CN119103624B - 一种高效空气源热泵站房系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及节能降碳低能耗建筑技术领域，具体为一种高效空气源热泵站房系统，包括智能控制系统、空气源热泵系统、循环泵组、定压补水真空脱气机组、除污系统、软水系统以及连接各个机组的管路和阀件，本发明通过智能控制系统管理高性能空气源热泵机组分区分批地生产冷热量，经系统中设置的低阻管路和阀件，由一体式高效率循环泵组供应至空调或采暖末端；为保证系统长久稳定可靠运行，冷热水经末端使用后，在回至机组前经过除污系统和定压补水真空脱气机组，通过系统分区、分区配套电动阀的设置以及与热泵机组和水泵的联锁等一系列创新手段，不仅实现了节能降碳运行，使得系统按分区进行精细化运行调节。

Description

一种高效空气源热泵站房系统

技术领域

本发明涉及节能降碳低能耗建筑技术领域，具体为一种高效空气源热泵站房系统。

背景技术

空调系统能耗是我国建筑的主要能耗之一，有数据显示建筑能耗约占全社会能耗的30％，空调能耗约占建筑能耗的65％，其中空调站房能耗又是空调系统总能耗的50％～70％，降低空调站房整体能耗、提高整体能效水平势在必行，对节能减排有着重要意义。

在建筑行业，热泵技术可应用于新建建筑和既有建筑改造的供暖制冷和热水供应。其中，建筑供热可采用的热源多种多样，包括燃气锅炉、燃煤锅炉、燃油锅炉、电供暖、热泵等。根据目前的排放因子，计算各类建筑热源的二氧化碳排放情况，热泵供暖系统在各类供暖能源系统中每供1GJ的热量所排放的二氧化碳最少；同时热泵作为一种可再生能源利用装置，是电制热的最有效方式，其显著的节能、减碳特征成为替代化石能源中低温热能生产的最优技术方案之一，这也说明热泵技术是实现碳中和的最有效方式。因此，热泵技术拥有巨大的节能减排优势，建筑热泵技术应用将为建筑行业带来巨大减排量。

有了适宜的可再生能源利用设备作为冷热源，并不意味着空调供暖领域内的节能减排就可轻易实现。高能效设备固然重要，但整个系统的高效运行才是真正关键所在，但往往现实差强人意，甚至出现能效比低于2.0的不合理情况。故当采用空气源热泵系统给建筑提供空调和采暖的冷热源时，需采用一种高效系统方式服务于站房建设，降低系统运行能耗，使系统协调运作，发挥各设备的高性能优势，从而减少建筑运行期间的碳排放量。

发明内容

针对现有技术中采用空气源热泵系统提供冷热源时系统能耗较高的问题，本发明提供一种高效空气源热泵站房系统。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高效空气源热泵站房系统，包括智能控制系统、空气源热泵系统、循环泵组、定压补水真空脱气机组、除污系统、软水系统以及连接各个机组的管路、阀件和相关监测设备；

智能控制系统用于控制空气源热泵系统、循环泵组、定压补水真空脱气机组、除污系统和管路阀件的启闭，智能控制系统根据末端负荷情况采用变水温模式和变流量模式运行；

空气源热泵系统选用有多台独立控制的变频变流量型热泵机组，多台变频变流量型热泵机组并联，每台机组通过各自支管路和阀件与软水系统连接；智能控制系统以恒定供回水温差为目标控制空气源热泵系统的水温调节；

循环泵组采用多规格并联且自带控制柜的一体集成式变频泵组，且该变频泵组由智能控制系统根据“最优效率寻优”原则，启动不同水泵或水泵变频进行匹配；

定压补水真空脱气机组接在循环泵组的吸入侧回水管上，软水系统与定压补水真空脱气机组的进水侧管路连接；

除污系统设置于总回水管路中，空气源热泵系统与循环泵组连接；

阀件和相关监测设备均设置于管路上，且均由智能控制系统进行控制。

优选的，空气源热泵系统采用耦合式高效空气源热泵。

优选的，针对空气源热泵系统，同制冷量下选择COP值和IPLV值较高的变频变流量型空气源热泵机组，即在严寒和寒冷A区，选用低温或超低温型热泵机组；当项目体量较大、冷热负荷较高或室外场地受限时，采用风冷螺杆式热泵机组。

优选的，热泵机组设置于建筑室外，且机组四周及顶部无遮挡物；空气源热泵机组根据出风侧包括顶出风机组和侧出风机组，当多台机组并排平行布置时，相邻两个顶出风机组在横向上的间距不小于1.5m，在竖向上不小于2m，与顶部遮挡物之间的间距不小于3m；

开启时，由外向内逐排开启机组，且由相对两方向的最外边开启，然后由外向内逐层开启；关闭时，从中间逐层向外关闭机组，且从中间向对边两个方向逐层关闭。

优选的，多台热泵机组根据使用末端负荷进行分区控制，且分区数量至少为3个，每个分区中设置有至少3台热泵机组；各分区并联设置，且每个分区由智能控制系统通过独立的电控阀进行单独控制；各个分区的热泵机组和电动控制阀均与循环泵组联锁。

优选的，热泵机组上配置化霜检测模块，化霜检测模块的输出端与智能控制系统的输入端连接；结霜初期时，根据分区将各分区中的热泵机组由工频状态调整为低频状态；当机组自然化霜时，关闭该分区中的热泵机组；

化霜检测模块包括湿度采集模块、温度采集模块和换热器风阻采集模块，智能控制系统根据预测结霜量控制逻辑和自学习除霜控制逻辑进行化霜；

当冬季室外气象进一步恶化，且机组结霜后，智能控制系统以采用多模式耦合除霜方式进行除霜，分区后，以分区轮换除霜的运行策略进行化霜，每台热泵机组采用双回路交替热气旁通除霜技术进行化霜。

优选的，热泵机组采用带有疏水涂层且可调整角度的紧凑型翅片。

优选的，空气源热泵系统选用带有蓄能单元的热泵机组，且蓄能单元在智能控制系统的调控下以“最低费用成本”原则进行启闭。

优选的，还包括与智能控制系统连接的水温监测系统，水温监测系统将使用末端负荷的变化信号传递给智能控制系统，智能控制系统在控制水温差不变的情况下调节空气源热泵系统的供水温度。

优选的，管路的管径根据制冷时管路比摩阻不超过160Pa/m、制热时管路比摩阻不超过80Pa/m进行设置，阀件采用低阻力的篮式过滤器、直角式过滤器或导流式过滤器代替Y型过滤器，采用低阻力的静音式止回阀代替碟式止回阀，在立式水泵上采用低阻一体式多功能阀，采用低阻力电磁式或超声波式热量表替代机械式热量表，阀件的阻力小于或者等于3kPa。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明一种高效空气源热泵站房系统通过系统智能控制，高性能空气源热泵机组分区分批地生产冷热量，经系统低阻的管路和阀件，由一体式高效率循环泵组供应至空调或采暖末端；为保证系统长久稳定可靠运行，冷热水经末端使用后，在回至机组前经过除污系统和定压补水真空脱气机组，完成高效空气源热泵站房系统的整体循环。

其中，空气源热泵机组采用变频变流量型热泵机组，系统可变水量节能运行，同制冷量下选择COP值和IPLV值较高的机组，可解决变工况时高效运行问题；同时机组要求采用既能提高低温环境制热性能又能兼顾高温制热及制冷工况的高效运行的制冷剂补气技术，可实现机组在我国北方、长江流域等不同气候区的更广阔范围的高效运行。所选的一体化智能变频泵组高效运行，降低输配系统能耗，可使输配能耗在空气源热泵站房系统总能耗的占比降低在20％以下，系统更为合理、更为高效。控制过程中因回水温度反馈的时间常数过大，难以实现及时、准确地控制，且空气源热泵对供水温度更为敏感，故本方法中采用控制供水温度变化，恒定供回水温差的控制逻辑，实现精细化控制。

进一步的，在严寒和寒冷A区，优选低温或超低温型热泵机组，采用气液混合喷射增焓技术(Enhanced Vapor Injection,简称EVI)，通过在压缩机中引入额外的蒸汽喷射口，实现气液混合喷射，从而提升系统的性能，大幅度提升低温制热能力，使机组可在室外-25℃不间断运行，并保证出水在40℃以上。单机的风冷螺杆在COP性能上更具优势，容量更大，当项目上所采用的风冷涡旋式机组过多时，可用风冷螺杆机“瘦身”系统、简化控制、节省占地面积。

进一步的，选用带有蓄能单元的热泵机组，该类型机组可以利用晚上谷值电价时段进行运行，并以一定经济比例储存系统生产的冷热量；待白天峰值电价时优先使用蓄能单元释放冷热量供给项目，停运空气源热泵机组。该系统在节省运行费用的同时，降低了空气源热泵机组的运行碳排放量，白天运行更稳定、更高效、更易控制。

进一步的，对空气源热泵系统中热泵机组的布置进行限定，是为了最大程度地降低冷/热岛效应。并排平行布置的空气源热泵机组群，在冬夏季由最外一排向内，逐排逐分区开启机组；在冬夏季由中间一排机组向外，逐排逐分区关闭机组，改善大量机组集中摆放时产生的“冷热岛”效应。

进一步的，通过系统分区、分区配套电动阀的设置以及与热泵机组和水泵的联锁等一系列创新手段，不仅实现了节能降碳运行，使得系统按分区进行精细化运行调节，避免所有室外机组均开启的低效运行，更是让站房系统的冷热出力与室内末端需求相匹配，减少空气源热泵机组的不科学频繁启停；同时分区电动阀的设置避免了冬季热水流经已停机的热泵机组，节省了无效旁通流量通过机组带来的大量热损失，此部分热损失可达系统总制热量的20％～35％。通过以上举措，可以降低整个建筑在夏季空调和冬季采暖时的运行能耗，使系统更高效运行，助力减少建筑运行期间的碳排放量。

进一步的，冬季在室外空气干球温度大于-12℃，小于5.8℃，相对湿度大于67％的条件下易结霜。结霜问题是所有空气源热泵机组在特定环境下会面临到的问题，会导致机组制热效率的降低。本发明中采用“抑霜先行，除霜为后”的技术理念，当需要化霜时，所在分区的机组由工频状态全部调整为低频运行状态，大大减少结霜概率；当室外环境进一步恶化时，根据所在分组停机自然化霜，关闭此区域机组运行，依靠其它区域机组制热。

进一步的，循环泵组根据系统内流量高低的变化，自动平滑切换不同流量的大中小泵，各个泵又为变频运行，使得整个系统流量在变化时，循环泵组始终能对应运行在高效区，降低系统输送能耗。根据末端负荷变化后，系统内水流量发生改变，从而循环泵组根据“最优效率寻优”原则，启动不同水泵或水泵变频进行匹配，以达效率最高，所以循环泵组不是和各个分区的机组对应的，也就是说不是一个分区就会对应有个循环泵组。系统根据用能末端负荷的变化，可对系统水温进行自动重设，在控制水温差不变的情况下，可适时地提高或降低供水温度，实现变水温控制技术，实现设备性能与建筑负荷精准适配，提升系统运行能效，降低主机用电能耗。

热泵机组的开机顺序：开启循环泵组→开启分区管路上的电动阀→开启热泵机组，关机顺序与开机顺序相反，相关设备的开/关需经确认后才能开/关下一设备，如遇故障则自动停泵。

进一步的，定压补水真空脱气机组可自动读取系统信息，利用其自身调节能力，当补水量减少或不用水时，可较长时间不启动补水泵，以达节能运行；设备结构紧凑，占地面积小，节省用地资源；设备全自动运行，无需专人管理，运行可靠；脱气效率和脱氧效率均大于99％，降低气蚀和有氧腐蚀，使系统稳定运行。

进一步的，采用控制供水温度变化，恒定供回水温差的控制逻辑，实现精细化控制，这是因为控制过程中因回水温度反馈的时间常数过大，难以实现及时、准确地控制，且空气源热泵对供水温度更为敏感。

进一步的，管径放大有助于降低系统比摩阻，在降低管网阻力的同时，可以降低所选循环泵组的扬程，循环泵组的运行功率亦随之降低；根据测量系统压差和流量，采取自动寻优选泵运行，使得所启之泵满足系统流量要求的同时，且始终是最优效率选择，泵组可在20～120％宽流量范围内运行，应对系统变流量变工况，效率满足《清水离心泵能效限定值及节能评价值》GB19762规定的节能评价值。

附图说明

图1为本发明一种高效空气源热泵站房系统的运行流程图；

图2为本发明一种高效空气源热泵站房系统含蓄能单元的运行流程图；

图3为对于顶出风热泵机组的间距布置示意图；

图4为对于侧出风热泵机组的间距布置示意图；

图5为热泵机组的防风雪处理示意图；

图6为热泵机组安装与季风之间的关系示意图；

图7为热泵机组的疏水翅片抑霜原理中水蒸气成核的示意图；

图8为热泵机组的疏水翅片抑霜原理中降低凝结液滴的示意图；

图9为热泵机组的疏水翅片抑霜原理中削弱导热过程的示意图；

图10为交替热气旁通除霜技术原理图；

图11为热泵机组开/关机策略示意图。

图中，1、空气源热泵系统；2、循环泵组；3、除污系统；4、定压补水真空脱气机组；5、软水系统；6、软水箱；7、分区电动蝶阀；8、低阻阀件；9、超声波式热量表；10、流量传感器；11、压力传感器；12、温度传感器；13、电动压差旁通阀；14、供水管道；15、回水管道；16、蓄能单元；17、电磁阀；18、定压罐；19、第一手动阀门；20、第二手动阀门；21、第三手动阀门；22、第四手动阀门；23、智能控制系统。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明公开了一种高效空气源热泵站房系统，参照图1、2，包括智能控制系统23、空气源热泵系统1、循环泵组2、定压补水真空脱气机组4、除污系统3、软水系统5以及连接各个机组的管路和阀件8。其中，空气源热泵系统1需放在与室外通风换气良好的场所，是夏季空调制冷和冬季采暖制热的源头；循环水泵为自带控制柜的一体集成式泵组形式，是输送空调和采暖冷热量的动力设备；定压补水真空脱气机组4的管道接入循环水泵吸入侧回水总管上，在系统中起到稳压、自动补水、膨胀自动泄水、脱除系统内游离气体和溶解气体等；除污系统3安装在系统回水总管上，集解决系统腐蚀、结垢、菌藻和水质等问题；软水系统5制备出适合定压补水真空脱气机组4所用水质，解决水质参数指标控制和用户特殊水质需求；智能控制系统23用于收集运行数据，制定优选运行策略，是全自动化节能运行，保证系统安全稳定运行的关键；供水管道14、回水管道15是空气源热泵站房内各设备间有机连接的必备组件，是智能控制系统23冷热量输送的媒介。后续对各个机组的具体选择配置进行一一说明。

智能控制系统23用于控制空气源热泵系统1、循环泵组2、定压补水真空脱气机组4、除污系统3和相关阀件(如低阻阀件8、分区电动蝶阀7等)的启闭，并根据末端负荷情况智能控制系统23运行变水温模式和变流量模式。本实施例中智能控制系统23安装在控制柜中，且配置有扩展柜，通过主控柜和扩展柜搭配设置，可大为增加热泵机组的控制数量；同时，智能控制系统23可实现分区分组控制、各分区内机组逐台满载增减启停、各分区内机组同频率低频运行等精细化控制和切换控制，从而实现无人值守目标。当热泵机组数量过多时，可用扩展柜去扩大控制超出的热泵机组的数量。智能控制系统23具有智能运维功能，具备全自动运行和完善的故障保护机制，可实现定/变频空气源热泵机组和定/变频泵组的不同搭配组合形式，优先运行高效设备；实时监测系统总体能耗，根据能效高低判断整个热泵站房系统在运行过程中优先采用变水温控制技术还是变流量控制技术，且该智能控制系统23可被电脑端远程监控或手机端远程监控。

空气源热泵系统1选用有多台独立控制的变频变流量型热泵机组，多台变频变流量型热泵机组并联，每台机组通过各自支管路和分区电动蝶阀7与软水系统5连接；智能控制系统23以恒定供/回水温差为目标控制空气源热泵系统的水温调节。

针对空气源热泵系统，同制冷量下选择COP值和IPLV值较高的变频变流量型空气源热泵机组，系统可变水量节能运行，具体为：在严寒和寒冷A区，选用低温或超低温型热泵机组，该机组采用了气液混合喷射增焓技术，可大幅度提升低温制热能力，机组可在室外-25℃不间断运行，并保证出水在40℃以上。当项目体量较大、冷热负荷较高或室外场地受限时，采用风冷螺杆式热泵机组代替风冷涡旋式模块热泵机组，以便达到“瘦身”系统、简化控制、节省占地面积。

参照图3、4、5、6，热泵机组设置于建筑室外，且机组四周及顶部无遮挡物；热泵机组根据出风侧包括顶出风机组和侧出风机组，当多台热泵机组并排平行布置时，相邻两个顶出风机组在横向上的间距不小于1.5m，在竖向上不小于2m，与顶部遮挡物之间的间距不小于3m；在冬夏季，由外向内逐排开启机组，且由相对两方向的最外边开启，然后由外向内逐层开启；关闭时，从中间逐层向外关闭机组，且从中间向对边两个方向逐层关闭。

多台热泵机组根据使用末端负荷进行分区控制，且分区数量至少为3个，每个分区中设置有至少3台热泵机组；各分区并联设置，且每个分区由智能控制系统23通过独立的电动控制阀7单独控制；各个分区的热泵机组和电动控制阀7均与循环泵组2联锁。也就是说，空气源热泵系统1进行分区调节，且分组控制，根据实际需求灵活调整热泵机组的运行数量和负荷，从而降低能耗，提高系统能效。如各分区内机组逐台增减启停和同频率运行的原则如下：

(1)热泵机组加减机控制方式是以压缩机运行电流RLA％为依据。

热泵机组加机：若机组运行电流与额定电流的百分比大于设定值95％,并且这种状态持续10～15min，进行安全条件判定后,则开启另一台机组。

热泵机组减机：每台机组的运行电流与额定电流的百分比小于设定值45％,进行安全条件判定后，一台机组就会关闭。

(2)在加载时采用“软启动”模式，首先降低运行机组的运行工况,然后启动下一合机组。最后将多台机组同时加大运行工况。在减载时采用“软关机”模式。首先降低多台机组的运行工况,然后停止一台机组的运行。通过“软启动”和“软关机”可以避免机组在启动和停止时对电网造成的巨大冲击,确保机组和配电站的安全。

参照图7、8、9、10，因为冬季在室外空气干球温度大于-12℃，小于5.8℃，相对湿度大于67％的条件下易结霜。结霜问题是所有空气源热泵系统1在特定环境下会面临到的问题，会导致机组制热效率的降低。因此，本发明中热泵机组上配置化霜检测模块，化霜检测模块的输出端与智能控制系统23的输入端连接；结霜初期，根据分区将其中热泵机组由工频状态调整为低频状态；当热泵机组发生自然化霜时，关闭该分区中的热泵机组。

在冬季除霜过程中会发生约63％的误除霜过程，会对机组运行工况带来较大波动，甚至会对其安全造成影响，因此，本发明中化霜检测模块包括湿度采集模块、温度采集模块和换热器风阻采集模块，智能控制系统23根据预测结霜量控制逻辑和自学习除霜控制逻辑进行化霜，其中多变量的采集检测增加了除霜的判断依据，有助于实现精准除霜；增加自学习除霜控制逻辑则降低了误除霜的发生概率。其中，换热器风阻是衡量霜层厚度及其对设备性能影响程度的重要指标。随着霜层的增厚，空气流通受阻，风阻增大，直接影响换热效果。换热器风阻采集模块通过监测风阻变化，能够直观反映霜层积累情况，为系统及时启动除霜程序提供直接依据。

预测结霜量控制逻辑基于湿度、温度及风阻等多变量数据，运用算法预测结霜量，提前规划除霜计划，确保在最佳时机启动除霜，减少能耗损失，过程如下：预测结霜量控制逻辑是指通过温度、湿度、风阻变化等检测采集模块采集相关数据，之后构建分区域结霜图谱，并对图谱中各分霜区的结霜速率和结霜时间进行归一化处理。而后，根据实时获取的空气干球温度和相对湿度确定空调运行期间进入的分霜区。最后，根据空调运行进入的分霜区、以及归一化处理后的分霜区的结霜速率、分霜区的结霜时间来计算空调运行期间在各分霜区的结霜量，通过对在各分霜区的结霜量进行归一化处理来预测空调的结霜量。自学习除霜控制逻辑是在预测结霜量控制逻辑的基础上，根据每年空调冬季实际运行时结霜状态进行记忆、存储和比对，不断丰富和完善相关数据库，反作用于预测结霜量控制系统，使下一年的逻辑控制更为精准和贴切实际。

当冬季室外气象进一步恶化，且机组结霜后，智能控制系统23以采用多模式耦合除霜方式进行除霜，分区后，以分区轮换除霜的运行策略进行化霜，每台热泵机组采用双回路交替热气旁通除霜技术进行化霜。其中，轮换除霜的运行控制策略可以实现系统自然化霜，双回路交替热气旁通除霜技术则可以实现不间断制热除霜，未影响室内供热需求，提高室内舒适性和系统稳定性。例如，在冬季室外环境逐渐恶劣、逐步进入结霜的情况下，优先通过系统分区，让所在分区的机组由工频状态全部调整为低频运行状态，可大幅度减少结霜概率。

热泵机组采用带有疏水涂层且可调整角度的紧凑型翅片，其中疏水涂层可抑制翅片表面水蒸气成核，降低凝结液滴分布密度，削弱导热过程，抑制霜的形成。选用可调整角度的紧凑型翅片是为了避免融霜后的二次结霜，翅片表面纳米结构与霜层形成的封闭空间内空气受热膨胀，同时固体表面的粘附性变弱，此时翅片上的霜层可直接剥落，表面滞留水量会大为减少。本实施例中涂层通过溶液刻蚀、去离子水煮沸和氟硅烷蒸汽氟化获得；翅片基体采用的是铝合金材质。

参照图2，空气源热泵系统选用带有蓄能单元16的耦合式高效空气源热泵组，且该空气源热泵系统1在智能控制系统23的调控下以“最低费用成本”原则进行启闭。常见的蓄能类型有冰蓄能系统、水蓄能系统、相变材料蓄能系统等其他蓄能系统，蓄能装置在制冷、供热领域具有广泛的应用前景，可以有效降低运行成本，提高能源利用效率，并对电网的峰谷平衡起到积极作用。在选择蓄能单元16时，需要根据具体的应用场景、技术经济性、环保性等多方面因素进行综合考虑。本实施例中根据不同地区的用电政策，当峰谷电价比超过3：1时，优选耦合式高效空气源热泵系统。峰值电价时利用蓄能单元16作为空调系统的冷热源，白天负荷高峰期仅运行循环泵组2，在智能控制上更易操作调控、耗能更低、系统更稳定可靠的同时运行费用大为减少。

本实施例中定压罐18和电磁阀17，且设置于循环泵组2的回水管道15上，定压罐18可以缓冲系统内的水压波动，确保系统水压的稳定，这对于保护系统设备、提高系统运行效率至关重要，电磁阀17作为回水管道15上的控制阀门，可以根据系统需要精确控制回水的流量，通过与智能控制系统23相连，电磁阀17可以实现自动化控制。

循环泵组2采用多规格并联且自带控制柜的一体集成式变频泵组，一体化智能变频泵组高效运行可以降低输配系统能耗，使得输配能耗在高效空气源热泵站房系统总能耗的占比降低在20％以下，系统更为合理、更为高效。循环泵组2是根据末端负荷变化后，系统内水流量发生改变，此时循环泵组2在智能控制系统23的调控下根据“最优效率寻优”原则，启动不同水泵或水泵变频进行匹配，以达效率最高，如根据测量系统压差和流量，采取自动寻优选泵运行，使得所启之泵满足系统流量要求的同时，且始终是最优效率选择，泵组可在20～120％宽流量范围内运行，应对系统变流量变工况，效率满足《清水离心泵能效限定值及节能评价值》GB19762规定的节能评价值。

循环泵组2自带控制柜，与机房群控系统可开放协议，根据系统内流量高低的变化，由智能控制系统23自动平滑切换不同流量的大中小泵，各个泵又为变频运行，使得整个站房系统流量在变化时，循环泵组2始终能对应运行在高效区，降低系统输送能耗。

本发明一种空气源热泵站房系统中空气源热泵机组1的开机顺序为：开启循环泵组2→开启分区管路上的电动阀→开启热泵机组，关机顺序与开机顺序相反。相关设备的开/关需经确认后才能开/关下一设备。如遇故障则自动停泵。本实施例中循环泵组2中设置有流量计，该流量计反馈系统实时流量，通过同一个流量-扬程工况点时，会根据大中小泵的不同流量，进行不同台数和频率的组合，结合系统流量-效率曲线，系统可以挑选出最优匹配方案，使得系统始终运行在该阶段的最高效率点。

当使用末端所需负荷变小时，通过冷热水总管间的压差发生改变，末端冷水需求量变小，通过电动压差旁通阀13的调节开启，多余的供水通过电动压差旁通管转移到回水总管中，末端流量发生了变化，此时水泵变频调节，负荷侧即为变流量运行；当负荷侧需求变小，亦可采用流量不变的方式下，即压差发生改变后，可以通过供回水主管上的温度传感器12进行比较，系统反馈给热泵机组，使得热泵机组抬高或者降低供水温度，从而保持供回水温差不变，如回水温度随之提高相同温度，供水温度每提高1℃，机组COP值至少提高3％～5％，运行更节能。因此，本发明所提供的系统具有变水温和变水量两种调节模式，且既可采用人工调节，亦可以通过自动控制算法对两种形式进行比算，以运行节能为目标的前提下进行结果比对，从而挑选最优模式。

定压补水真空脱气机组4接在循环泵组2的吸入侧回水管上，定压补水真空脱气机组4可自动读取系统信息，利用其自身调节能力，当用水量减少或不用水时，可较长时间不启动补水泵，以达节能运行；设备结构紧凑，占地面积小，节省用地资源；设备全自动运行，无需专人管理，运行可靠；脱气效率和脱氧效率均大于99％，降低气蚀和有氧腐蚀，使系统稳定运行。

水系统在循环时，一方面存在大量气体，如果不加以脱除容易产生气阻，造成局部或整个系统的循环不畅且冷热不均，以及设备和管道的损坏；另一方面水中含有的氧气使得供热(制冷)设备、管道或钢制散热器等末端设备腐蚀、穿孔、漏水等，会直接影响到整个系统的安全。该机组中的脱气设备根据享利定律(在一定温度及压力下水中溶解一定数量的气体，当温度增加或压力降低时，水中溶解气体将会减少的原理)在不改变水温的情况下通过设备产生真空，将水中的游离气体和溶解气体释放出来，再通过自动排气阀排出系统。脱气后的不饱和水将吸收系统中的气体寻求气水平衡。如此循环，从而脱除系统水中所有气体，确保系统稳定安全运转。

软水系统5与定压补水真空脱气机组4的进水侧管路连接；除污系统3设置于总回水管路中，空气源热泵系统1与循环泵组2连接。本实施例中软水系统5的入水是市政自来水，自来水进入软水系统进行软化处理后出水进入软化水箱6。除污系统3可在运行及滤体再生时均能对系统水质全流量连续处理，不影响系统正常工作；可实现高精度的过滤—排污—过滤的连续运行；采用射频式物理场处理技术，增强了处理功效，解决了不同频谱之间相互干扰降低功效的问题；采用PLC可编程控制技术，可实现联动、切换和整台设备全自动运行；通过在线动态监测系统，对水质进行实时连续监测，指导设备运行。

还包括与智能控制系统23连接的水温监测系统，水温监测系统将使用末端负荷的变化信号传递给智能控制系统23，智能控制系统23在控制水温差不变的情况下调节空气源热泵系统1的供水温度，以此适时地提高或降低供水温度，实现变水温控制技术，实现设备性能与建筑负荷精准适配，提升系统运行能效，降低主机用电能耗。

低阻阀件8设置于管路上，且由智能控制系统23进行控制。其中，管路的管径根据比摩阻进行设置，本实施中整个系统在制冷时的管路比摩阻不超过160Pa/m，优选150Pa/m；制热时的管路比摩阻不超过80Pa/m，优选75Pa/m。

低阻阀件8采用低阻力的篮式过滤器、直角式过滤器或导流式过滤器代替Y型过滤器，采用低阻力的静音式止回阀代替碟式止回阀，在立式水泵上采用低阻一体式多功能阀，采用低阻力电磁式或超声波式热量表9替代机械式热量表，低阻阀件8的阻力小于或者等于3kPa。本实施例中空气源热泵系统1、循环泵组2、软水系统5、定压补水真空脱气机组4、除污系统3之间通过供水管道14和回水管道15形成循环系统，超声波式热量表9、第一手动阀门19和第三手动阀门21均设置于供水管道14上，第二手动阀门20和第四手动阀门22设置于回水管道15上，蓄能时，第一手动阀门19和第二手动阀门20处于开启状态，第三手动阀门21和第四手动阀门22处于关闭状态；直供时，第一手动阀门19和第二手动阀门20处于关闭状态，第三手动阀门21和第四手动阀门22处于开启状态。除污系统3的管路中设置有电动压差旁通阀13，通过控制阀门的开度来调节系统管路中的旁通流量，从而保持供回水干管两端的压差恒定。当系统压差增大并超过控制阀的设定值时，阀门会自动开大，使更多的水流经旁通管路，进而减小系统压差；相反，当系统压差减小时，阀门会相应关小，以维持系统压差的稳定。

本发明一种高效空气源热泵站房系统的开机策略参照图11所示，冬夏季开启热泵主机时，根据负荷的逐步增加，沿箭头A方向，由外而内按各分区逐层开启，降低“冷热岛”效应；冬夏季关闭热泵主机时，根据负荷的逐步减少，沿箭头B方向，由内而外按各分区逐层关闭，降低“冷热岛”效应；机组进入冬季运行时，随着室外温度的逐步下滑，为了减小结霜概率，可首先降低所开启分区内热泵机组的运行频率，可调整在50％～80％的中低频运行。

本发明一种高效空气源热泵站房系统可高效节能运行，根据室外环境变化，相应采取变化的供水温度，避免系统过量供冷或供热，既造成浪费，也影响室内人员舒适性。例如，夏初，室外温度还不是很高，热泵机组按分区划分后，可按末端负荷需求启动部分分区内的机组，且可以提高供水温度满足末端使用要求即可，与此同时热泵机组的COP随之提高；盛夏，热泵机组可大部分或全部分区内机组启动，降低供水温度回归正常；夏末启动方式可同夏初。而冬天控制模式与夏天相反。

本发明一种高效空气源热泵站房系统通过系统分区、分区配套电动阀的设置以及与热泵机组和水泵的联锁等一系列创新手段，不仅实现了节能降碳运行，使得系统按分区进行精细化运行调节，避免所有室外机组均开启的低效运行，更是让站房系统的冷热出力与室内末端需求相匹配，减少空气源热泵系统1的不科学频繁启停；同时分区电动阀的设置避免了冬季热水流经已停机的热泵机组，节省了无效旁通流量通过机组带来的大量热损失，此部分热损失可达系统总制热量的20％～35％，影响巨大。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高效空气源热泵站房系统，其特征在于，包括智能控制系统、空气源热泵系统、循环泵组、定压补水真空脱气机组、除污系统、软水系统以及连接各个机组的管路、阀件和相关监测设备；

智能控制系统用于控制空气源热泵系统、循环泵组、定压补水真空脱气机组、除污系统和管路阀件的启闭，智能控制系统根据末端负荷情况采用变水温模式和变流量模式运行；

空气源热泵系统选用有多台独立控制且并联的变频变流量型热泵机组，每台机组通过各自的支管路和阀件与软水系统连接；智能控制系统以恒定供回水温差为目标控制空气源热泵系统的水温调节；

循环泵组采用多规格并联且自带控制柜的一体集成式变频泵组，该变频泵组由智能控制系统根据“最优效率寻优”原则，启动不同水泵或水泵变频进行匹配；

定压补水真空脱气机组接在循环泵组的吸入侧回水管上，软水系统与定压补水真空脱气机组的进水侧管路连接；

除污系统设置于总回水管路中，空气源热泵系统与循环泵组连接；

阀件和相关监测设备均设置于管路上，且均由智能控制系统进行控制；

热泵机组设置于建筑室外，且机组四周及顶部无遮挡物；热泵机组根据出风侧包括顶出风机组和侧出风机组，当多台机组并排平行布置时，相邻两个顶出风机组在横向上的间距不小于1.5m，在竖向上不小于2m，与顶部遮挡物之间的间距不小于3m；

开启时，由外向内逐排开启机组，且由相对两方向的最外边开启，然后由外向内逐层开启；关闭时，从中间逐层向外关闭机组，且从中间向对边两个方向逐层关闭；

多台热泵机组根据使用末端负荷进行分区控制，且分区数量至少为3个，每个分区中设置有至少3台热泵机组；各分区并联设置，且每个分区由智能控制系统通过独立的电控阀进行单独控制；各个分区的热泵机组和电动控制阀均与循环泵组联锁；

热泵机组上配置化霜检测模块，化霜检测模块的输出端与智能控制系统的输入端连接；结霜初期，根据分区将各分区中的热泵机组由工频状态调整为低频状态；当机组自然化霜时，关闭该分区中的热泵机组；

化霜检测模块包括湿度采集模块、温度采集模块和换热器风阻采集模块，智能控制系统根据预测结霜量控制逻辑和自学习除霜控制逻辑进行化霜；

当冬季室外气象进一步恶化，且机组结霜后，智能控制系统以采用多模式耦合除霜方式进行除霜，分区后，以分区轮换除霜的运行策略进行化霜，每台热泵机组均采用双回路交替热气旁通除霜技术进行化霜。

2.根据权利要求1所述的高效空气源热泵站房系统，其特征在于，空气源热泵系统采用耦合式高效空气源热泵机组。

3.根据权利要求2所述的高效空气源热泵站房系统，其特征在于，针对空气源热泵系统，同制冷量下选择COP值和IPLV值较高的变频变流量型空气源热泵机组，即在严寒和寒冷A区，选用低温或超低温型热泵机组；当项目体量较大、冷热负荷较高或室外场地受限时，采用风冷螺杆式热泵机组。

4.根据权利要求1所述的高效空气源热泵站房系统，其特征在于，热泵机组采用带有疏水涂层且可调整角度的紧凑型翅片。

5.根据权利要求1所述的高效空气源热泵站房系统，其特征在于，空气源热泵系统选用带有蓄能单元的热泵机组，且蓄能单元在智能控制系统的调控下以“最低费用成本”原则进行启闭。

6.根据权利要求1所述的高效空气源热泵站房系统，其特征在于，还包括与智能控制系统连接的水温监测系统，水温监测系统将使用末端负荷的变化信号传递给智能控制系统，智能控制系统在控制水温差不变的情况下调节空气源热泵系统的供水温度。

7.根据权利要求1所述的高效空气源热泵站房系统，其特征在于，管路的管径根据制冷时管路比摩阻不超过160Pa/m、制热时管路比摩阻不超80Pa/m进行设置，阀件采用低阻力的篮式过滤器、直角式过滤器或导流式过滤器代替Y型过滤器，采用低阻力的静音式止回阀代替碟式止回阀，在立式水泵上采用低阻一体式多功能阀，采用低阻力电磁式或超声波式热量表替代机械式热量表，阀件的阻力小于或者等于3kPa。