一种宽温域空气源热泵冷热水机高效制热控制系统及方法与流程

本发明公开一种宽温域空气源热泵控制系统及方法，特别是一种宽温域空气源热泵冷热水机高效制热控制系统及方法，属于热泵。

背景技术：

1、目前市场上常见的电空气源热泵，制热能力能效受环境温度影响很大，在低温制热运行时，冷媒与空气的换热量减少，系统运行低压压力低，压缩机高低压比大，排气温度高且压缩机运行效率低，而且低压过低还会导致室外翅片换热器出现频繁结霜现象，结霜后霜层的存在会增加冷媒与空气间的换热热阻；同时堵塞翅片间隙，换热风量会大幅度衰减，致使换热效果极差。而电空气源热泵系统通常采用逆循环化霜的方式进行融霜，用高温排气通向室外换热器融化换热器表面的霜层，此时因系统四通阀的换向致使系统切换成制冷模式，会极大地影响制热房间舒适性。

技术实现思路

1、针对上述提到的现有技术中的电空气源热泵使用过程中，使用效果不好的缺点，本发明提供一种新的宽温域空气源热泵冷热水机高效制热控制系统及方法，使用水-水板式换热器，直接将发动机冷却水与水换热，加热空调水，在系统低压侧设计冷媒支路，加装水-氟板式换热器与电子膨胀阀，控制冷媒与发动机冷却水换热，提高系统低压，水-水板式换热器的发动机冷却水侧与水-氟板式换热器的发动机冷却水侧串联，制热运行时，高温发动机冷却水先经过水-水板式换热器，再流向水-氟板式换热器，发动机余热高效回收，通过高效利用发动机余热，提高系统制热能力、强化系统除霜效果。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种宽温域空气源热泵冷热水机高效制热控制系统，该系统包括空调侧系统和发动机侧系统，其中，

3、空调侧系统包括发动机、压缩机、油分离器、四通阀、主路水-氟板式换热器、第一热交换器和气液分离器，压缩机与发动机相连接，通过发动机带动压缩机运行，压缩机出口与油分离器连接，油分离器通过四通阀与主路水-氟板式换热器连接，主路水-氟板式换热器输出与第一热交换器连接，第一热交换器通过四通阀与气液分离器连接，气液分离器输出与压缩机连接，油分离器的油输出端与压缩机的入口相连接；

4、发动机侧系统包括支路水-水板式换热器、支路水-氟板式换热器、烟气余热回收器和冷却水散热器，支路水-水板式换热器的输入端进水口与主路水-氟板式换热器的空调水出水口连接，支路水-水板式换热器的输入端出水口与主路水-氟板式换热器的空调水进水口连接，支路水-水板式换热器的输出端进口与发动机冷却水输出端连接，支路水-水板式换热器的输出端与节温器输入端连接，节温器的第一路输出端与冷却水散热器连接，节温器的第二路输出端与支路水-氟板式换热器的输出端进口连接，支路水-氟板式换热器的输出端和冷却水散热器的输出端均与烟气余热回收器的冷却水输入端连接，烟气余热回收器的冷却水输出端与发动机冷却水输入端连接，发动机烟气输出端与烟气余热回收器的烟气输入端连接，烟气余热回收器的烟气输出端排出冷却后的烟气。

5、一种宽温域空气源热泵冷热水机高效制热控制方法，控制方法为机组制热开机运行时，从第一压缩机和/或第二压缩机输出的高温高压的气态冷媒先进入主路水-氟板式换热器，与其中的空调水换热，加热主路水-氟板式换热器内的空调水，降温后的冷媒经过空调侧系统主路电子膨胀阀节流降压后，形成的低温低压的冷媒进入到第一热交换器，从空气中吸收热量后回到第一压缩机和/或第二压缩机，余热回收电磁阀开启后，空调水分为两部分，一部分进入主路水-氟板式换热器，与高温冷媒换热，一部分进入支路水-水板式换热器，与发动机冷却水换热，加热后的空调水混合一起出水。

6、本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

7、所述的压缩机设有两个，分别为第一压缩机和第二压缩机，两个压缩机通过皮带与发动机连接，第一压缩机和第二压缩机的出口分别与油分离器连接，气液分离器输出分别与第一压缩机和第二压缩机连接。

8、所述的第一压缩机和第二压缩机的出口与油分离器输入端之间的管路上连接有高压压力开关，油分离器输出端四通阀之间连接有高压压力传感器，主路水-氟板式换热器与第一热交换器之间连接有空调侧系统主路电子膨胀阀。

9、所述的空调侧系统主路电子膨胀阀前、后端分别连接有过滤器，分别为第一过滤器和第二过滤器，第一热交换器的管路上有翅片温度传感器，主路水-氟板式换热器与空调侧系统主路电子膨胀阀之间的管路通过空调侧系统支路电子膨胀阀与支路水-氟板式换热器的冷媒进口端连接，主路水-氟板式换热器与空调侧系统主路电子膨胀阀之间的管路通过液旁通电子膨胀阀与气液分离器连接。

10、所述的气液分离器与压缩机连接的管路上连接有低压压力开关和低压压力传感器，四通阀与气液分离器之间的管路上连接有第二温度传感器，主路水-氟板式换热器上设置有主温度传感器，主路水-氟板式换热器的空调水进水管路上连接有进水温度传感器；主路水-氟板式换热器的空调水出水管路上连接有出水温度传感器，主路水-氟板式换热器的空调水进水管路与支路水-水板式换热器之间连接有余热回收电磁阀，当余热回收电磁阀开启时，空调水分为两部分，一部分进入主路水-氟板式换热器，一部分进入支路水-水板式换热器。

11、所述的冷却水散热器与烟气余热回收器之间的管路上连接有发动机冷却水泵，发动机冷却水泵前端或后端的管路上连接有冷却水过滤器。

12、所述的节温器采用83℃节温器，当发动机冷却水温度低于83℃时，冷却水流向支路水-氟板式换热器，当冷却水温度大于等于83℃时，冷却水既能流向支路水-氟板式换热器，同时也会流向冷却水散热器。

13、所述的余热回收电磁阀的控制方式包括下述步骤：

14、步骤s1、机组接受到制热开机命令时，当系统检测到发动机冷却水温度达到65℃时，余热回收电磁阀开启；

15、步骤s2、机组接受到制热关机命令，余热回收电磁阀关闭；

16、步骤s3、制冷模式下余热回收电磁阀保持常闭状态。

17、所述的控制方法还包括有空调侧系统支路电子膨胀阀控制，空调侧系统支路电子膨胀阀控制包括如下几种模式：

18、（1）在制冷模式下的控制：在机组运行过程中处于关闭状态，即开度为0p，其余时间维持352p的待机开度；

19、（2）在制热模式下的控制，包括如下控制方式：

20、a、制热模式待机及发动机有启动信号2min之内维持352p的待机开度；

21、b、制热模式正常运行过程中，当同时满足以下条件时，空调侧系统支路电子膨胀阀开启，其余时间处于关闭状态，即开度为0p：

22、a.检测到环境温度t4＜-5℃，持续30min；

23、b.检测到低压压力pl＜0.6mpa，持续5min；

24、c.检测到高、低压压力差ph-pl＞0.5mpa，持续5min；

25、空调侧系统支路电子膨胀阀开启后，根据环境温度先调节至预定开度：

26、-10≤t4＜-5℃，空调侧系统支路电子膨胀阀开到80p；

27、-15≤t4＜-10℃，空调侧系统支路电子膨胀阀开到100p；

28、-20≤t4＜-15℃，空调侧系统支路电子膨胀阀开到120p；

29、t4＜-20℃，空调侧系统支路电子膨胀阀开到140p；

30、持续2min后，空调侧系统支路电子膨胀阀根据低压变化值调整开度，低压变化值△pl=△pl2-△pl1，每30s为一个检测周期，△pl1为15s前的pl值，△pl2为15s后的pl值；

31、当△pl＞0.25mpa时，空调侧系统支路电子膨胀阀调节步数-10p；

32、当0.15mpa＜△pl≤0.25mpa时，空调侧系统支路电子膨胀阀调节步数+0p；

33、当0mpa＜△pl≤0.15mpa时，空调侧系统支路电子膨胀阀调节步数+5p；

34、当-0.2mpa＜△pl≤0mpa时，空调侧系统支路电子膨胀阀调节步数+10p；

35、当△pl≤-0.2mpa时，空调侧系统支路电子膨胀阀调节步数+15p；

36、空调侧系统支路电子膨胀阀开启后的关闭控制，当满足以下条件之一时，空调侧系统支路电子膨胀阀关闭，开度为0p：

37、a.检测到环境温度t4≥-5℃持续30min，且检测到低压压力pl≥0.8mpa持续5min；

38、b.检测到低压压力pl≥1.2mpa持续2min；

39、（3）在除霜模式运行时，当四通阀切换为off后，空调侧系统支路电子膨胀阀步数调整到80p，持续2min或者到除霜结束，当四通阀切换为on前10s，空调侧系统支路电子膨胀阀调整到0p。

40、本发明的有益效果是：本发明中的宽温域空气源热泵是使用燃气发动机驱动压缩机实现制冷/制热循环的设备系统，其中发动机带动压缩机使用的机械效率仅有35%左右，剩余的65%左右能量都以热量的型式存在，通过余热回收利用构建分布式能源系统进行能源的梯级利用，在制热时，宽温域空气源热泵的制热能力一部分来源于空气，一部分来源于发动机余热，利用发动机余热不仅可以直接与空调水换热，显著提高制热能力，而且还能与系统低压冷媒侧换热，以提高系统运行低压压力，降低运行压缩比，提高压缩机效率，增强制热能效与系统除霜效果。

41、本发明使用水-水板式换热器，直接将发动机冷却水与水换热，加热空调水；在系统低压侧设计冷媒支路，加装水-氟板式换热器与电子膨胀阀，控制冷媒与发动机冷却水换热，提高系统低压；水-水板式换热器的发动机冷却水侧与水-氟板式换热器的发动机冷却水侧串联，制热运行时，高温发动机冷却水先经过水-水板式换热器，再流向水-氟板式换热器，发动机余热高效回收。

42、本发明通过高效利用发动机余热，提高系统制热能力、强化系统除霜效果。

43、下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。