热器C 14→低压级四通阀C 11→低压级压缩机C 10。
三通阀A 19的a1与c1口连通，b1关闭；三通阀B 20的a2与c2口连通，b2关闭；风机B、C21、22运行：
多个低压级系统工作模式相同：低压级压缩机5、10排出的高温高压气态制冷剂经过低压级四通阀6、11后进入低压级换热器7、12，制冷剂在低压级换热器7、12中冷凝成过冷的液态制冷剂，并向流经低压级换热器7、12中的水释放热量；过冷的液态制冷剂经低压级电子膨胀阀8、13节流后转变为低温低压的气液两相制冷剂进入低压级风侧换热器9、14中蒸发，吸收大气中的热量后的制冷剂转变为低温过热气体，低压级四通阀6、11后回到低压级压缩机5、10进行压缩，并不断循环，持续向低压级换热器7、12中的水中输出热量；
高压级系统中的高压级压缩机A 1排出的高温高压气态制冷剂进入高压级换热器A 2，制冷剂在高压级换热器A 2中冷凝成过冷的液态制冷剂，并向流经低压级换热器7、12中的水释放热量。过冷的液态制冷剂经高压级电子膨胀阀3节流后转变为低温低压的气液两相制冷剂进入高压级换热器D 4中蒸发，吸收水中的热量后的制冷剂转变为低温过热气体，回到高压级压缩机A 1进行压缩，并不断循环，持续向高压级换热器A 2中的水中输出热量；
水泵17处于开启状态，水流经水泵17进入高压级换热器D 4中放热，然后水流经单向阀18分别进入低压级换热器7、12中吸热，水继续流经水箱15后回再进入水泵17并不断循环。
水流从总进水口流经三通阀B 20的a2与c2口后进入高压级换热器吸热后流经三通阀A 19的c1与a1口后从总出水排出。
若总回水不满足开机条件，则不启动水泵17，返回判断总回水满足开机条件，直至开机条件满足。
耦合制热状态下进行关机时，判断总回水满足关机条件；
若是，则高压级系统关闭，多个低压级系统依次关闭，水泵17停止；
若否，则不关闭高压级系统，低压级至少有一个系统保持运行，返回判断总回水满足关机条件，直至关机条件满足。
参考图10，低压制热状态下，切换低压级系统的四通阀，使低压级系统进入制热模式；判断总回水满足开机条件，开机条件为：水温是否低于制热设定开机水温（设定范围30-50度）。
若总回水满足开机条件，则切换三通阀：a1与b1导通；a2与b2导通，多个低压级系统依次启动，能调持续运行；
参考图6，此时由于环境温度并不过低（环境温度-10℃以上时），本申请的高压级系统关闭，三通阀A 19的a1与b1口连通，c1关闭；三通阀B 20的a2与b2口连通，c2关闭；风机B、C 21、22运行：
低压级的工作循环流程是（B系统）：低压级压缩机B 5→低压级四通阀B 6→低压级换热器B 7→低压级电子膨胀阀B 8→低压级风侧换热器B 9→四通阀B 6→低压级压缩机B 5。
低压级的工作循环流程是（C系统）：低压级压缩机C 10→低压级四通阀C 11→低压级换热器C 12→低压级电子膨胀阀C 13→低压级风侧换热器C 14→低压级四通阀C 11→低压级压缩机C 10。
低压级系统工作状态与耦合制热状态相同；水流从总进水口流经三通阀B 20的a2与b2口后分别进入低压级换热器7、12，吸热后流经三通阀A 19的b1与a1口后从总出水排出。
若总回水不满足开机条件，则返回判断总回水满足开机条件，直至开机条件满足。
低压制热状态下进行关机时，判断总回水满足关机条件；
若是，则多个低压级系统依次关闭；
若否，则不关闭低压级系统，低压级至少有一个系统保持运行，返回判断总回水满足关机条件，直至关机条件满足。
制冷状态下，参考图11，切换低压级系统的四通阀，使低压级系统进入制冷模式；判断总回水满足开机条件；开机条件为：实际水温高于制冷设定开机水温（设定范围5-15度）。
若满足开机条件，则多个低压级系统依次启动，能调持续运行；
参考图7，低压级的工作循环流程是（B系统）：低压级压缩机B 5→低压级四通阀B6→低压级风侧换热器B 9→低压级电子膨胀阀B 8→低压级换热器B 7→低压级四通阀B 6→低压级压缩机B 5。
低压级的工作循环流程是（C系统）：低压级压缩机C 10→低压级四通阀C 11→低压级风侧换热器C 14→低压级电子膨胀阀C 13→低压级换热器C 12→低压级四通阀C 11→低压级压缩机C 10。
三通阀A 19的a1与b1口连通，c1关闭；三通阀B 20的a2与b2口连通，c2关闭；风机B、C 21、22运行；
低压级压缩机5、10排出的高温高压气态制冷剂经过低压级四通阀6、11后进入低压级风侧换热器9、14，制冷剂在低压级风侧换热器9、14中冷凝成过冷的液态制冷剂，并向空气中释放热量。过冷的液态制冷剂经低压级电子膨胀阀8、13节流后转变为低温低压的气液两相制冷剂进入低压级换热器7、12中蒸发，吸收水中的热量后的制冷剂转变为低温过热气体，流经四通阀B后回到低压级压缩机5、10进行压缩，并不断循环，持续带走流经低压级换热器7、12水的热量；
水流从总进水口流经三通阀B 20的a2与b2口后分别进入低压级换热器7、12，放热后流经三通阀A 19的b1与a1口后从总出水排出。
若不满足开机条件，则返回判断总回水满足开机条件，直至开机条件满足。本申请的系统进行制冷时,高压级系统关闭，
制冷状态下进行关机时，判断总回水满足关机条件；
若是，则多个低压级系统依次关闭；
若否，则不关闭低压级系统，低压级至少有一个系统保持运行，返回判断总回水满足关机条件，直至关机条件满足。
除霜模式，参考图12，耦合制热及低压制热状态下进行除霜条件判断；
若满足除霜条件，则控制低压级系统按吸气压力从低到高的顺序依次进入除霜模式，单个低压级系统除霜完成后切回制热模式，下一个低压级系统进入除霜模式，直至全部低压级系统除霜完成；
参考图8，机组运行除霜时，高压级工作循环流程是（与耦合制热模式相同）：高压级压缩机A 1→高压级换热器A 2→高压级电子膨胀阀A 3→高压级换热器D 4→高压级压缩机A 1；
低压级（B系统）运行除霜（与制冷模式相同）：低压级压缩机B 5→低压级四通阀B6→低压级风侧换热器B 9→低压级电子膨胀阀B 8→低压级换热器B 7→低压级四通阀B 6→低压级压缩机B 5。
低压级（C系统）运行制热（与耦合制热模式相同）：低压级压缩机C 10→低压级四通阀C 11→低压级换热器C 12→低压级电子膨胀阀C 13→低压级风侧换热器C 14→低压级四通阀C 11→低压级压缩机10 C。
三通阀A 19的a1与c1口连通，b1关闭；三通阀B 20的a2与c2口连通，b2关闭；B系统中的风机B 21停止运行，C系统中的风机C 22 运行。
若不满足除霜条件，则返回除霜条件判断。
除霜判断条件如下，满足其一即为满足除霜条件：
1）距上次除霜完成后累计运行时间达到设定值（范围30-300分钟）；
2）蒸发温度与环境温差绝对值大于设定值（范围2-20度）；
3）蒸发温度低于设定值（范围-40～0度）。

Claims (9)

1.一种变压比耦合热泵系统的控制方法，其特征在于，包括：
S1、获取设定温度及环境温度，判断热泵系统进入制热、制冷状态；
S2、制热状态下判断环境温度与水温温差是否大于设定值，
若是，则进入耦合制热状态：水泵启动，切换三通阀：a1与c1导通；a2与c2导通，高压级系统启动；
若否，则进入低压级制热状态：高压级系统关闭，切换三通阀，a1与b1导通；a2与b2导通，水泵停止工作；
本控制方法用于控制变压比耦合热泵系统，该系统由低压级系统和高压级系统、连接系统组成，所述低压级系统设置有多个，所述连接系统包括用于蓄热的水箱、膨胀罐、水泵、单向阀，所述低压级系统、高压级系统与用户端共同连接有三通阀A 和三通阀B。
2.根据权利要求1所述的一种变压比耦合热泵系统的控制方法，其特征在于，耦合制热状态下，切换高压级系统以及低压级系统的四通阀，使高压级系统以及低压级系统进入制热模式；判断总回水满足开机条件；
若是，则开启水泵，切换三通阀：a1与c1导通；a2与c2导通，多个低压级系统依次启动，高压级系统启动，能调持续运行；
若否，则不启动水泵，返回判断总回水满足开机条件，直至开机条件满足。
3.根据权利要求2所述的一种变压比耦合热泵系统的控制方法，其特征在于，耦合制热状态下进行关机时，判断总回水满足关机条件；
若是，则高压级系统关闭，多个低压级系统依次关闭，水泵停止；
若否，则不关闭高压级系统，低压级至少有一个系统保持运行，返回判断总回水满足关机条件，直至关机条件满足。
4.根据权利要求1所述的一种变压比耦合热泵系统的控制方法，其特征在于，低压制热状态下，切换低压级系统的四通阀，使低压级系统进入制热模式；判断总回水满足开机条件，
若是，则切换三通阀：a1与b1导通；a2与b2导通，多个低压级系统依次启动，能调持续运行；
若否，则返回判断总回水满足开机条件，直至开机条件满足。
5.根据权利要求4所述的一种变压比耦合热泵系统的控制方法，其特征在于，低压制热状态下进行关机时，判断总回水满足关机条件；
若是，则多个低压级系统依次关闭；
若否，则不关闭低压级系统，返回判断总回水满足关机条件，直至关机条件满足。
6.根据权利要求1所述的一种变压比耦合热泵系统的控制方法，其特征在于，制冷状态下，切换低压级系统的四通阀，使低压级系统进入制冷模式；判断总回水满足开机条件；
若是，则切换三通阀：a1与b1导通；a2与b2导通，多个低压级系统依次启动，能调持续运行；
若否，则返回判断总回水满足开机条件，直至开机条件满足。
7.根据权利要求6所述的一种变压比耦合热泵系统的控制方法，其特征在于，制冷状态下进行关机时，判断总回水满足关机条件；
若是，则多个低压级系统依次关闭；
若否，则不关闭低压级系统，返回判断总回水满足关机条件，直至关机条件满足。
8.根据权利要求1所述的一种变压比耦合热泵系统的控制方法，其特征在于，耦合制热及低压制热状态下进行除霜条件判断；
若满足除霜条件，则控制低压级系统按吸气压力从低到高的顺序依次进入除霜模式，单个低压级系统除霜完成后切回制热模式，下一个低压级系统进入除霜模式，直至全部低压级系统除霜完成；
若不满足除霜条件，则返回除霜条件判断。
9.根据权利要求8所述的一种变压比耦合热泵系统的控制方法，其特征在于，除霜判断条件如下，满足其一即为满足除霜条件：
1）距上次除霜完成后累计运行时间达到设定值；
2）蒸发温度与环境温差绝对值大于设定值；
3）蒸发温度低于设定值。
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