CN117387250A - 多模块空气源热泵系统及其分组控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可分组控制的多模块空气源热泵系统及其分组控制方法。所述多模块空气源热泵系统，包括多台并联设置的机组,每台机组通过供水支路和回水支路与主供水管和主回水管连通，其中，所述机组分区设置，每台机组的供水支管或回水支管上设有电动阀，用于实现所述机组的分组控制。本发明不仅能有效地避免部分机组开启时出现的混水现象，降低能耗，而且分区抑霜，降系统热/冷岛现象出现的概率。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种可分组控制的多模块空气源热泵系统及其分组控制方法。
背景技术
目前多模块风冷空气源热泵系统无法对每台机组进行独立控制，如果设备长时间满负荷运行结霜快，化霜频繁，连续制热时间短，不仅造成能源损失，而且末端温度不稳定；如果部分机组不开时，由于每台机组未设供回水隔离，易导致混水，无法精确控制供回水温度，导致系统能效降低。例如，制热时回水40℃，通过在运行的机组升温到45℃供水，但是由于未达到满负荷运行，部分机组停机又没有跟主供回水管道隔离，主供回水管与这些机组的供回水支管连通，向外界散热，导致回水温度降低，不能达到预设的供水温度，为解决这个问题，现有技术通过加开机组机保证达到预设的供水温度，这种方式导致能源浪费。
另外，现有的多模块风冷空气源热泵系统，多台机组都是集中摆放，未分区调节，由于中间的机组散热较差，换热气流堆积易造成冷/热岛效应，冬季易结霜，结霜时引起机组制热量下降。如果机组满载运行结霜快，化霜频繁，连续制热时间短，化霜需从系统取热，也会造成能源损失。
此外，常规多模块风冷空气源热泵系统受水泵最小流量限制，系统流量调节范围小，低负荷运行时水泵仍大功率运行，水泵能耗大。
有鉴于此，提出一种能克服上述问题的多模块空气源热泵系统及其分组控制方法，以降低风冷模块空气源热泵系统的能耗是业内亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提出一种多模块空气源热泵系统及其分组控制方法，能对多模块机组进行分组控制，以解决现有技术中存在的无法对每台机组进行独立控制导致机组易混水、易结霜、能耗高的技术问题。
本发明提出一种多模块空气源热泵系统，包括多台并联设置的机组,每台机组通过供水支路和回水支路与主供水管和主回水管连通，其特征在于，所述机组分区设置，每台机组的供水支管或回水支管上设有电动阀，用于实现所述机组的分组控制。
在一实施例中，所述多模块空气源热泵系统采用回水控制，所述电动阀设置在所述回水支管上。
优选地，所述多模块空气源热泵系统包括n台机组，所述主回水管道上并联设置有n+1台水泵，其中一台为备用水泵。
在另一实施例中，所述多模块空气源热泵系统采用供水控制，所述电动阀设置在所述供水支管上。
优选地，所述多模块空气源热泵系统包括n台机组，所述主供水管道上并联设置有n+1台水泵，其中一台为备用水泵。
本发明还提出一种上述多模块空气源热泵系统的分组控制方法，所述方法将机组分区设置，通过每台机组的供水支管或回水支管上设置的电动阀实现所述机组的分组控制。
所述分组控制方法具体包括以下步骤：
首先根据实际需求负荷开启满足负荷要求的机组数量，再根据室内温度与设定温度的比较结果运行制冷或制热模式；
当室内温度大于设定温度时控制多模块空气源热泵系统制冷运行，当室内温度小于等于设定温度时控制多模块空气源热泵系统制热运行；
制冷运行模式下，首先判断供回水温差是否小于等于第一设定值，且大于等于第二设定值，如是，则维持当前状态不变；如否，则进一步判断供回水温差是否大于第一设定值，如是，则按照增加机组开启台数、增加已开启机组压缩机频率的顺序进行控制，直到满足要求为止；如否，则按照降低已开启机组压缩机的频率、减少机组开启台数的顺序进行控制，直到满足要求为止；
制热运行模式下，首先判断供回水温差是否小于等于第一设定值，且大于等于第二设定值，如是，则维持当前状态不变；如否，则进一步判断供回水温差是否大于第一设定值，如是，则按照提高供水温度、增加机组开启台数、增加已开启机组压缩机频率的顺序进行控制；如否，则按照降低供水温度、降低已开启机组压缩机频率、减少机组开启数量的顺序进行控制。
本发明提出的分组控制方法还包括根据室外空气参数进行结霜预判，当检测到多模块空气源热泵系统将要结霜时，控制设置在内区的机组低频运行，设置在外区的机组高频运行，并优先开启设置在外区的机组，减少设置在内区的机组开启的数量。
本发明提出的分组控制方法，当室外干球温度与露点温度之差小于设定化霜温差，且室外相对湿度与化霜相对湿度之差大于设定湿度时，对多模块空气源热泵系统进行分区化霜。
所述分区化霜包括以下步骤：
S1.判断内区机组压缩机频率是否达到最小频率，如是，则降低内区机组压缩机的频率；如否，则降低内区机组压缩机频率，直至降到最小频率；
S2.判断外区机组是否达到最大开启数量，如是，则提高外区机组压缩机的频率，直到最大频率；如否，则提高外区机组开启数量，直至最大数量；
S3.判断机组是否处于化霜状态，如否，则正常运行；如是，则转步骤S4；
S4.判断室外温度与自然化霜温度之差是否大于设定值，如否，则增加未化霜机组开启的台数；如是，则关闭化霜机组，依靠外界自然化霜。
本发明提出的技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.每台机组在回水支管或供水支管上安装一个电动阀，机组停机时电动阀关闭，避免混水现象发生，控制更精确，节能性提高；
2.设置多台并联的水泵，配合机组的分组控制，低负荷运行时控制精度增加，水泵最小流量减小，相比单台水泵节能大幅度提高；
3.系统内外分区抑霜，外区高频运行，内区低频运行，工况合适时采用自然化霜，减小化霜带来的水温波动，降低热/冷岛现象出现的概率。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明提出的多模块空气源热泵系统的系统图；
图2是本发明提出的多模块空气源热泵系统的分区安装示意图；
图3是本发明提出的智能分组控制流程图；
图4是本发明提出的分区化霜控制流程图。
其中：
1-机组；
2-供水支路；
3-回水支路；
4-主供水管；
5-住回水管；
6-电动阀；
7-变频水泵；
8-分水器；
9-集水器；
10-温度传感器；
11-压力传感器；
12-流量计；
13-智能控制器；
14-压差旁通阀；
15-内区；
16-外区。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。
本说明书中所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图对本发明进行限制。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的保护范围。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备本说明书中未做详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为本说明书的一部分。
在本说明书中任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不构成对本发明的限制。
本说明书中所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图对本发明进行限制。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的保护范围。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备本说明书中未做详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为本说明书的一部分。
在本说明书中使用的“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，因此不构成对本发明的限制。
在本说明书的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。
针对现有技术中存在的无法对多模块机组进行单台独立控制导致机组易混水、易结霜、能耗高的技术问题，本发明提出一种多模块空气源热泵系统，该系统能对每台机组进行独立的控制，不仅能有效地避免部分机组开启时产生的混水现象，而且能通过减小水泵最低负荷率来降低水泵能耗。此外，本发明能通过机组的分区设置，提前预判结霜状况，分区抑霜，外区高频运行，内区低频运行，减少冷/热岛现象的出现，实现系统高效节能运行。
如图1所示，本发明提出的多模块空气源热泵系统包括多台并联设置的机组1,每台机组都包括变频压缩机、风冷冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器，蒸发器采用水冷式蒸发器，与蒸发器中冷媒换热的循环水通过供水支路2和回水支路3与系统的主供水管4和主回水管5连通，每台机组的供水支管或回水支管上设有电动阀6，用于实现所述机组的分组控制。该实施例中电动阀采用电动蝶阀。
图1所示的多模块空气源热泵系统中采用回水控制，包括n台并联的机组1，电动阀6设置在回水支管3上。如果多模块空气源热泵系统采用供水控制，则电动阀6设置在供水支管2上。
主回水管5上并联设置有n+1台水泵7，其中n台与机组配合，一台为备用水泵。主供水管4与分水器8连通，冷冻水通过分水器与末端装置联通。从末端装置返回的循环水经过集水器9与主回水管5连通。主回水管和主供水管上分别设有温度传感器10和压力传感器11。分水器和集水器之间设有旁通，旁通上设有压差旁通阀14。主供水管上还设有流量计12，用于监控冷冻水的流量。智能控制器13对多模块机组进行控制。
本发明提出的技术方案在每台机组的供水管路或回水管路上安装一个电动阀，将机组分为n组，选取n+1台并联的水泵，机组先并联再与水泵串联，每台机组都能独立控制。
如图1所示，每台变频机组的回水管路安装一个电动阀,每个电动阀对应一台变频水泵和一台机组，并由智能控制器13群控根据末端负荷需求控制启停，使得部分负荷下系统最小流量降低，节能量显著。当末端负荷需求不大时，电动阀开启数量减少，能够避免混水现象的出现，减少能源损失。
图2是分区化霜示意图，图中分内区15和外区16，当检测到将要结霜时，由于内区散热状况较差，需要将内区压缩机频率降低，将外区压缩机频率升高，以此来抑制机组结霜，减少冷/热岛现象的出现。
一、本发明提出的多模块空气源热泵系统智能分组控制原理
首先输入设计工况下室内负荷Q，则变频机组的总台数等于设计负荷除以单台主机的制冷量或制热量，N＝Roundup【设计负荷Q/(机组设计工况下制冷/制热量q)，0】，Roundup表示向上取整的函数，后面的0表示小数位数取的位置；将N台机组分为n组【n∈(2,3,…,N)】，相互并联，每台机组的回水管路安装一个电动阀；选取n+1台水泵(n用一备)并联后与机组串联。
系统开机时：
根据实际负荷实时开启机组台数，N1＝Roundup【实时负荷Q1/(机组实时制冷/制热量q)，0】，若室内温度＞室内目标温度+△T0(0℃≤ΔT0≤10℃，范围可调)，系统开启制冷模式；否则(室内温度小于室内目标温度+△T0)系统开启制热模式；室内温度等于室内目标温度+△T0时，系统停机状态下温度合适就不用开；如果已经开机，室内温度在预设区间波动时，系统运行状态保持不变。
系统运行过程中：
(1)系统制冷模式运行
若ΔT1≥供水温度-回水温度≥ΔT2(0℃≤ΔT1、ΔT2≤10℃，范围可调)，则机组运行状态保持不变；
若供水温度-回水温度＞ΔT1，则先增加电动阀开启数量，即变频机组开启组数增加，每台机组的负荷率降低，因风冷模块变频压缩机低负荷率时能效高，因此先增加机组开启组数，再提高压缩机频率能够有效提升系统能效，直到满足要求为止；
若供水温度-回水温度＜ΔT2，则先降低已开启机组压缩机频率，直至最小频率，若仍无法满足则减小电动阀开启数量，减小分组开启数量，直至满足要求为止。
(2)系统制热模式运行
若ΔT1≥供水温度-回水温度≥ΔT2(0℃≤ΔT1、ΔT2≤10℃，可调)，则系统运行状态保持不变；
若供水温度与回水温度之差不在上述区间，而且供水温度-回水温度＞ΔT1，说明末端负荷增加，需要先进行供水温度重设(提高设定供水温度，每次提高1℃，0-10℃，范围可调)，再增加电动阀开启数量，变频机组开启组数增加，每台机组的负荷率降低，系统能效提高，若仍无法满足，则提高压缩机频率，直至满足要求为止；
若供水温度-回水温度＜ΔT2，则需要先进行供水温度重设(降低设定供水温度，每次降低1℃，0-10℃，范围可调)，然后降低已开启机组压缩机频率，直至降到最小频率，若仍无法满足，则减小电动阀开启数量，减小分组数量，直至满足要求。
本发明提出的技术方案通过智能分组，能避免混水现象发生，同时系统最小水流量降低，低负荷运行时水泵能耗大大降低，且低负荷时采暖温度重设，有益于降低出水温度，提高系统能效，最终实现风冷模块空气源热泵系统的节能运行。
图3是本发明智能分组控制一实施例的流程图。
首先根据实际需求负荷开启满足负荷要求的机组数量(机组开机时压缩机频率运行在高效区间，非满频开启)，再根据室内温度与设定温度的比较结果运行制冷或制热模式。
制冷模式下若供回水温差大于设定值，说明末端需求负荷增大，需要增加电动阀开启数量(即增加机组开启台数)，最后再增加压缩机频率(由于变频压缩机频率越高，能效越低，因此先开启全部电动阀/机组再升频)；反之降低压缩机频率，最后减少机组开启台数。
制热模式下若供回水温差大于设定值，说明末端需求负荷增大，需要重设供水温度(提高供水温度)，其次增加电动阀开启数量(即增加机组开启台数)，最后再增加压缩机频率(先开启全部阀再升频)；反之重设供水温度(减小供水温度)，再降低压缩机频率，最后减少电动阀开启数量(机组开启台数)。
图3所示的智能分组控制包括以下步骤：
当室内温度大于设定温度时，室内温度＞室内目标温度+△T0，控制多模块空气源热泵系统制冷运行，当室内温度小于等于设定温度时，室内温度≤室内目标温度+△T0，控制多模块空气源热泵系统制热运行；
在制冷运行模式下，首先判断供回水温差是否小于等于第一设定值，且大于等于第二设定值，ΔT1≥供水温度-回水温度≥ΔT2，如是，则维持当前状态不变；如否，则进一步判断供回水温差是否大于第一设定值，供水温度-回水温度＞ΔT1，如是，则按照增加机组开启台数、增加已开启机组压缩机频率的顺序进行控制，直到满足要求为止；如否，则按照降低已开启机组压缩机的频率、减少机组开启台数的顺序进行控制，直到满足要求为止；
制热运行模式下，首先判断供回水温差是否小于等于第一设定值，且大于等于第二设定值，ΔT1≥供水温度-回水温度≥ΔT2，如是，则维持当前状态不变；如否，则进一步判断供回水温差是否大于第一设定值，供水温度-回水温度＞ΔT1，如是，则按照提高供水温度、增加机组开启台数、增加已开启机组压缩机频率的顺序进行控制；如否，则按照降低供水温度、降低已开启机组压缩机频率、减少机组开启数量的顺序进行控制。
二、分区化霜系统控制原理
系统开机(以制热运行为例)：
首先进行结霜条件预判，室外干球温度T1-露点温度T2＜化霜温差ΔT(0-10℃范围可调)且室外相对湿度φ1-化霜相对湿度φ2＞Δφ(0-100％范围可调)，若不满足该条件，则机组正常运行，反之按以下步骤运行：
系统运行过程中：
(1)结霜预判处理
若室外环境参数满足结霜条件，且内区机组压缩机频率达到最小频率，则降低内区机组压缩机开启数量；若内区机组压缩机频率未降低到最小频率，则先将内区压缩机频率降低至最小频率；
其次判断外区机组数量是否达到最大开启数量，若外区机组数量已开启到最大数量，则提高压缩机频率，直至达到最大值；若外区机组数量未开启到最大数量，则先开启到最大数量。
(2)化霜处理
若机组处于结霜状态，则判断室外温度与自然化霜温度之差是否大于设定值，室外温度-自然化霜温度＞ΔT(0-10℃范围可调)，若满足条件，则关闭结霜状态的机组的电动阀，依靠室外环境散热自然化霜；若不满足该条件，则相应增加未化霜机组的开启台数，减小因机组化霜导致的水温波动。
本发明通过分区抑霜、自然化霜，内区低频运行、外区高频运行，减少了冷岛/热岛现象的发生(夏季同样适用)，一定程度上减少了化霜导致的能效降低，节能率提高。
图4是本发明分区化霜控制一实施例的流程图，该实施例中系统运行制热模式。首先根据室外空气参数进行结霜预判，内区低频运行，外区高频运行，并优先开启外区机组，降低内区机组数量；若出现结霜现象时，根据室外环境参数判断是否能够自然化霜，优先进行自然化霜，避免水温波动导致室内舒适程度降低，最后开启未化霜机组来减小化霜机组对水温的影响。
当室外干球温度与露点温度之差小于设定化霜温差，T1-T2＜ΔT，且室外相对湿度与化霜相对湿度之差大于设定湿度时，φ1-φ2＞Δφ，对多模块空气源热泵系统进行分区化霜处理，控制方法包括以下步骤：
S1.判断内区机组压缩机频率是否达到最小频率，如是，则降低内区机组压缩机的频率；如否，则降低内区机组压缩机频率，直至降到最小频率；
S2.判断外区机组是否达到最大开启数量，如是，则提高外区机组压缩机的频率，直到最大频率；如否，则提高外区机组开启数量，直至最大数量；
S3.判断机组是否处于化霜状态，如否，则正常运行；如是，则转步骤S4；
S4.判断室外温度与自然化霜温度之差是否大于设定值ΔT，如否，则增加未化霜机组开启的台数；如是，则关闭化霜机组，依靠外界自然化霜。
综上所述，本发明提出的技术方案每台机组都能独立控制，不仅避免混水现象出现，同时通过减小水泵最低负荷率来降低水泵能耗，经试验检测相比定频水泵节能60％以上；本发明提出的分组控制方法可提前预判结霜条件，分区抑霜，外区高频运行，内区低频运行，减少冷冷/热岛现象的出现，实现系统高效节能运行，经试验检测系统能效提高40％以上。
本发明是基于风冷模块空气源热泵通过智能分组节能运行的较为全面的方案，对于大型空调系统，可以考虑减小分组数量(水泵数量)的方式，既比常规定频主机加定频水泵不分组手动运行节能，又能精确地控制供回水温度，且能够减少冷/热岛现象发生。
以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种多模块空气源热泵系统，包括多台并联设置的机组,每台机组通过供水支路和回水支路与主供水管和主回水管连通，其特征在于，所述机组分区设置，每台机组的供水支管或回水支管上设有电动阀，用于实现所述机组的分组控制。
2.如权利要求1所述的多模块空气源热泵系统，其特征在于，所述多模块空气源热泵系统采用回水控制，所述电动阀设置在所述回水支管上。
3.如权利要求1所述的多模块空气源热泵系统，其特征在于，所述多模块空气源热泵系统采用供水控制，所述电动阀设置在所述供水支管上。
4.如权利要求2所述的多模块空气源热泵系统，其特征在于，包括n台机组，所述主回水管道上并联设置有n+1台水泵，其中一台为备用水泵。
5.如权利要求3所述的多模块空气源热泵系统，其特征在于，包括n台机组，所述主供水管道上并联设置有n+1台水泵，其中一台为备用水泵。
6.一种权利要求1-5所述的多模块空气源热泵系统的分组控制方法，其特征在于，所述机组分区设置，通过每台机组的供水支管或回水支管上设置的电动阀实现所述机组的分组控制。
7.如权利要求6所述的分组控制方法，其特征在于，首先根据实际需求负荷开启满足负荷要求的机组数量，再根据室内温度与设定温度的比较结果运行制冷或制热模式。
8.如权利要求7所述的分组控制方法，其特征在于，当室内温度大于设定温度时控制多模块空气源热泵系统制冷运行，当室内温度小于等于设定温度时控制多模块空气源热泵系统制热运行。
9.如权利要求8所述的分组控制方法，其特征在于，制冷运行模式下，首先判断供回水温差是否小于等于第一设定值，且大于等于第二设定值，如是，则维持当前状态不变；如否，则进一步判断供回水温差是否大于第一设定值，如是，则按照增加机组开启台数、增加已开启机组压缩机频率的顺序进行控制，直到满足要求为止；如否，则按照降低已开启机组压缩机的频率、减少机组开启台数的顺序进行控制，直到满足要求为止。
10.如权利要求8所述的分组控制方法，其特征在于，制热运行模式下，首先判断供回水温差是否小于等于第一设定值，且大于等于第二设定值，如是，则维持当前状态不变；如否，则进一步判断供回水温差是否大于第一设定值，如是，则按照提高供水温度、增加机组开启台数、增加已开启机组压缩机频率的顺序进行控制；如否，则按照降低供水温度、降低已开启机组压缩机频率、减少机组开启数量的顺序进行控制。
11.如权利要求6所述的分组控制方法，其特征在于，还包括根据室外空气参数进行结霜预判，当检测到多模块空气源热泵系统将要结霜时，控制设置在内区的机组低频运行，设置在外区的机组高频运行，并优先开启设置在外区的机组，减少设置在内区的机组开启的数量。
12.如权利要求11所述的分组控制方法，其特征在于，当室外干球温度与露点温度之差小于设定化霜温差，且室外相对湿度与化霜相对湿度之差大于设定湿度时，对多模块空气源热泵系统进行分区化霜。
13.如权利要求12所述的分组控制方法，其特征在于，所述分区化霜包括以下步骤：
S1.判断内区机组压缩机频率是否达到最小频率，如是，则降低内区机组压缩机的频率；如否，则降低内区机组压缩机频率，直至降到最小频率；
S2.判断外区机组是否达到最大开启数量，如是，则提高外区机组压缩机的频率，直到最大频率；如否，则提高外区机组开启数量，直至最大数量；
S3.判断机组是否处于化霜状态，如否，则正常运行；如是，则转步骤S4；
S4.判断室外温度与自然化霜温度之差是否大于设定值，如否，则增加未化霜机组开启的台数；如是，则关闭化霜机组，依靠外界自然化霜。
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| CN202311583504.6A CN117387250A (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 多模块空气源热泵系统及其分组控制方法 |
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| CN202311583504.6A CN117387250A (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 多模块空气源热泵系统及其分组控制方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117928076A (zh) * | 2024-03-25 | 2024-04-26 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种压缩机调度方法、装置及模块化空调机组 |
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2023
- 2023-11-24 CN CN202311583504.6A patent/CN117387250A/zh active Pending
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