CN115727570B - 一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组及其控制方法,机组包括蒸发器、冷凝器、管路系统、压缩机、平衡换热器、气液分离器,管路系统能切换蒸发器、冷凝器、压缩机、平衡换热器和气液分离器之间的连接关系形成多种运行模式,包括:同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式、只制冷,不制热运行模式、只有制热需求,无制冷需求运行模式、只制热,不制冷,平衡换热器除霜运行模式、同时制冷、制热,制热量大于制冷量运行模式、同时制冷、制热,制冷量大于制热量运行模式。解决了空气源热泵机组运行效率低,制造成本高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空气源热泵热量回收领域,特别涉及一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组及其控制方法。
背景技术
工业洁净厂房、医院接近手术部以及游泳馆等场所往往需要除湿,空调行业除湿多采用低温冷水冷却除湿,除湿后低温的空气再通过加热盘管再热后送入房间,这种方案不仅需要两套冷热源设备同时制冷、制热,还造成了冷热量相互抵消,属于不合理能耗,多本规范指出在同一系统中需要同时供冷和供热时,可选用热回收机组。热回收机组消耗一份能量,便可同时获得冷水和热水,完美实现了机组节能降耗。热回收空气源热泵可实现同时供冷、供热,当前广泛应用于需要冷却除湿加再热的场所,同时对于酒店以及区分内外区的大型建筑等需要同时供冷、供热的场所也具有极高的适用性。
传统热回收空气源热泵机组可实现夏季同时供冷和供热,但冬夏季通过四通换向阀切换,冬季和过渡季供暖的时候无法回收机组冷量,功能单一,应用受限。而四管制空气源热泵采用多个电磁阀及四通换向阀控制机组功能切换,系统复杂,且大管径电磁阀存在关闭不严等一系列问题,导致机组运行能效低,制造成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的机组运行效能低,制造成本高的不足,提供一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组及其控制方法。
为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:
一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,包括独立系统、蒸发器、冷凝器和管路系统,所述独立系统包括压缩机、平衡换热器、气液分离器,所述管路系统能够切换所述蒸发器、所述冷凝器、所述压缩机、所述平衡换热器和所述气液分离器之间的连接关系以形成以下机组运行模式:
同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式,其中,所述压缩机出口通过所述管路系统与所述冷凝器连接,所述冷凝器通过所述管路系统、电子膨胀阀与所述蒸发器连接,所述蒸发器通过所述管路系统与所述气液分离器进口连接,所述气液分离器出口通过所述管路系统与所述压缩机进口连接;
只制冷,不制热运行模式,其中,所述压缩机出口通过所述管路系统与所述平衡换热器第一端口连接,所述平衡换热器第二端口通过所述管路系统、所述电子膨胀阀与所述蒸发器连接,所述蒸发器通过所述管路系统与所述气液分离器进口连接,所述气液分离器出口通过所述管路系统与所述压缩机进口连接;
只有制热需求,无制冷需求运行模式,其中,所述压缩机出口通过所述管路系统与所述冷凝器连接,所述冷凝器通过所述管路系统、所述电子膨胀阀与所述平衡换热器第二端口连接,所述平衡换热器第一端口通过所述管路系统与所述气液分离器进口连接,所述气液分离器出口通过所述管路系统与所述压缩机进口连接;
只制热,不制冷,平衡换热器除霜运行模式,其中,所述压缩机出口通过所述管路系统与所述平衡换热器第一端口连接,所述平衡换热器第二端口通过所述管路系统、所述电子膨胀阀与所述冷凝器连接,所述冷凝器通过所述管路系统与所述气液分离器进口连接,所述气液分离器出口通过所述管路系统与所述压缩机进口连接;
同时制冷、制热,制热量大于制冷量运行模式,其中,部分所述独立系统按照所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,部分所述独立系统按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行或所述只制热、不制冷,平衡换热器除霜运行模式运行;
同时制冷、制热,制冷量大于制热量运行模式,其中,部分所述独立系统按照所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,部分所述独立系统按照所述只制冷,不制热运行模式运行。
优选地,所述管路系统包括第一三通换向阀和第二三通换向阀,第一单向阀和第二单向阀;所述电子膨胀阀包括第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀;其中,所述第一三通换向阀的a端口、所述第二三通换向阀的a端口连接至所述压缩机出口;所述第二三通换向阀的b端口连接至所述冷凝器,所述冷凝器与所述第三电子膨胀阀、所述第二单向阀导通端口连接,所述第三电子膨胀阀与所述第二单向阀并联连接,所述第三电子膨胀阀、所述第二单向阀截止端口连接至所述第一电子膨胀阀,所述第一电子膨胀阀连接至所述蒸发器,所述蒸发器与所述第一三通换向阀的c端口、所述第二三通换向阀的c端口连接;所述第一三通换向阀的b端口连接至所述平衡换热器,所述平衡换热器与所述第二电子膨胀阀、所述第一单向阀导通端口连接,所述第二电子膨胀阀、所述第一单向阀并联连接,所述第二电子膨胀阀、所述第一单向阀截止端口连接在所述第二电子膨胀阀、所述第二单向阀截止端口与所述第一电子膨胀阀之间;所述气液分离器进口连接在所述第一三通换向阀的c端口与所述蒸发器之间,所述气液分离器出口与所述压缩机进口连接。
优选地,所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式,其切换过程如下:所述第一三通换向阀的b、c端口连通,所述第二三通换向阀的a、b端口连通,所述第二电子膨胀阀、所述第三电子膨胀阀关闭,所述第一电子膨胀阀打开,所述压缩机排出高温高压气态制冷剂通过所述冷凝器冷凝放热,为用户制取热水,冷凝为液态的制冷剂经过所述第一电子膨胀阀膨胀,进入所述蒸发器蒸发吸热,为用户制取冷水。
优选地,所述只制冷,不制热运行模式,其切换过程如下:所述第一三通换向阀的a、b端口连通,所述三通换向阀的b、c端口连通,所述第二电子膨胀阀、所述第三电子膨胀阀关闭,所述第一电子膨胀阀打开,所述压缩机排出高温高压气态制冷剂通过所述平衡换热器冷凝放热,放出的热量排放到空气中,冷凝为液态的制冷剂通过所述第一单向阀后,通过所述第一电子膨胀阀膨胀,并在所述蒸发器中蒸发吸热,为用户制取冷水,蒸发后的气态制冷剂经过所述气液分离器回到所述压缩机继续不断循环。
优选地,所述只有制热需求,无制冷需求运行模式,其切换过程如下:所述第一三通换向阀的b、c端口连通,所述第二三通换向阀的a、b端口连通,所述第一电子膨胀阀、所述第三电子膨胀阀关闭,所述第二电子膨胀阀打开,所述压缩机排出的高温高压气态制冷剂通过冷凝器冷凝放热,为用户制取热水,冷凝为液态的制冷剂通过所述第二单向阀后,通过所述第二电子膨胀阀膨胀,并在所述平衡换热器中蒸发,并从空气中吸热,蒸发后的气态制冷剂经过所述气液分离器回到所述压缩机继续不断循环。
优选地,所述只制热、不制冷,平衡换热器除霜运行模式,其切换过程如下:所述第一三通换向阀的a、b端口连通,所述第二三通换向阀的b、c端口连通,所述第一电子膨胀阀、所述第二电子膨胀阀关闭,所述第三电子膨胀阀打开,所述压缩机排出的高温高压气态制冷剂通过所述平衡换热器冷凝放热,为所述平衡换热器除霜,冷凝为液态的制冷剂通过所述第一单向阀后,通过所述第三电子膨胀阀膨胀,并在所述冷凝器中蒸发吸热,蒸发后的气态制冷剂经过所述气液分离器回到所述压缩机继续不断循环。
优选地,所述独立系统包括四个独立系统,分别是独立系统一、独立系统二、独立系统三、独立系统四,所述独立系统一、所述独立系统二、所述独立系统三、所述独立系统四均通过所述管路系统独立连接在所述冷凝器和所述蒸发器上。
优选地,所述同时制冷、制热,制热量大于制冷量运行模式,其切换过程如下:所述独立系统一、所述独立系统二、所述独立系统三,按照所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,所述独立系统四按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行或所述只制热,不制冷,平衡换热器除霜运行模式运行,以此协调用户侧供热量大于供冷量需求。
优选地,所述同时制冷、制热,制冷量大于制热量运行模式,其切换过程如下:所述独立系统一、所述独立系统二、所述独立系统三,按照所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,所述独立系统四按照所述只制冷,不制热运行模式运行,以此协调用户侧供冷量大于供热量需求。
一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组的控制方法,包括以下步骤:
S1.采集机组参数,包括供热水温Ths℃、供冷水温Tcs℃、设定供热温度Ths’℃、设定供冷温度 Tcs’℃;
S2.判断机组供冷、供热水温是否满足设定温度范围要求:Ths’-0.5℃ <Ths℃<Ths’+0.5℃且Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃,如果同时满足则继续监测S1中所述参数;
S3.如果不满足S2中Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃,则判断机组是否供热温度超出设定温度范围、供冷温度低于设定温度范围:Ths’+0.5℃ < Ths℃且Tcs℃< Tcs’-0.5℃,如果满足,则关闭一个独立系统,并继续监测S1中所述参数;
S4.如果不满足S3中Ths’+0.5℃ < Ths℃且Tcs℃< Tcs’-0.5℃,则判断机组是否供热温度低于设定温度范围、供冷温度超出设定温度范围:Ths℃<Ths’-0.5℃且 Tcs℃> Tcs’+0.5℃,如果满足,则多开启一个独立系统,并按照同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,并继续监测步S1中所述参数;
S5.如果不满足S4中Ths℃<Ths’-0.5℃且Tcs℃> Tcs’+0.5℃,则判断机组是否满足:Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs℃< Tcs’-0.5℃,如果满足,则首先判断是否已经开启的独立系统有按照只制冷、不制热运行模式运行的,如果有,则关闭其中按照所述只制冷、不制热运行模式运行的独立系统;如果没有,则其中一个独立系统由所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式切换为只有制热需求,无制冷需求运行模式,并继续监测S1中所述参数;
S6.如果不满足S5的中Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs℃< Tcs’-0.5℃,则判断机组是否满足:Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs℃> Tcs’+0.5℃,如果满足,则首先判断是否已经开启的独立系统有按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的,如果有,则其中一个按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的独立系统切换为所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式;如果没有,则多开启一个独立系统,并按照所述只制冷、不制热运行模式运行,并继续监测S1中所述参数;
S7.如果不满足S6中Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs ℃>Tcs’+0.5℃,则判断机组是否满足:Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃且Ths℃> Ths’+0.5℃,如果满足,则首先判断已经开启的独立系统是否有按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的,如果有,则关闭其中一个按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的独立系统;如果没有,则其中一个独立系统由所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式切换为所述只制冷、不制热运行模式,并继续S1中所述参数;
S8.如果不满足S7中Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃且Ths℃> Ths’+0.5℃,则判断机组是否满足:Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃且Ths℃< Ths’-0.5℃,如果满足,则首先判断已经开启的独立系统有按照所述只制冷、不制热运行模式运行的,如果有,则其中一个按照所述只制冷、不制热运行的独立系统切换为所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行;如果没有,则多开启一个独立系统,并按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行,并继续监测S1中所述参数。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
1.通过多个独立系统各自的功能切换实现机组供热、供冷量随意组合,可满足用户各类冷、热需求,同时提高了运行效率,降低了制造成本,节能高效;
2.通过对机组供热水温Ths℃、供冷水温Tcs℃,及设定供热温度Ths’℃、设定供冷温度Tcs’℃参数的采集判断,实现每个系统在同时有制冷、制热需求,无需开启平衡换热器、只制冷,不制热、只有制热需求,无制冷需求三种运行模式下的切换,以满足用户用热、用冷需求。
附图说明
图1为机组系统原理图;
图2为同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器机组系统原理图;
图3为只制冷,不制热机组系统原理图;
图4为只制热,不制冷机组系统原理图;
图5为只制热、不制冷,平衡换热器除霜机组系统原理图;
图6为同时制冷、制热,制热量大于制冷量机组系统原理图;
图7为同时制冷、制热,制冷量大于制热量机组系统原理图;
图8为第一部分控制逻辑框图;
图9为第二部分控制逻辑框图;
图10为第三部分控制逻辑框图;
图11为第四部分控制逻辑框图;
图12为第五部分控制逻辑框图。
图中标记:1-压缩机,2-第一三通换向阀,3-第二三通换向阀,4-蒸发器,5-平衡换热器,6-气液分离器,7-冷凝器,8-第一电子膨胀阀,9-第二电子膨胀阀,10-第一单向阀,11-第三电子膨胀阀,12-第二单向阀。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,包括四个独立系统,分别是独立系统一、独立系统二、独立系统三、独立系统四、蒸发器、冷凝器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀和管路系统,管路系统包括第一三通换向阀、第二三通换向阀、第一单向阀、第二单向阀,独立系统一、独立系统二、独立系统三、独立系统四均通过管路系统独立连接在冷凝器和蒸发器上,所述管路系统能够切换所述蒸发器、所述冷凝器、所述压缩机、所述平衡换热器和所述气液分离器之间的连接关系以形成以下机组运行模式:同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式、只制冷,不制热运行模式、只有制热需求,无制冷需求运行模式、只制热,不制冷,平衡换热器除霜运行模式、同时制冷、制热,制热量大于制冷量运行模式、同时制冷、制热,制冷量大于制热量运行模式。
如图1所示,机组包括的装置的连接关系如下:
管路系统包括第一三通换向阀和第二三通换向阀,第一单向阀和第二单向阀;电子膨胀阀包括第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀;其中,第一三通换向阀的a端口、第二三通换向阀的a端口连接至压缩机出口;第二三通换向阀的b端口连接至冷凝器,冷凝器与第三电子膨胀阀、第二单向阀导通端口连接,第三电子膨胀阀与第二单向阀并联连接,第三电子膨胀阀、第二单向阀截止端口连接至第一电子膨胀阀,第一电子膨胀阀连接至蒸发器,蒸发器与第一三通换向阀的c端口、第二三通换向阀的c端口连接;第一三通换向阀的b端口连接至平衡换热器,平衡换热器与第二电子膨胀阀、第一单向阀导通端口连接,第二电子膨胀阀、第一单向阀并联连接,第二电子膨胀阀、第一单向阀截止端口连接在第二电子膨胀阀、第二单向阀截止端口与第一电子膨胀阀之间;气液分离器进口连接在第一三通换向阀的c端口与蒸发器之间,气液分离器出口与压缩机进口连接。
如图2所示,在同时供应冷水和热水且冷热需求均衡,无需开启平衡换热器工况时,独立系统一、二、三、四均开启同时制冷、制热运行模式,无需开启平衡换热器。具体系统运行流程以独立系统一为例进行描述:第一三通换向阀切换到b、c端口连通,第二三通换向阀切换到a、b端口连通,第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀关闭,第一电子膨胀阀打开,压缩机排出的高温高压气态制冷剂通过冷凝器冷凝放热,同时为用户提供热水,冷凝为液态的制冷剂被关闭的第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀和单向阀阻挡,只能通过第一电子膨胀阀膨胀,并在蒸发器中蒸发吸热,为用户制取冷水,蒸发后的气态制冷剂经过气液分离器回到压缩机继续不断循环。特别在第一三通换向阀位置,虽然在b、c端口连通,但由于单向阀的存在使得高压侧制冷剂无法逆流回到平衡换热器,并且低压气态制冷剂因为压差无法顺流通过单向阀形成制冷剂短路,这一特殊的设置也确保了系统的稳定运行。
如图3所示,在只有制冷需求,无制热需求时,独立系统一、二、三、四均开启只制冷、不制热运行模式,制冷剂均绕过冷凝器通过平衡换热器进行散热。具体系统运行流程以独立系统一为例进行描述:第一三通换向阀切换到a、b端口连通,第二三通换向阀切换到b、c端口连通,第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀关闭,第一电子膨胀阀打开,压缩机排出的高温高压气态制冷剂通过平衡换热器冷凝放热,将热量排放到空气中,冷凝为液态的制冷剂通过单向阀之后被单向阀阻挡,只能通过第一电子膨胀阀膨胀,并在蒸发器中蒸发吸热,为用户制取冷水,蒸发后的气态制冷剂经过气液分离器回到压缩机继续不断循环。特别在第二三通换向阀位置,虽然在b、c端口连通,但由于单向阀的存在使得高压侧制冷剂无法逆流到冷凝器,并且低压气态制冷剂因为压差无法顺流通过单向阀形成制冷剂短路,这一特殊的设置也确保了系统的稳定运行。
如图4所示,在只有制热需求,无制冷需求时,独立系统一、二、三、四均开启制冷运行模式,制冷剂均绕过冷凝器通过平衡换热器进行散热。具体系统运行流程以独立系统一为例进行描述:第一三通换向阀切换到b、c端口连通,第二三通换向阀切换到a、b端口连通,第一电子膨胀阀、第三电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀打开,压缩机排出的高温高压气态制冷剂通过冷凝器冷凝放热,同时为用户制取热水,冷凝为液态的制冷剂通过单向阀之后被关闭的第一电子膨胀阀阻挡,只能通过第二电子膨胀阀膨胀,并在平衡换热器中蒸发并从空气吸热,蒸发后的气态制冷剂经过气液分离器回到压缩机继续不断循环。
如图5所示,在无制冷需求,冬季制热运行平衡换热器判断为需要除霜时,独立系统一、二、三、四根据各自结霜情况相互轮换开启除霜运行模式,其中一个独立系统除霜的同时其余独立系统保持制热运行,此时除霜方式为逆循环除霜方式,相互轮换除霜的方式可以最大程度避免机组供热水温波动。具体系统运行流程以独立系统一除霜为例进行描述:第一三通换向阀切换到a、b端口连通,第二三通换向阀切换到b、c端口连通,第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀关闭,第三电子膨胀阀打开,压缩机排出的高温高压气态制冷剂通过平衡换热器,为换热器除霜,冷凝为液态的制冷剂通过单向阀之后被关闭的第一电子膨胀阀和单向阀阻挡,只能通过第三电子膨胀阀膨胀,并在冷凝器中蒸发吸热,蒸发后的气态制冷剂经过气液分离器回到压缩机继续不断循环。
如图6所示,在同时制冷、制热,制热量大于制冷量时,独立系统一、独立系统二、独立系统三,按照同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,独立系统四按照只有制热需求,无制冷需求运行模式运行或只制热,不制冷,平衡换热器除霜运行模式运行,依此方法来协调用户侧供热量大于供冷量需求,根据冷热负荷差距,可相应增加只供热、不供冷运行系统个数。当机组有同时制冷、制热需求,制热需求大于制冷需求,在冬季低温高湿环境运行,平衡换热器可能会结霜,以独立系统四平衡换热器需要除霜运行为例,独立系统四除霜运行模式与只制冷,不制热运行模式相同,如图所示,此时独立系统四通过从蒸发器吸收热量以及压缩机电耗为平衡换热器提供除霜热量。
如图7所示,在同时制冷、制热,制冷量大于制热量时,独立系统一、独立系统二、独立系统三,按照同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,独立系统四按照只制冷,不制热运行模式运行,依此方法来协调用户侧供冷量大于供热量需求,根据冷热负荷差距,可相应增加只供冷、不供热运行系统个数。
一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,由于同时存在供冷和供热工况,其控制逻辑不同于传统空气源热泵,该系统由多个相互独立的制冷系统组合而成,每个系统可在三种运行模式下独立切换,增加了控制难度,因此提出基于供冷、供热温度的系统控制模型,即一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组的控制方法,用于智能控制机组在满足用户用热、用冷需求的同时,节能高效运行。
如图8、图9、图10、图11、图12所示,图8、图9、图10、图11、图12为一完整逻辑框图拆解的部分逻辑框图,五图共同构成整个逻辑判断过程,一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组的控制方法,包括以下步骤:
S1.采集机组参数,包括供热水温Ths℃、供冷水温Tcs℃、设定供热温度Ths’℃、设定供冷温度 Tcs’℃;
S2.判断机组供冷、供热水温是否满足设定温度范围要求:Ths’-0.5℃ <Ths℃<Ths’+0.5℃且Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃,如果同时满足则继续监测S1中参数;
S3.如果不满足S2中Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃,则判断机组是否供热温度超出设定温度范围、供冷温度低于设定温度范围:Ths’+0.5℃ < Ths℃且Tcs℃< Tcs’-0.5℃,如果满足,则关闭一个独立系统,并继续监测S1中参数;
S4.如果不满足S3中Ths’+0.5℃ < Ths℃且Tcs℃< Tcs’-0.5℃,则判断机组是否供热温度低于设定温度范围、供冷温度超出设定温度范围:Ths℃<Ths’-0.5℃且 Tcs℃> Tcs’+0.5℃,如果满足,则多开启一个独立系统,并按照同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,并继续监测步S1中参数;
S5.如果不满足S4中Ths℃<Ths’-0.5℃且Tcs℃> Tcs’+0.5℃,则判断机组是否满足:Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs℃< Tcs’-0.5℃,如果满足,则首先判断是否已经开启的独立系统有按照只制冷、不制热运行模式运行的,如果有,则关闭其中按照只制冷、不制热运行模式运行的独立系统;如果没有,则其中一个独立系统由同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式切换为只有制热需求,无制冷需求运行模式,并继续监测S1中参数;
S6.如果不满足S5的中Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs℃< Tcs’-0.5℃,则判断机组是否满足:Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs℃> Tcs’+0.5℃,如果满足,则首先判断是否已经开启的独立系统有按照只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的,如果有,则其中一个按照只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的独立系统切换为同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式;如果没有,则多开启一个独立系统,并按照只制冷、不制热运行模式运行,并继续监测S1中参数;
S7.如果不满足S6中Ths’-0.5℃ <Ths℃< Ths’+0.5℃且Tcs ℃>Tcs’+0.5℃,则判断机组是否满足:Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃且Ths℃> Ths’+0.5℃,如果满足,则首先判断已经开启的独立系统是否有按照只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的,如果有,则关闭其中一个按照只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的独立系统;如果没有,则其中一个独立系统由同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式切换为只制冷、不制热运行模式,并继续S1中参数;
S8.如果不满足S7中Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃且Ths℃> Ths’+0.5℃,则判断机组是否满足:Tcs’-0.5℃ <Tcs℃< Tcs’+0.5℃且Ths℃< Ths’-0.5℃,如果满足,则首先判断已经开启的独立系统有按照只制冷、不制热运行模式运行的,如果有,则其中一个按照只制冷、不制热运行的独立系统切换为同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行;如果没有,则多开启一个独立系统,并按照只有制热需求,无制冷需求运行模式运行,并继续监测S1中参数。
机组还包括另外的实施方式,和上述实施例的区别在于,在压缩机出口与第一三通换向阀a端口之间连接有油分离器,在冷凝器与并联连接的第三电子膨胀阀、第二单向阀之间连接有经济器和储液器,或者是在冷凝器与并联连接的第三电子膨胀阀、第二单向阀之间连接有闪蒸器和储液器。
以上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)
1.一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,其特征在于,包括多个独立系统、蒸发器(4)、冷凝器(7)和管路系统,所述多个独立系统均通过所述管路系统独立连接在所述冷凝器(7)和所述蒸发器(4)上,所述独立系统包括压缩机(1)、平衡换热器(5)、气液分离器(6),所述管路系统能够切换所述蒸发器(4)、所述冷凝器(7)、所述压缩机(1)、所述平衡换热器(5)和所述气液分离器(6)之间的连接关系以形成以下机组运行模式:
同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式,所述多个独立系统均开启同时制冷、制热运行模式,无需开启平衡换热器,其中,所述压缩机(1)出口通过所述管路系统与所述冷凝器(7)连接,所述冷凝器(7)通过所述管路系统、电子膨胀阀与所述蒸发器(4)连接,所述蒸发器(4)通过所述管路系统与所述气液分离器(6)进口连接,所述气液分离器(6)出口通过所述管路系统与所述压缩机(1)进口连接;
只制冷,不制热运行模式,所述多个独立系统均开启只制冷、不制热运行模式,制冷剂均绕过冷凝器(7)通过平衡换热器(5)进行散热,其中,所述压缩机(1)出口通过所述管路系统与所述平衡换热器(5)第一端口连接,所述平衡换热器(5)第二端口通过所述管路系统、所述电子膨胀阀与所述蒸发器(4)连接,所述蒸发器(4)通过所述管路系统与所述气液分离器(6)进口连接,所述气液分离器(6)出口通过所述管路系统与所述压缩机(1)进口连接;
只有制热需求,无制冷需求运行模式,所述多个独立系统均开启制热运行模式,制冷剂均绕过蒸发器(4)通过平衡换热器(5)进行蒸发吸热,其中,所述压缩机(1)出口通过所述管路系统与所述冷凝器(7)连接,所述冷凝器(7)通过所述管路系统、所述电子膨胀阀与所述平衡换热器(5)第二端口连接,所述平衡换热器(5)第一端口通过所述管路系统与所述气液分离器(6)进口连接,所述气液分离器(6)出口通过所述管路系统与所述压缩机(1)进口连接;
只制热,不制冷,平衡换热器除霜运行模式,所述多个独立系统根据各自结霜情况相互轮换开启除霜运行模式,其中一个独立系统除霜的同时其余独立系统保持制热运行,此时除霜方式为逆循环除霜方式,其中,所述压缩机(1)出口通过所述管路系统与所述平衡换热器(5)第一端口连接,所述平衡换热器(5)第二端口通过所述管路系统、所述电子膨胀阀与所述冷凝器(7)连接,所述冷凝器(7)通过所述管路系统与所述气液分离器(6)进口连接,所述气液分离器(6)出口通过所述管路系统与所述压缩机(1)进口连接;
同时制冷、制热,制热量大于制冷量运行模式,其中,部分所述独立系统按照所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,部分所述独立系统按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行或所述只制热、不制冷,平衡换热器除霜运行模式运行;
同时制冷、制热,制冷量大于制热量运行模式,其中,部分所述独立系统按照所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,部分所述独立系统按照所述只制冷,不制热运行模式运行。
2.根据权利要求1所述的一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,其特征在于,所述管路系统包括第一三通换向阀(2)和第二三通换向阀(3),第一单向阀(10)和第二单向阀(12);
所述电子膨胀阀包括第一电子膨胀阀(8)、第二电子膨胀阀(9)、第三电子膨胀阀(11);其中,所述第一三通换向阀(2)的a端口、所述第二三通换向阀(3)的a端口连接至所述压缩机(1)出口;
所述第二三通换向阀(3)的b端口连接至所述冷凝器(7),所述冷凝器(7)与所述第三电子膨胀阀(11)、所述第二单向阀(12)导通端口连接,所述第三电子膨胀阀(11)与所述第二单向阀(12)并联连接,所述第三电子膨胀阀(11)、所述第二单向阀(12)截止端口连接至所述第一电子膨胀阀(8),所述第一电子膨胀阀(8)连接至所述蒸发器(4),所述蒸发器(4)与所述第一三通换向阀(2)的c端口、所述第二三通换向阀(3)的c端口连接;
所述第一三通换向阀(2)的b端口连接至所述平衡换热器(5),所述平衡换热器(5)与所述第二电子膨胀阀(9)、所述第一单向阀(10)导通端口连接,所述第二电子膨胀阀(9)、所述第一单向阀(10)并联连接,所述第二电子膨胀阀(9)、所述第一单向阀(10)截止端口连接在所述第二电子膨胀阀(11)、所述第二单向阀(12)截止端口与所述第一电子膨胀阀(8)之间;
所述气液分离器(6)进口连接在所述第一三通换向阀(2)的c端口与所述蒸发器(4)之间,所述气液分离器(6)出口与所述压缩机(1)进口连接。
3.根据权利要求2所述的一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,其特征在于,所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式,其切换过程如下:所述第一三通换向阀(2)的b、c端口连通,所述第二三通换向阀(3)的a、b端口连通,所述第二电子膨胀阀(9)、所述第三电子膨胀阀(11)关闭,所述第一电子膨胀阀(8)打开,所述压缩机(1)排出高温高压气态制冷剂通过所述冷凝器(7)冷凝放热,为用户制取热水,冷凝为液态的制冷剂经过所述第一电子膨胀阀(8)膨胀,进入所述蒸发器(4)蒸发吸热,为用户制取冷水。
4.根据权利要求2所述的一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,其特征在于,所述只制冷,不制热运行模式,其切换过程如下:所述第一三通换向阀(2)的a、b端口连通,所述三通换向阀的b、c端口连通,所述第二电子膨胀阀(9)、所述第三电子膨胀阀(11)关闭,所述第一电子膨胀阀(8)打开,所述压缩机(1)排出高温高压气态制冷剂通过所述平衡换热器(5)冷凝放热,放出的热量排放到空气中,冷凝为液态的制冷剂通过所述第一单向阀(10)后,通过所述第一电子膨胀阀(8)膨胀,并在所述蒸发器(4)中蒸发吸热,为用户制取冷水,蒸发后的气态制冷剂经过所述气液分离器(6)回到所述压缩机(1)继续不断循环。
5.根据权利要求2所述的一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,其特征在于,所述只有制热需求,无制冷需求运行模式,其切换过程如下:所述第一三通换向阀(2)的b、c端口连通,所述第二三通换向阀(3)的a、b端口连通,所述第一电子膨胀阀(8)、所述第三电子膨胀阀(11)关闭,所述第二电子膨胀阀(9)打开,所述压缩机(1)排出的高温高压气态制冷剂通过冷凝器(7)冷凝放热,为用户制取热水,冷凝为液态的制冷剂通过所述第二单向阀(12)后,通过所述第二电子膨胀阀(9)膨胀,并在所述平衡换热器(5)中蒸发,并从空气中吸热,蒸发后的气态制冷剂经过所述气液分离器(6)回到所述压缩机(1)继续不断循环。
6.根据权利要求2所述的一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,其特征在于,所述只制热、不制冷,平衡换热器除霜运行模式,其切换过程如下:所述第一三通换向阀(2)的a、b端口连通,所述第二三通换向阀(3)的b、c端口连通,所述第一电子膨胀阀(8)、所述第二电子膨胀阀(9)关闭,所述第三电子膨胀阀(11)打开,所述压缩机(1)排出的高温高压气态制冷剂通过所述平衡换热器(5)冷凝放热,为所述平衡换热器(5)除霜,冷凝为液态的制冷剂通过所述第一单向阀(10)后,通过所述第三电子膨胀阀(11)膨胀,并在所述冷凝器(7)中蒸发吸热,蒸发后的气态制冷剂经过所述气液分离器(6)回到所述压缩机(1)继续不断循环。
7.根据权利要求1所述的一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,其特征在于,所述独立系统包括四个独立系统,分别是独立系统一、独立系统二、独立系统三、独立系统四,所述独立系统一、所述独立系统二、所述独立系统三、所述独立系统四均通过所述管路系统独立连接在所述冷凝器(7)和所述蒸发器(4)上。
8.根据权利要求7所述的一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,其特征在于,所述同时制冷、制热,制热量大于制冷量运行模式,其切换过程如下:所述独立系统一、所述独立系统二、所述独立系统三,按照所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,所述独立系统四按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行或所述只制热,不制冷,平衡换热器除霜运行模式运行,以此协调用户侧供热量大于供冷量需求。
9.根据权利要求7所述的一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组,其特征在于,所述同时制冷、制热,制冷量大于制热量运行模式,其切换过程如下:所述独立系统一、所述独立系统二、所述独立系统三,按照所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,所述独立系统四按照所述只制冷,不制热运行模式运行,以此协调用户侧供冷量大于供热量需求。
10.一种模块化自平衡空气源热泵热回收机组的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.采集机组参数,包括供热水温Ths℃、供冷水温Tcs℃、设定供热温度Ths’℃、设定供冷温度Tcs’℃;
S2.判断机组供冷、供热水温是否满足设定温度范围要求:Ths’-0.5℃<Ths℃<Ths’+0.5℃且Tcs’-0.5℃<Tcs℃<Tcs’+0.5℃,如果同时满足则继续监测S1中所述参数;
S3.如果不满足S2中Ths’-0.5℃<Ths℃<Ths’+0.5℃且Tcs’-0.5℃<Tcs℃<Tcs’+0.5℃,则判断机组是否供热温度超出设定温度范围、供冷温度低于设定温度范围:Ths’+0.5℃<Ths℃且Tcs℃<Tcs’-0.5℃,如果满足,则关闭一个独立系统,并继续监测S1中所述参数;
S4.如果不满足S3中Ths’+0.5℃<Ths℃且Tcs℃<Tcs’-0.5℃,则判断机组是否供热温度低于设定温度范围、供冷温度超出设定温度范围:Ths℃<Ths’-0.5℃且Tcs℃>Tcs’+0.5℃,如果满足,则多开启一个独立系统,并按照同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行,并继续监测步S1中所述参数;
S5.如果不满足S4中Ths℃<Ths’-0.5℃且Tcs℃>Tcs’+0.5℃,则判断机组是否满足:Ths’-0.5℃<Ths℃<Ths’+0.5℃且Tcs℃<Tcs’-0.5℃,如果满足,则首先判断是否已经开启的独立系统有按照只制冷、不制热运行模式运行的,如果有,则关闭其中按照所述只制冷、不制热运行模式运行的独立系统;如果没有,则其中一个独立系统由所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式切换为只有制热需求,无制冷需求运行模式,并继续监测S1中所述参数;
S6.如果不满足S5的中Ths’-0.5℃<Ths℃<Ths’+0.5℃且Tcs℃<Tcs’-0.5℃,则判断机组是否满足:Ths’-0.5℃<Ths℃<Ths’+0.5℃且Tcs℃>Tcs’+0.5℃,如果满足,则首先判断是否已经开启的独立系统有按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的,如果有,则其中一个按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的独立系统切换为所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式;如果没有,则多开启一个独立系统,并按照所述只制冷、不制热运行模式运行,并继续监测S1中所述参数;
S7.如果不满足S6中Ths’-0.5℃<Ths℃<Ths’+0.5℃且Tcs℃>Tcs’+0.5℃,则判断机组是否满足:Tcs’-0.5℃<Tcs℃<Tcs’+0.5℃且Ths℃>Ths’+0.5℃,如果满足,则首先判断已经开启的独立系统是否有按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的,如果有,则关闭其中一个按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行的独立系统;如果没有,则其中一个独立系统由所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式切换为所述只制冷、不制热运行模式,并继续S1中所述参数;
S8.如果不满足S7中Tcs’-0.5℃<Tcs℃<Tcs’+0.5℃且Ths℃>Ths’+0.5℃,则判断机组是否满足:Tcs’-0.5℃<Tcs℃<Tcs’+0.5℃且Ths℃<Ths’-0.5℃,如果满足,则首先判断已经开启的独立系统有按照所述只制冷、不制热运行模式运行的,如果有,则其中一个按照所述只制冷、不制热运行的独立系统切换为所述同时有制冷、制热需求,无需平衡换热器运行模式运行;如果没有,则多开启一个独立系统,并按照所述只有制热需求,无制冷需求运行模式运行,并继续监测S1中所述参数。
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