适应多工况的热泵转轮除湿空调新风系统及控制方法

本发明属空调，特别是涉及一种适应多工况的热泵转轮除湿空调新风系统及控制方法。

背景技术：

1、南方湿热气候区的建筑中普遍存在显著的制冷和除湿需求。除夏季降温除湿外，以“梅雨季”和“回南天”为代表的不降温除湿期对房间的空调和除湿设备提出了更高的要求。一方面，应保证室内的温度和湿度满足健康舒适的要求；另一方面，应保证除湿空调系统的节能高效运行。

2、目前最常用的空调除湿方式是直接通过房间空调器同时进行除湿和降温。该方式在夏季高温高湿时具有较好的除湿降温效果，但在不降温除湿期间难以同时保证室内温、湿度环境的舒适性。以室内湿度为控制参数时，室内容易出现过冷；以室内温度为控制参数时，无法有效除湿，室内湿度过高。尽管在房间空调器的基础上额外配置除湿机可以解决不降温除湿期的除湿问题，其仍然存在缺陷问题，包括室内额外空间占用和低蒸发温度导致的高运行能耗问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明在不增加室内设备的基础上，以低能耗的方式同时解决夏季制冷除湿、不降温除湿期除湿、冬季制热加湿的问题，本发明提出一种适应多工况的热泵转轮除湿空调新风系统及控制方法。该技术基于多蒸发器、多冷凝器热泵和除湿转轮的复合式系统，通过制冷剂管路的切换和基于用户设定、室外环境综合判断的控制策略实现系统多种运行模式的切换，保证空调装置全年各工况舒适节能运行。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种适应多工况的热泵转轮除湿空调新风系统，用于实现多种运行模式的切换，包括室内机和室外机；所述室外机包括第一室外换热器、除湿转轮新风处理区、除湿转轮排风处理区、第二室外换热器、第一室外排风机、压缩机、四通换向阀、第三室外换热器、第二室外排风机、第一电磁膨胀阀、第二电磁膨胀阀、第三电磁膨胀阀、第四电磁膨胀阀、第五电磁膨胀阀、第六电磁膨胀阀、第七电磁膨胀阀、新风口、排风进风口、排风出风口、第三室外换热器进风口、第三室外换热器排风口和新风温湿度传感器；所述室内机通过新风软管与所述室外机连接，包括室内换热器、室内送风机、回风口、送风口和室内温度传感器；

4、其中，所述室外机包括三条空气通路，三条所述空气通路如下：

5、第一条所述空气通路包括所述室外机的所述新风口通过新风空气通路依次与所述第一室外换热器、所述除湿转轮新风处理区连通，并通过所述新风软管连通所述室内机的所述室内换热器、所述室内送风机和所述送风口；所述室内机的所述回风口通过回风口空气通路依次与所述室内换热器、所述室内送风机和所述送风口连通；室外新风通过所述新风空气通路依次经过新风口、第一室外换热器、除湿转轮新风处理区和新风软管进入室内机，与由回风口进入室内机的房间回风口共同经过室内换热器处理后由室内送风机经由送风口送风；第二条所述空气通路包括所述室外机的所述排风进风口通过再生风通路依次与所述第二室外换热器、所述除湿转轮排风处理区、所述第一室外排风机和所述排风出风口连通；房间排风通过再生风通路依次经过所述排风进风口、第二室外换热器、除湿转轮排风处理区和第一室外排风机经由所述排风出风口排至大气；第三条所述空气通路包括所述室外机的所述第三室外换热器进风口通过第三室外换热器空气通路依次与所述压缩机、所述第三室外换热器、第二室外排风机和第三室外换热器排风口连通；室外新风通过第三室外换热器空气通路依次经过压缩机、第三室外换热器和第二室外排风机经由所述第三室外换热器排风口排至大气；

6、其中，所述四通换向阀包括a端、b端、c端和d端，所述四通换向阀的a端通过制冷剂管路与所述压缩机的排气出口连接；所述四通换向阀的b端通过制冷剂管路与所述第四电磁膨胀阀连接；所述四通换向阀的c端通过制冷剂管路与所述压缩机的进气出口连接；所述四通换向阀的d端通过制冷剂管路分别与所述第六电磁膨胀阀和所述第一室外换热器连接；所述压缩机通过第一制冷剂管路依次与所述四通换向阀、所述第四电磁膨胀阀、所述第二室外换热器、所述第七电磁膨胀阀、所述第三室外换热器、所述第一电磁膨胀阀、所述第一室外换热器、所述四通换向阀连通并形成回路；所述第三室外换热器还通过制冷剂旁通管路依次与所述第二电磁膨胀阀、所述室内换热器、所述第六电磁膨胀阀和所述四通换向阀连通；所述第二室外换热器还通过制冷剂旁通管路依次与所述第三电磁膨胀阀和室内换热器连通；所述第四电磁膨胀阀还通过制冷剂旁通管路依次与所述第五电磁膨胀阀和室内换热器连通。

7、优选地，所述室内机的所述回风口上设有室内温度传感器，用于根据室内设定温度和实时回风温度调整所述室内换热器的制冷量或制热量；所述室外机的所述新风口上设有所述新风温湿度传感器，用于根据室外新风温、湿度调整系统运行模式。

8、本发明还提供了一种基于权利要求所述适应多工况的热泵转轮除湿空调新风系统的控制方法，包括除湿空调模式、低温除湿模式、冬季加湿模式和冬季全热交换模式；所述除湿空调模式中，所述四通换向阀切换至ab连通、cd连通模式，所述第三电磁膨胀阀和所述第五电磁膨胀阀关闭；所述第一电磁膨胀阀、所述第四电磁膨胀阀、所述第六电磁膨胀阀和所述第七电磁膨胀阀完全开启；所述第二电磁膨胀阀根据所述室内机的室内温度传感器反馈温度和预设温度，调整所述第二电磁膨胀阀的阀门开度；所述低温除湿模式中，所述四通换向阀切换至ab连通、cd连通模式，所述第二电磁膨胀阀和所述第六电磁膨胀阀关闭；所述第一电磁膨胀阀、所述第三电磁膨胀阀、所述第四电磁膨胀阀和所述第五电磁膨胀阀完全开启；所述第七电磁膨胀阀根据所述室内机的室内温度传感器反馈温度和预设温度，调整所述第七电磁膨胀阀的阀门开度；所述冬季加湿模式中，所述四通换向阀切换至ad连通、bc连通模式，所述第三电磁膨胀阀和所述第五电磁膨胀阀关闭；所述第四电磁膨胀阀、所述第六电磁膨胀阀和所述第七电磁膨胀阀完全开启；所述第一电磁膨胀阀和所述第二电磁膨胀阀根据所述室内机的室内温度传感器反馈温度和预设温度，调整所述第一电磁膨胀阀和所述第二电磁膨胀阀的阀门开度；所述冬季全热交换模式中，所述四通换向阀切换至ad连通、bc连通模式，所述第一电磁膨胀阀、所述第三电磁膨胀阀和所述第五电磁膨胀阀关闭；所述第四电磁膨胀阀、所述第六电磁膨胀阀和所述第七电磁膨胀阀完全开启；所述第二电磁膨胀阀根据反馈温度和预设温度，调整所述第二电磁膨胀阀阀门开度。

9、优选地，所述除湿空调模式中，所述压缩机出口制冷剂经所述四通换向阀的a端进入b端流出，经过第四电磁膨胀阀进入第二室外换热器并经过第七电磁膨胀阀后进入第三室外换热器。制冷剂流出第三室外换热器后分为两路，一路经第一电磁膨胀阀和第一室外换热器，另一路经第二电磁膨胀阀、室内换热器和第六电磁膨胀阀。两路制冷剂合流后经四通换向阀d端进入c端流出并进入压缩机完成制冷剂循环。其中，第一室外换热器和室内换热器为制冷，第二室外换热器和第三室外换热器为制热；此模式下，室外新风经第一室外换热器降温、除湿后进入除湿转轮新风处理区进一步除湿后与室内回风混合再经室内换热器降温后送风，用于对室内进行制冷和除湿；同时，室内排风经第二室外换热器加热后进入除湿转轮排风处理区经除湿转轮再生后排至室外；室外空气经过第三室外换热器带走多余冷凝热后排至室外；第二电磁膨胀阀根据室内温度设定值和室内温度传感器的温度进行调节，室内温度传感器温度低于室内温度设定值时减小阀门开度，室内温度传感器温度高于室内温度设定值时增大阀门开度；所述低温除湿模式中，所述压缩机出口制冷剂经所述四通换向阀的a端进入b端流出，经过第四电磁膨胀阀后分为两路，一路经第二室外换热器；一路经第五电磁膨胀阀、室内换热器和第三电磁膨胀阀。两路制冷剂合流后经第七电磁膨胀阀后进入第三室外换热器，流出后经第一电磁膨胀阀后进入第一室外换热器，流出后经四通换向阀d端进入c端流出并进入压缩机完成制冷剂循环。其中，第一室外换热器和第三室外换热器为制冷，第二室外换热器和室内换热器为制热。此模式下，室外新风经第一室外换热器降温、除湿后进入除湿转轮新风处理区进一步除湿后与室内回风混合再经室内换热器加热后送风，用于对室内进行制热和除湿；同时，室内排风经第二室外换热器加热后进入除湿转轮排风处理区对除湿转轮再生后排至室外；室外空气经过第三室外换热器带走系统产生的冷量；所述第七电磁膨胀阀根据室内温度设定值和室内温度传感器的温度进行调节室内温度传感器温度低于室内温度设定值时减小阀门开度，室内温度传感器温度高于室内温度设定值时增大阀门开度；

10、所述低温除湿模式中，所述压缩机出口制冷剂经所述四通换向阀的a端进入b端流出，经过第四电磁膨胀阀后分为两路，一路经第二室外换热器；一路经第五电磁膨胀阀、室内换热器和第三电磁膨胀阀。两路制冷剂合流后经第七电磁膨胀阀后进入第三室外换热器，流出后经第一电磁膨胀阀后进入第一室外换热器，流出后经四通换向阀d端进入c端流出并进入压缩机完成制冷剂循环。其中，第一室外换热器和第三室外换热器为制冷，第二室外换热器和室内换热器为制热。此模式下，室外新风经第一室外换热器降温、除湿后进入除湿转轮新风处理区进一步除湿后与室内回风混合再经室内换热器加热后送风，用于对室内进行制热和除湿；同时，室内排风经第二室外换热器加热后进入除湿转轮排风处理区经除湿转轮再生后排至室外；室外空气经过第三室外换热器带走系统产生的冷量；所述第七电磁膨胀阀根据室内温度设定值和室内温度传感器的温度进行调节，室内温度传感器温度低于室内温度设定值时增大阀门开度，室内温度传感器温度高于室内温度设定值时减小阀门开度；

11、所述冬季加湿模式中，所述压缩机出口制冷剂经所述四通换向阀的a端进入d端流出后分为两路，一路经第一室外换热器、第一电磁膨胀阀；另一路经第六电磁膨胀阀、室内换热器和第二电磁膨胀阀.两路制冷剂合流后进入第三室外换热器，流出后经第三电磁膨胀阀进入第二室外换热器，流出后经第四电磁膨胀阀，经四通换向阀b端进入c端流出并进入压缩机完成制冷剂循环；其中，第一室外换热器和室内换热器为制热，第二室外换热器和第三室外换热器为制冷；此模式下，室外新风经第一室外换热器升温进入除湿转轮新风处理区加湿后与室内回风混合再经室内换热器加热后送风，用于对室内进行制热和加湿；同时，室内排风经第二室外换热器降温后进入除湿转轮排风处理区湿度降低后排至室外；室外空气经过第三室外换热器带走系统产生的冷量；所述第一电磁膨胀阀和第二电磁膨胀阀根据室内温度设定值和室内温度传感器的温度进行调节，室内温度传感器温度低于室内温度设定值时增大阀门开度，室内温度传感器温度高于室内温度设定值时减小阀门开度；

12、所述冬季全热交换模式中，所述压缩机出口制冷剂经所述四通换向阀的a端进入d端流出后经第六电磁膨胀阀进入室内换热器，流出后经第二电磁膨胀阀进入第三室外换热器，流出后经第三电磁膨胀阀进入第二室外换热器，流出后经第四电磁膨胀阀，经四通换向阀b端进入c端流出并进入压缩机完成制冷剂循环。其中，室内换热器为制热，第二室外换热器和第三室外换热器为制冷；此模式下，室外新风经进入除湿转轮新风处理区与室内排风全热交换后与室内回风混合再经室内换热器加热后送风，用于对室内进行制热；同时，室内排风经第二室外换热器降温后进入除湿转轮排风处理区与室外新风全热交换后排至室外；室外空气经过第三室外换热器带走系统产生的冷量；所述第二电磁膨胀阀根据室内温度设定值和室内温度传感器的温度。

13、本发明通过设置四种运行模式，其中冬季加湿模式、冬季全热交换模式通过用户设置进行切换，除湿空调模式和低温除湿模式在用户设置为空调模式时根据室外环境温度和湿度进行调整，匹配热泵系统的制冷量、制热量和除湿转轮再生温度需求，保证系统节能高效运行。本发明可以实现在夏季和不降温除湿期维持室内温、湿度恒定，本发明与相比常规家用空调降低了再热能耗，相比于家用除湿机提高蒸发温度，具有显著节能效果。夏季空调总能耗相比家用空调节能10.3%；不降温除湿期总能耗相比家用空调（再热）节能48%，相比除湿机节能16.8%。此外，本实施例在冬季可根据用户要求只进行新风和室内排风的热交换降低制热能耗或进行新风加湿，提高室内温、湿度舒适性。进行调节，室内温度传感器温度低于室内温度设定值时增大阀门开度，室内温度传感器温度高于室内温度设定值时减小阀门开度。

14、优选地，当用户设置为空调模式时且当新风温湿度传感器的温度和相对湿度同时满足以下关系时，系统以所述除湿空调模式运行：

15、

16、第二电磁膨胀阀根据室内温设和室内温度传感器的温度进行调节，室内温度传感器温度低于室内温度设定值时减小阀门开度，室内温度传感器温度高于室内温度设定值时增大阀门开度；当用户设置为空调模式且当新风温湿度传感器的温度和相对湿度不同时满足上述关系时，系统以所述低温除湿模式运行。第七电磁膨胀阀根据室内温度设定值和室内温度传感器的温度进行调节，室内温度传感器温度低于室内温度设定值时增大阀门开度，室内温度传感器温度高于室内温度设定值时增大阀门开度；当用户设置为冬季加湿模式时，第一电磁膨胀阀和第二电磁膨胀阀根据室内温度设定值和室内温度传感器的温度进行调节，室内温度传感器温度低于室内温度设定值时增大阀门开度，室内温度传感器温度高于室内温度设定值时增大阀门开度；当用户设置为冬季全热交换模式时，第二电磁膨胀阀根据室内温度设定值和室内温度传感器的温度进行调节，室内温度传感器温度低于室内温度设定值时增大阀门开度，室内温度传感器温度高于室内温度设定值时增大阀门开度。

17、本发明通过设置四种运行模式，其中冬季加湿模式、冬季全热交换模式通过用户设置进行切换，除湿空调模式和低温除湿模式在用户设置为空调模式时根据室外环境温度和湿度进行调整，匹配热泵系统的制冷量、制热量和除湿转轮再生温度需求，保证系统节能高效运行。本发明可以实现在夏季和不降温除湿期维持室内温、湿度恒定，本发明与相比常规家用空调降低了再热能耗，相比于家用除湿机提高蒸发温度，具有显著节能效果。夏季空调总能耗相比家用空调节能10.3%；不降温除湿期总能耗相比家用空调（再热）节能48%，相比除湿机节能16.8%。此外，本实施例在冬季可根据用户要求只进行新风和室内排风的热交换降低制热能耗或进行新风加湿，提高室内温、湿度舒适性。