CN2890779Y - 可变制冷剂流量的水源热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可变制冷剂流量的水源热泵空调系统；其包括一个可变制冷剂流量的室外主机组，该室外主机组上设有控制制冷剂输出总量的总阀；一个只需与室外主机组相连的水循环系统；多个末端设备，所述末端设备通过冷媒连接管与室外主机组连接，每个末端设备分别安装有流量控制阀；以及控制系统；本系统可以根据各房间的负荷需求情况，确定压缩机容量输出的多少，从而改变制冷剂流量，使制冷或制热量与负荷相匹配，与传统水源热泵相比较，具有更高的季节能效比，更加节约能源。

Description

可变制冷剂流量的水源热泵空调系统

技术领域

本实用新型涉及一种水源热泵，尤其是一种制冷剂流量可变的的新型水源热泵空调系统。

背景技术

随着国民经济的迅速发展，能源紧缺的问题日益凸现，空调系统用电已经成为造成电力供应紧缺的重要因素之一。在此情况下一种节能型空调系统—水源热泵越来越受到用户的青睐，尤其是在办公、餐饮、酒店等场合，水源热泵以其卓越的节能优势越来越得到广泛的应用，但是传统的水源热泵空调系统在实际使用中，具有很大的局限性，存在以下方面的缺点：

1.室外机距离末端设备太近，室内噪声大。

传统水源热泵按其结构型式可分为整体式和分体式，整体式机组的压缩机和蒸发器安装在一个壳体内；分体式的压缩机安装在室外机内，但室外机不能距离末端太远，这就决定了传统水源热泵的室外机只能安装在走廊、洗手间等地方，由于距离人居场所太近，室外侧压缩机的噪声会对人居环境造成很大影响。

2.机组集成度不高，安装分散。

传统水源热泵系统的每一个房间必需安装一套机组，一个压缩机或者一个制冷系统对应一个房间，无法实现单一制冷系统集中供冷供热。

3.工程安装过于复杂，成本高。

由于传统水源热泵系统的每一个房间必需安装一套机组，因此每个房间都必需连接水系统管道和制冷系统管道，对于大型的商用场合，要安装错综复杂的管道系统，施工相当繁琐，对工程质量要求很高，大大增加了工程造价。

4.压缩机多为定速，容量不可调。

变频和便容量技术是近年来发展迅速的空调节能技术之一，但是要在传统水源热泵空调系统采用这种技术，就必需在每个房间的每个机组上采用变频或变容压缩机以及相应的变频或变容装置，造价很高，因此目前水源热泵一般都为定速系统。

传统水源热泵空调系统安装示意图如图1所示，每个末端是一个独立的制冷系统，即包括压缩机、蒸发器、冷凝器、节流部件等。

发明内容

为了解决上述的问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、节约能源、使用可靠的可变制冷剂流量的水源热泵空调系统。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：

可变制冷剂流量的水源热泵空调系统，其特征在于：包括

一个可变制冷剂流量的室外主机组，该室外主机组上设有控制制冷剂输出总量的总阀；

一个只需与室外主机组相连的水循环系统；

多个末端设备，所述末端设备通过冷媒连接管与室外主机组连接，每个末端设备分别安装有流量控制阀；

以及控制系统。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的空调系统是一个制冷剂流量可变系统，可以根据各房间的负荷需求情况，确定压缩机容量输出的多少，从而改变制冷剂流量，使制冷或制热量与负荷相匹配。与传统水源热泵相比较，本实用新型的中央空调，具有更高的季节能效比，更加节约能源。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是背景技术结构示意图；

图2是本实用新型的原理框图；

图3是本实用新型的室外主机组与末端设备的电气原理图；

图4是本实用新型的室外主机组容量扩充的原理框图；

图5是本实用新型的系统控制示意简图。

具体实施方式

参照图2、图3、图4和图5，本实用新型的可变制冷剂流量的水源热泵空调系统很好的解决了传统水源热泵的缺点，它主要由以下系统要素构成：

1.一个只需要与室外主机组相连的水循环系统

本系统只需要一个制冷系统实现给多个房间供冷供热，因此只需要向室外机提供冷凝水即可，室外机可以安装在距离水源较近的地方，不需要繁杂的水循环管路系统，这样大大降低了工程施工的难度和成本，该水循环系统具体包括冷却塔、膨胀水箱和水泵，所述设备通过水管与室外主机组连接。

2.一个可变制冷剂流量的室外主机组，该室外主机组上设有控制制冷剂输出总量的总阀

为实现单一制冷系统集中供冷供热，室外主机组首先要有足够大的容量和制冷剂流量可变。本实用新型的室外主机组可采用数码涡旋压缩机、变频压缩机或者多压缩机并联组成的单元来实现变流量调节，而采用两个或以上的室外制冷单元组成的室外主机组可以实现机组容量的扩充。另外，该总阀是电子膨胀阀。

3.各个房间不同型式的末端设备，每个末端设备分别安装有流量控制阀

本实用新型最大程度的丰富了末端设备的型式，安装方式灵活多样。各末端设备可采用不同大小，不同形式，如风管式、天花嵌入式、挂墙式，各种柜式(立式，吊式)落地式，明装或暗装型。这样无论任何大小和功能不同的房型，都可以适用。从主机到最远端设备可达125米，足以使房间远离室外机，降低压缩机噪声和电磁辐射。本实用新型的空调系统可以把一个主机系统作为子系统把多个子系统并联成一个庞大的总系统，任何大型建筑物都能应用。如大楼每屋采用一个子系统，而总体设置一套公共部分，如循环水，供电等，这样本实用新型基本可适用于任何建筑物采用，其中，所述连接末端设备的流量控制阀为电子膨胀阀。

4.功能强大的控制系统

本实用新型的控制系统的控制对象包括水循环系统、室外主机组、各末端设备等，各个末端既可以单独控制又可以集中控制，同时还可以通过电脑控制简单方便。

本实用新型的实施办法如下：

1.制冷剂流量可变的多联式制冷系统

在一个空调区域内，各末端设备不一定全部使用，在使用的各房间，也存在温度要求不一，室内热负荷随白天或夜间，上午或下午，室内人数多少及发热设备器具使用状况不同，可称之为需求量，每个房间的需求量和各房间需求量总和，是一个变量。通常情况下，普通空调的热负荷按最大需求选样和安装设备，设备在运转时，基本恒定供给冷/热量，很难适应需求量变化的要示，这就存在一部分能量的多余。另外，当大多数末端设备不需要工作时，普通中央空调很难变成一台小机器满足极低量的要求，例如一栋大楼里晚上只有一个办公室加班或者一个住宅内只有1个人在卧室睡觉。这种情况很普遍，普通中央空调很难合理给出能量，往往能量偏大很多，这样当然很不经济，也不节能，浪费能源。

本实用新型中央空调系统是一个制冷剂流量可变系统，可以根据各房间的负荷需求情况，确定压缩机容量输出的多少，从而改变制冷剂流量，使制冷或制热量与负荷相匹配。与传统水源热泵相比较，本实用新型的中央空调，具有更高的季节能效比，更加节约能源。

当空调安装面积较大，单个室外单元冷量(或热量)无法满足需求时可以采用模块组合的办法实现系统总容量的扩充，满足使用要求，即把二到四台室外机并联，室外机组之间通过油平衡管(有时还需要气平衡管连接)，每个模块单元输出的压缩制冷剂汇集到总管后输送到室内末端设备。

2.流量分配与控制技术：

普通的中央空调末端设备，在运转中基本按照其额定的能量工作，不管房间内或控制区域内温度或热量的变化。本实用新型的空调系统中的末端设备通过室外容量调节和流量分配与控制技术，可以在其额定能力的20％～120％容量区间内工作，这是一个显著的区别。例如装有3HP能力的一台设备，它实际上可以在0.6-3.6HP范围内变化，实现精细的控制。例如在温度较高时打开空调，末端设备即以最大能力输出冷量，实现快速降温；当达到设定温度时，输出冷量就会减小到一个与房间负荷相匹配的水平，从而维持房间温度基本稳定。

本实用新型的室外主机组通过总管道将液态高压制冷剂输出，各末端设备通过支管与总管相连，为实现对末端制冷剂流量的合理分配以及克服管道阻力带来的容量衰减，本实用新型的每个末端设备都安装有一个电子膨胀阀，而在主机设有总阀来控制总量，电子膨胀阀的开启度是动态的，通过各机的检测，讯号的传输经微处理器计算，随时指令各阀的开度，不断地跟踪，实现了这一极为复杂的过程。本实用新型的控制算法，是基于大量实验室对系统反复动态变化测试，人工调节中大量经验和数据的积累作基础，参照比例积分算法而自主开创的一套算法。速度快，准确度高，效果十分明显。应属于“专家程序”。

3.变容量或者变频控制技术：

本实用新型的空调系统，压缩机组的能力可以随意调节，可在10％-100％范围任意无级调节，而输入的功率基本和输出成正比，也就是大功率输出消耗功率也大，小功率输出时消耗功率也小，基本保持能效比恒定。

1>采用变容量压缩机实现变流量调节：为了获得这个结果，采用数码涡旋压缩机，该机压缩用一对涡旋盘压缩汽体，其中特殊的上盘可以轴向移动，当它向上移动后，相当于两盘空转，没有对汽体进行压缩，当它复位时，两盘工作，正常运转。动盘的移动依靠中间压力，该压力从排气压力取得，即有中间压力时上盘会移动脱开，中间压力撤消上盘会复位，用一个专用电磁阀控制中间压力的有和无，即电磁阀关闭，中间压力撤消，压缩机工作，反之不工作。用本实用新型的“容量控制器”，采用PWM(脉冲宽度控制)方式控制电磁阀的工作，就可以使压缩机按不同的能量级工作。如“容量控制器”指全电磁阀关1秒，开9秒，周期性循环，压缩机会以10％能力输出工作。指全电磁阀关8秒，开2秒周期性循环，压缩机将以80％能力输出工作，依此类推，可以获得任意能量级`的输出。为了实现精确的容量控制，本实用新型的控制器控制精度可以达到毫秒级，真正实现了无极容量调节。

当控制电路板控制PWM电磁阀打开时，上下涡旋盘分开1mm距离，压缩机继续转动，但不再压缩，即不再有容量输出；当控制电路板控制PWM电磁阀关闭时，上下涡旋盘闭合，压缩机压缩。这样就可以通过在给定周期时间内控制PWM电磁阀的打开和关闭时间的比例来控制压缩机容量输出。

2>采用变频压缩机：为获得变流量调节的结果，本实用新型的制冷系统还可以采用变频压缩机，通过室外机控制电路板控制变频器，进而控制压缩机的转速，可以实现压缩机频率从30Hz到130Hz之间(转速从1800rpm到7800rpm)的变化，进而使压缩制冷剂的流量改变，从而实现变流量调节的目的。

3>采用压缩机组并联：当室外机组容量较大时也可以采用并联压缩机组的型式，根据压缩机并联的型式，可以获得若干能量级，达到变流量调节的目的，但容量调节精度有限。如：当采用四台压缩机并联时，可分为四个容量级，当启动一台压缩机时可以输出25％的容量，启动两台时输出50％容量，以此类推。

4.精确的负荷计算

本实用新型容量控制的基本原理是通过各室内机上的温度传感器检测室内温度和设定温度的差值以及其变化率，从而计算各房间的负荷，室外机从数据总线上读取各室内发送的数据，将各个房间的负荷计算汇总后，根据室外环境温度以及总负荷的情况决定压缩机容量输出或者转速变化，达到制冷剂流量与负荷相匹配的目的。

因此负荷计算的基本原理是：

房间负荷：Rb_n＝F(t_s，t，dt)    t：房间温度    t_s：设定温度

dt：温度变化率

室外机输出容量：OUTPUT＝∑Rb_n＝Rb₁+Rb₂+……+Rb_n

5.系统控制原理

本实用新型的空调系统，一台室外机可与最多达64台末端设备相连，对于如此庞大的智能控制系统，各原件的协调工作尤为重要，因此主机与各末端设备、各末端设备之间的信息交流的速度和内容对控制系统和维修影响很大。参照图5，为实现最优控制和用户操作的简便性，本实用新型的控制系统主要从以下方面入手：

(1)控制参数检测：

室外主机组上设置若干温度传感器、电流互感器、压力检测开关等，检测水温、制冷系统运转状态、运转电流等，并将这些参数作为计算控制压缩机、室外风机、室外电子膨胀阀等部件的依据。室内机设置若干温度传感器，检测房间温度及制冷系统内部有关温度，作为负荷计算，室内风机、电子膨胀阀等部件的控制参数。

(2)信息传递

本实用新型采用总线控制方式，为系统各单元的信息交换提供了广阔和迅捷的平台。室外机和各室内机根据通讯协议将各自主要的控制参数通过数字化的通讯内容传递到总线，并在通讯内容中附加各自的机身代码，以便于识别。这样每个系统但愿就可以根据自身控制的需要读取总线上任何一个单元的通讯内容。

(3)人机对话方式

为了方便用户对庞大的系统进行操作，本实用新型提供了方便的人机对话方式。首先，用户可以通过有线控制器或者无线控制器对每个末端设备进行单独操作，实现单独控制，包括开关机、温度设定、模式转换等必要的操作；其次，可以通过集中控制器实现对所有末端设备的集中控制和监控，实现与单独控制相同的操作，而不需要到每个房间对每个末端设备进行操作。第三，本实用新型的控制系统还支持电脑楼宇控制，只要在电脑上安装了本实用新型专门开发的控制软件，就可以对整幢大楼的空调安装情况一目了然，通过电脑即可对所有房间进行操作和监控。

以上控制功能的实现主要是因为本实用新型使用了总线通讯的方式，这是与传统空调主要的区别之一。

总之，本实用新型的中央空调系统，与传统水源热泵相比具有重大技术突破，具有以下优点：

一、新能源的利用上继承了传统水源热泵的优点，可以很好的利用可再生能源；

二、很好的解决了容量输出与负荷的匹配问题，更加节约能源；

三、大大降低了传统水源热泵的工程施工难度和成本，克服了传统水源热泵的主要缺点；

四、克服了传统水源热泵室内噪声大的缺点，使人居环境更加舒适；

系统高度集成可靠，控制方式更加简单方便，更适合楼宇控制。

当然，本实用新型创造并不局限于上述实施方式，只要其以基本相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1、可变制冷剂流量的水源热泵空调系统，其特征在于：包括

一个可变制冷剂流量的室外主机组，该室外主机组上设有控制制冷剂输出总量的总阀；

一个只需与室外主机组相连的水循环系统；

多个末端设备，所述末端设备通过冷媒连接管与室外主机组连接，每个末端设备分别安装有流量控制阀；

以及控制系统。

2、根据权利要求1所述的可变制冷剂流量的水源热泵空调系统，其特征在于：所述的室外主机组中包括数码涡旋压缩机。

3、根据权利要求1所述的可变制冷剂流量的水源热泵空调系统，其特征在于：所述的室外主机组中包括变频压缩机。

4、根据权利要求1所述的可变制冷剂流量的水源热泵空调系统，其特征在于：所述的室外主机组中包括由多个压缩机并联组成的单元。

5、根据权利要求1所述的可变制冷剂流量的水源热泵空调系统，其特征在于：所述的总阀为电子膨胀阀；所述连接末端设备的流量控制阀为电子膨胀阀。

6、根据权利要求1所述的可变制冷剂流量的水源热泵空调系统，其特征在于：所述可变制冷剂流量的室外主机组是由两个或以上的室外制冷单元组成。

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