CN117232036A - 一种供暖机组及其运转控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种供暖机组，在液态热媒的循环回路上设有热量积蓄模块，热量积蓄模块包括蓄热模块、蓄热模块换热器和蓄热模块控制阀，蓄热模块与蓄热模块换热器进行热交换，蓄热模块控制阀与蓄热模块并联，所述蓄热模块控制阀具有打开与关闭两种状态，当蓄热模块控制阀处于打开状态时，蓄热模块控制阀内部的流通阻力小于蓄热模块换热器内部的流通阻力，较多的液态热媒会通过蓄热模块控制阀；当蓄热模块控制阀处于关闭状态时，所有的液态热媒均从蓄热模块换热器通过。本发明还提供一种供暖机组运行控制方法。上述方案能够对用热终端快速供热，并在进行化霜处理的同时继续向用热终端供热。
Description
技术领域
本发明涉及空气源热泵供暖机组技术领域，尤其涉及一种供暖机组及其运转控制方法。
背景技术
使用逆卡诺循环原理的空气源热泵供暖机组为热源、液态热媒为热量传递介质的采暖方案已广泛运用在人们的日常工作及生活中。
当机组冷启动时，液态热媒的温度较低，用热端的温度无法快速提升。因此，如何提升用热端的舒适性、快速提升用热端的环境温度越来越受到使用者的关注。
同时，当室外环境温度较低时，室外机换热器存在结霜的可能性，当室外机换热器上的霜层厚度达到一定条件时，室外换热器的运转效率急剧降低，此时需要对室外机换热器进行化霜处理。在对室外换热器进行化霜处理的过程中，供暖机组无法继续向用热端供热，用热端的舒适性同样也会受到影响。
现有部分采暖机组采用先对储水箱中的水进行加热，再利用储水箱中的热量对用热端进行供热，此种方式虽然在热源机组除霜运转的过程中能继续供热，但其初次启动时需将整个储水箱中的水温加热到较高温度才能向用热端进行供热，初次启动时间长。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种供暖机组及其运转控制方法。
一种供暖机组，包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、节流机构、室外风机和冷媒-液体热媒热交换器，所述冷媒-液体热媒热交换器包括接口a、b、c、d，所述供暖机组具有制热运转状态和除霜运转状态；用热终端与冷媒-液态热媒热交换器串联在液态热媒的循环回路中；在制热运转状态和在除霜运转状态下，液态热媒由接口c流入冷媒-液态热媒热交换器，由接口d流出冷媒-液态热媒热交换器；在液态热媒的循环回路上设有热量积蓄模块，所述热量积蓄模块与冷媒-液态热媒热交换器的接口d连接，热量积蓄模块包括蓄热模块、蓄热模块换热器和蓄热模块控制阀，蓄热模块与蓄热模块换热器进行热交换，蓄热模块控制阀与蓄热模块并联，所述蓄热模块控制阀具有打开与关闭两种状态，当蓄热模块控制阀处于打开状态时，蓄热模块控制阀内部的流通阻力小于蓄热模块换热器内部的流通阻力，较多的液态热媒会通过蓄热模块控制阀；当蓄热模块控制阀处于关闭状态时，所有的液态热媒均从蓄热模块换热器通过。
作为优选，液态热媒循环回路中热媒循环泵与冷媒-液态热媒热交换器之间设有液态热媒温度传感器，所述液态热媒温度传感器用于检测流入冷媒-液态热媒交换器之前的液态热媒温度；所述热量积蓄模块包括蓄热模块温度传感器，蓄热模块温度传感器与蓄热模块串联用于检测经过蓄热模块的液态热媒的温度；控制机构根据液态热媒温度传感器和/或蓄热模块温度传感器的检测信号控制蓄热模块控制阀的状态切换。
一种供暖机组运转控制方法，运行在上述任一项的供暖机组中，所述方法包括：
检测机组运转过程中的除霜参数，根据所述除霜参数确定机组是否处于预备除霜状态或需要除霜状态；
在预备除霜状态下，获取蓄热模块温度Txr，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭；
在除霜状态下，获取蓄热模块温度Txr，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭。
作为优选，在预备除霜状态下，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭，具体包括：
若蓄热模块温度Txr超过第一温度判定阈值d，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；
若蓄热模块温度Txr小于第一温度判定阈值d，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第一加热运转模式。
作为优选，在除霜状态下，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭，具体包括：
若蓄热模块温度Txr超过第二温度判定阈值e，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第二方向导通，机组进入第一除霜运转模式；
若蓄热模块温度Txr小于第二温度判定阈值e，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第二方向导通，机组进入第二除霜运转模式。
作为优选，若根据所述除霜参数确定机组并未处于预备除霜状态及需要除霜状态；
获取当前室内设定温度Ts和当前室内环境温度Ti；
若室内设定温度和室内环境温度Ts-Ti的温差在第三温差判定阈值c和第一温差判定阈值a之间，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；其中第一温差判定阈值a大于第三温差判定阈值c；
若室内设定温度和室内环境温度Ts-Ti的温差超过第一温差判定阈值a，进一步判断蓄热模块温度Txr和液体热媒温度Txr的温差是否超过第二温差判断阈值b，若是，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第一加热运转模式；否则，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；
若室内设定温度和室内环境温度Ts-Ti的温差小于第三温差判定阈值c，进一步判断蓄热模块温度Txr是否超过第一温度判定阈值d，若是，则控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；否则，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第一加热运转模式。
本发明由于采用上述方案，在供暖机组中增加热量积蓄模块，并通过控制蓄热模块控制阀的开关状态控制热媒是否经过蓄热模块来实现以下控制：
在机组冷启动时，若蓄热模块温度较高，热媒被加热后再次通过蓄热模块，进一步提升热媒温度，从而可以利用蓄热模块中的热量实现对室内用内模块的快速供热，提高机组冷启动时热媒升温速度。若蓄热模块温度较低，热媒被加热后直接达到用热终端，机组进队供暖模块所需要的循环水进行加热，快速提升用热终端中热媒的温度，与常规的供热模块需要对循环水箱中的水整体加热相比，其具备加热速度快的优点。
在机组除霜运转时，若蓄热模块温度较高，热媒在冷媒-液态热媒换热器中换热后进入蓄热模块进行换热，除霜运转过程中用热模块可继续供热；若蓄热模块温度较低，热媒在冷媒-液态热媒换热器中换热后进入用热终端，除霜过程中无法向用热终端继续供热。
附图说明
图1为本申请的模块结构示意图；
图2为本申请的控制流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。
实施例1：
如图1所示，该实施例提供一种供暖机组10，包括压缩机101、四通换向阀102、室外换热器103、节流机构104、室外风机105和冷媒-液体热媒热交换器。
供暖机组10具有制热运转模式和除霜运转模式，当四通换向阀102处于制热运转模式时，经过四通换向阀102的冷媒的流通通路如图1中实线所示；当四通换向阀102处于除霜运转模式时，经过四通换向阀102的冷媒流通通路如图1中虚线所示。节流机构104能够根据供暖机组10的不同运转状态调整节流度。冷媒-液态热媒热交换器106，其具备a、b、c、d共4个接口，当供暖机组10处于制热运转模式时，室外换热器103能够从室外空气吸收热量，冷媒由接口a流入冷媒-液态热媒热交换器106，由接口b流出冷媒-液态热媒热交换器106；当供暖机组10处于除霜运转模式时，冷媒由接口b流入冷媒-液态热媒热交换器106，由接口a流出冷媒-液态热媒热交换器106。热泵供暖机组10的制热及除霜的工作原理参见图1的连接关系即可，在此不具体展开。
如图1所示，用热终端20的液态热媒循环回路中，液体热媒由接口c流入冷媒-液态热媒热交换器106，由接口d流出冷媒-液态热媒热交换器106，与流经冷媒-液态热媒热交换器106的冷媒进行换热。液态热媒循环回路中设有热媒循环泵108、热量积蓄模块109和用热终端20。热量循环泵能够为热媒在热媒循环管道及热媒换热器中流动提供动力。用热终端20是用户侧用热设备的统称，该实施例中的用热终端20包括用热端换热器及用热端环境温度传感器。
热量积蓄模块109为本方案的主要改进点，所述热量积蓄模块109与冷媒-液态热媒热交换器106的接口d连接，热量积蓄模块109包括蓄热模块1091、蓄热模块换热器1092和蓄热模块控制阀1094。蓄热模块能够积蓄热量且在热量积蓄完成后能够向外释放热量；蓄热模块换热器1092为流通过蓄热模块换热器1092内部的热媒与蓄热模块进行热交换。蓄热模块控制阀1094与蓄热模块并联，所述蓄热模块控制阀1094具有打开与关闭两种状态，当蓄热模块控制阀1094处于打开状态时，蓄热模块控制阀1094内部的流通阻力小于蓄热模块换热器1092内部的流通阻力，较多的液态热媒会通过蓄热模块控制阀1094；当蓄热模块控制阀1094处于关闭状态时，所有的液态热媒均从蓄热模块换热器1092通过。
该实施例中，液态热媒循环回路中热媒循环泵108与冷媒-液态热媒热交换器106之间设有液态热媒温度传感器，所述液态热媒温度传感器用于检测流入冷媒-液态热媒交换器之前的液态热媒温度；所述热量积蓄模块109包括蓄热模块温度传感器1093，蓄热模块温度传感器1093与蓄热模块串联用于检测经过蓄热模块的液态热媒的温度；控制机构110根据液态热媒温度传感器和/或蓄热模块温度传感器1093的检测信号控制蓄热模块控制阀1094的状态切换。
本实施例中的供暖机组10还包括温度设定模块以及室内温度检测模块，这些模块是空气源热泵供暖机组10的常规模块，在此不再展开描述。可以理解的是，温度传感器、室内温度检测模块等需要与控制机构110连接以实现对其控制。
该实施例通过热量积蓄模块109中对蓄热模块控制阀1094的开启和关闭控制，实现不同状态下对蓄热模块进行蓄热或者通过蓄热模块进一步加热热媒，或者热媒直接到达用热终端20的控制。
实施例2：
该实施例提供一种供暖机组运转控制方法，该方法运行在如实施例1所示的一种供暖机组中。
该方法包括以下步骤：
检测机组运转过程中的除霜参数，根据所述除霜参数确定机组是否处于预备除霜状态或需要除霜状态；
在预备除霜状态下，获取蓄热模块温度Txr，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭；
在除霜状态下，获取蓄热模块温度Txr，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭。
其中，除霜参数用于判断机组是否满足除霜运行的控制条件，一般包括冷媒温度，除霜参数可根据具体的除霜运行控制方法确定。
在预备除霜状态下，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭，具体包括：
若蓄热模块温度Txr超过第一温度判定阈值d，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；
若蓄热模块温度Txr小于第一温度判定阈值d，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第一加热运转模式。
在除霜状态下，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭，具体包括：
若蓄热模块温度Txr超过第二温度判定阈值e，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第二方向导通，机组进入第一除霜运转模式；
若蓄热模块温度Txr小于第二温度判定阈值e，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第二方向导通，机组进入第二除霜运转模式。
上述方法还包括：
若根据所述除霜参数确定机组并未处于预备除霜状态及需要除霜状态；
获取当前室内设定温度Ts和当前室内环境温度Ti；
若室内设定温度和室内环境温度Ts-Ti的温差在第三温差判定阈值c和第一温差判定阈值a之间，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；其中第一温差判定阈值a大于第三温差判定阈值c；
若室内设定温度和室内环境温度Ts-Ti的温差超过第一温差判定阈值a，进一步判断蓄热模块温度
Txr和液体热媒温度Txr的温差是否超过第二温差判断阈值b，若是，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第一加热运转模式；否则，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；
若室内设定温度和室内环境温度Ts-Ti的温差小于第三温差判定阈值c，进一步判断蓄热模块温度
Txr是否超过第一温度判定阈值d，若是，则控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；否则，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第一加热运转模式。
通过上述方法，能够实现以下控制：
在机组冷启动时，若蓄热模块温度较高，热媒被加热后再次通过蓄热模块，进一步提升热媒温度，从而可以利用蓄热模块中的热量实现对室内用内模块的快速供热，提高机组冷启动时热媒升温速度。若蓄热模块温度较低，热媒被加热后直接达到用热终端，机组进队供暖模块所需要的循环水进行加热，快速提升用热终端中热媒的温度，与常规的供热模块需要对循环水箱中的水整体加热相比，其具备加热速度快的优点。
在机组除霜运转时，若蓄热模块温度较高，热媒在冷媒-液态热媒换热器中换热后进入蓄热模块进行换热，除霜运转过程中用热模块可继续供热；若蓄热模块温度较低，热媒在冷媒-液态热媒换热器中换热后进入用热终端，除霜过程中无法向用热终端继续供热。
图2为该实施例中供暖机组运转控制方法的一个具体控制流程，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S0：运转开始，然后进入步骤S1；
步骤S1：对机组运转过程中的除霜参数进行检测，为后续的预备除霜判断及需要除霜判断提供判定依据，然后进入步骤S2；
步骤S2：对机组是否达到了进入预备除霜的条件进行判断，若机组达到了进入预备除霜的条件则进入步骤S9，否则进入步骤S3；
步骤S3：获取Ts、Ti、Txr，然后进入步骤S4；
步骤S4：将Ts-Ti的计算结果与预设阈值a进行比较，若Ts-Ti≥a则进入步骤S5，否则进入步骤S20；
步骤S5：获取热媒温度Trm，然后进入步骤S6；
步骤S6：将Txr-Trm的计算结果与预设阈值b进行比较，若Txr-Trm≥b则进入步骤S7，否则进入步骤S8；
步骤S7：机组按照第一加热运转模式进行运转，然后进入步骤S1；
步骤S8：机组按照第二加热运转模式进行运转，然后进入步骤S1；
步骤S9：获取Ts、Ti、Txr，然后进入步骤S10；：
步骤S10：将所检测到的Txr数值与预设阈值d进行比较，若Txr≥d则进入步骤S11，否则进入步骤S12；
步骤S11：机组按照第二加热运转模式进行运转，然后进入步骤S13；
步骤S12：机组按照第一加热运转模式进行运转，然后进入步骤S13；
步骤S13：对机组运转过程中的除霜参数进行检测，然后进入步骤S14；
步骤S14：对机组是否满足需要进行除霜的条件进行判断，若机组满足需要进行除霜的条件则进入步骤S15，否则进入步骤S9；
步骤S15：获取蓄热模块温度Txr，然后进入步骤S16；
步骤S16：将蓄热模块温度Txr与预设阈值e进行比较，若Txr≥e则进入步骤S17，否则进入步骤S18；
步骤S17：机组按照第一除霜运转模式进行运转，然后进入步骤S19；
步骤S18：机组按照第二除霜运转模式进行运转，然后进入步骤S19；
步骤S19：对机组是否满足除霜结束的条件进行判断，若机组满足除霜结束的条件则进入步骤S1，否则进入步骤S15；
步骤S20：将Ts-Ti的计算结果与预设阈值c进行比较，若Ts-Ti＜c则进入步骤S21，否则进入步骤S8；
步骤S21：将蓄热模块温度Txr与预设阈值d进行比较，若Txr≥d则进入步骤S8，否则进入步骤S7。
符号说明：
Ts：室内设定温度，℃；
Ti：室内环境温度，℃；
Trm：热媒温度，℃；
Txr：蓄热模块温度，℃；
a：第一温差判定阈值，如a预设为10℃；
b：第二温差判定阈值，如b预设为10℃；
c：第三温差判定阈值，如c预设为3℃；
d：第一温度判定阈值，如d预设为45℃；
e：第二温度判定阈值，如e预设为40℃。
本实施例通过上述方法，将机组是否要除霜的状态分为预备除霜状态和需要除霜状态，当所述供暖机组进入预备除霜运转后，将蓄热模块温度与预设阈值进行比较，控制供暖机组按照第一加热运转模式或第二加热模式进行运转；所述第一加热运转模式，其在向用热终端供热的同时向蓄热模块积蓄热量；所述第二加热运转模式，其仅向用热终端供热，不向蓄热模块积蓄热量。当所述供暖机组进入除霜运转后，将蓄热模块温度与预设阈值进行比较，控制供暖机组按照第一除霜运转模式进行运转。所述第一除霜运转模式，其在除霜运转过程中利用积蓄在蓄热模块中的热量继续向用热终端供热；所述第二除霜运转模式，其在除霜运转过程中不利用积蓄在蓄热模块中的热量，除霜过程中不向用热终端供热。
具体的，不同运转模式下的四通换向阀和蓄热模块控制阀的状态如表1所示：
| 运转模式 | 四通换向阀 | 蓄热模块控制阀 |
| 第一加热运转模式 | 制热状态 | 关闭 |
| 第二加热运转模式 | 制热状态 | 开启 |
| 蓄热运转模式 | 制热状态 | 关闭 |
| 第一除霜运转模式 | 除霜状态 | 关闭 |
| 第二除霜运转模式 | 除霜状态 | 开启 |
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种供暖机组，包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、节流机构、室外风机和冷媒-液体热媒热交换器，所述冷媒-液体热媒热交换器包括接口a、b、c、d，所述供暖机组具有制热运转状态和除霜运转状态；用热终端与冷媒-液态热媒热交换器串联在液态热媒的循环回路中；在制热运转状态和在除霜运转状态下，液态热媒由接口c流入冷媒-液态热媒热交换器，由接口d流出冷媒-液态热媒热交换器；其特征在于，在液态热媒的循环回路上设有热量积蓄模块，所述热量积蓄模块与冷媒-液态热媒热交换器的接口d连接，热量积蓄模块包括蓄热模块、蓄热模块换热器和蓄热模块控制阀，蓄热模块与蓄热模块换热器进行热交换，蓄热模块控制阀与蓄热模块并联，所述蓄热模块控制阀具有打开与关闭两种状态，当蓄热模块控制阀处于打开状态时，蓄热模块控制阀内部的流通阻力小于蓄热模块换热器内部的流通阻力，较多的液态热媒会通过蓄热模块控制阀；当蓄热模块控制阀处于关闭状态时，所有的液态热媒均从蓄热模块换热器通过。
2.根据权利要求1所述的一种供暖机组，其特征在于，液态热媒循环回路中热媒循环泵与冷媒-液态热媒热交换器之间设有液态热媒温度传感器，所述液态热媒温度传感器用于检测流入冷媒-液态热媒交换器之前的液态热媒温度；所述热量积蓄模块包括蓄热模块温度传感器，蓄热模块温度传感器与蓄热模块串联用于检测经过蓄热模块的液态热媒的温度；控制机构根据液态热媒温度传感器和/或蓄热模块温度传感器的检测信号控制蓄热模块控制阀的状态切换。
3.一种供暖机组运转控制方法，其特征在于，运行在权利要求1或2所述的供暖机组中，所述方法包括：检测机组运转过程中的除霜参数，根据所述除霜参数确定机组是否处于预备除霜状态或需要除霜状态；
在预备除霜状态下，获取蓄热模块温度Txr，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭；在除霜状态下，获取蓄热模块温度Txr，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭。
4.根据权利要求3所述的一种供暖机组运转控制方法，其特征在于，在预备除霜状态下，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭，具体包括：
若蓄热模块温度Txr超过第一温度判定阈值d，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；
若蓄热模块温度Txr小于第一温度判定阈值d，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第一加热运转模式。
5.根据权利要求3所述的一种供暖机组运转控制方法，其特征在于，在除霜状态下，根据蓄热模块温度Txr控制蓄热模块控制阀打开或关闭，具体包括：
若蓄热模块温度Txr超过第二温度判定阈值e，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第二方向导通，机组进入第一除霜运转模式；
若蓄热模块温度Txr小于第二温度判定阈值e，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第二方向导通，机组进入第二除霜运转模式。
6.根据权利要求1所述的一种供暖机组运转控制方法，其特征在于，若根据所述除霜参数确定机组并未处于预备除霜状态及需要除霜状态；
获取当前室内设定温度Ts和当前室内环境温度Ti；
若室内设定温度和室内环境温度Ts-Ti的温差在第三温差判定阈值c和第一温差判定阈值a之间，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；其中第一温差判定阈值a大于第三温差判定阈值c；
若室内设定温度和室内环境温度Ts-Ti的温差超过第一温差判定阈值a，进一步判断蓄热模块温度Txr和液体热媒温度Txr的温差是否超过第二温差判断阈值b，若是，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第一加热运转模式；否则，控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；
若室内设定温度和室内环境温度Ts-Ti的温差小于第三温差判定阈值c，进一步判断蓄热模块温度Txr是否超过第一温度判定阈值d，若是，则控制蓄热模块控制阀打开，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第二加热运转模式；否则，控制蓄热模块控制阀关闭，四通换向阀按第一方向导通，机组进入第一加热运转模式。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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