一种燃气热泵多联机组空调系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及空气源热泵空调系统，具体涉及一种燃气热泵多联机组空调系统及其控制方法。


背景技术：

2.燃气热泵(gas engine driven heat pump,以下简称ghp)系统是一种利用燃气(包含天然气、液化石油气、沼气等)作为高品位驱动能源，通过燃气发动机做功直接驱动开启式压缩机工作，进而完成蒸气压缩式制冷循环而达到制冷或制热目的的空调系统。其实际应用目前存在以下问题：
3.1)发动机通过燃烧天然气产生热能，从而转换成动能驱动压缩机运转，实现蒸气压缩机制冷循环，但发动机燃烧过程中会产生大量废热，这些废热必须通过发动机冷却水带走，通过冷却水热交换器(或其他途径)进行散掉，保证发动机冷却水出水温度保持一定值(例如85℃)，当发动机冷却水温度过高时，发动机会限速或停机保护，从而影响发动机工作效率及使用寿命。
4.2)现有燃气热泵机组，当机组在低温的情况下开机运转时，必须先开启压缩机加热带进行预热处理，保证压缩机润滑油到达一定温度后，才能开机运行，此控制方法低温情况下开机时间长，电热带产生费用昂贵，其次还存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种燃气热泵多联机组空调系统及其控制方法。
6.第一方面，本发明提供一种燃气热泵多联机组空调系统，包括：
7.冷媒系统和冷却水系统，冷媒系统包括压缩机、油分离器、四通阀、室外热交换器、室内热交换器、废热回收器一和气液分离器；冷却水系统包括发动机、废热回收器一、水泵一和冷却水热交换器；压缩机设置有用于预热压缩机的冷却水散热管；
8.压缩机排气口经油分离器与四通阀端口一相连，四通阀端口二与室外热交换器一端相连，室外热交换器另一端经电子膨胀阀exv1后分为两路，一路依次经电子膨胀阀exv3、室内热交换器后与四通阀端口三相连，另一路依次经电子膨胀阀exv2、废热回收器一冷侧、气液分离器与压缩机吸气口相连，四通阀端口四经气液分离器与压缩机吸气口相连；
9.发动机冷却水出口依次经电磁阀sv6、冷却水热交换器、水泵一与发动机冷却水进口相连构成空气降温回路，发动机冷却水出口依次经电磁阀sv5、废热回收器一热侧、水泵一与发动机冷却水进口相连构成冷媒降温回路，发动机冷却水出口依次经电磁阀sv8、压缩机的冷却水散热管、水泵一与发动机冷却水进口相连构成压缩机预热回路。
10.第二方面，本发明提供一种基于上述燃气热泵多联机组空调系统的控制方法，包括：
11.在冬季制热运行时，利用发动机进入怠速状态的高温冷却水对压缩机进行预热，
从而使压缩机快速达到启动条件，进行制热运行；
12.在系统制冷运行、且冷却水热交换器风机全负荷工作时，发动机冷却水出水温度仍超出正常区间时，利用冷媒系统的冷媒对冷却水进行换热降温；
13.在系统制热运行、且冷却水热交换器风机全负荷工作时，发动机冷却水出水温度仍超出正常区间时，利用冷媒系统的冷媒对冷却水进行换热降温。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
15.(1)优化冷却水控制，增加废热回收器一，在冷却水温度过高时，通过冷媒自身节流蒸发降低冷却水温度，避免了冷却水温度过高，发动机保护停机的问题。
16.(2)通过发动机高温废热，取代压缩机电热加，低温情况下利用发动机高温废热快速预热压缩机，实现制热快速开机及节能的效果。
附图说明
17.图1是燃气热泵多联机空调系统的结构示意图。
18.图2是燃气热泵多联机空调系统冻机启动时压缩机预热原理图。
19.图3是燃气热泵多联机空调系统冻机启动时压缩机预热控制流程图。
20.图4是燃气热泵多联机空调系统制冷运行降低冷却水温度原理图。
21.图5是燃气热泵多联机空调系统制热运行降低冷却水温度原理图。
22.图6是燃气热泵多联机空调系统降低冷却水温度控制流程图。
具体实施方式
23.为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含包括一个或者更多个该特征。另外，本发明中的热侧、冷侧的定义是：热侧的热量向冷侧转移，流经热侧的流体放热降温，流经冷侧的流体吸热升温。
25.实施例
26.如图1所示，本发明的一种燃气热泵多联机空调系统，包括冷媒系统和冷却水系统。
27.冷媒系统包括压缩机1、油分离器2、四通阀3、室外热交换器4、室内热交换器5、废热回收器一6、气液分离器7、温度传感器t1～t5、电子膨胀阀exv1～exv3、电磁阀sv1～sv4、截止阀bv1/bv2，其中，压缩机1表面贴附有用于对其进行预热的冷却水散热管。
28.冷却水系统包括发动机8、废热回收器一6、水泵一9、冷却水热交换器10、过滤器一11、废热回收器二12、水泵二13、过滤器二14、热水箱15、温度传感器t6/t7、电磁阀sv5～sv9。
29.压缩机1排气口经油分离器2与四通阀3端口一相连，四通阀3端口二与室外热交换器4一端相连，室外热交换器4另一端经电子膨胀阀exv1后分为两路，一路依次经截止阀bv1、电子膨胀阀exv3、室内热交换器5、截止阀bv2后与四通阀3端口三相连，另一路依次经
电子膨胀阀exv2、废热回收器一6冷侧、气液分离器7与压缩机1吸气口相连，四通阀3端口四经气液分离器7与压缩机1吸气口相连。
30.发动机8冷却水出口分为五路，第一路依次经电磁阀sv6、冷却水热交换器10、过滤器一11、水泵一9回到发动机8冷却水进口构成空气降温回路；第二路经电磁阀sv5、废热回收器一6热侧、过滤器一11、水泵一9回到发动机8冷却水进口构成冷媒降温回路；第三路依次经电磁阀sv8、压缩机1表面的冷却水散热管、过滤器一11、水泵一9回到发动机8冷却水进口构成压缩机预热回路；第四路依次经电磁阀sv9、废热回收器二12热侧、过滤器一11、水泵一9回到发动机8冷却水进口构成余热利用回路；第五路依次经电磁阀sv7、过滤器一11、水泵一9回到发动机8冷却水进口构成自循环回路。废热回收器二12冷侧、水泵二13、过滤器二14和热水箱15依次相连构成热水回路。
31.其中，温度传感器t1用于监测压缩机1排气温度，温度传感器t5用于监测压缩机1吸气温度，温度传感器t6用于监测发动机8冷却水出水温度，温度传感器t7用于监测发动机8冷却水进水温度。
32.如图2所示，本发明的燃气热泵多联机空调系统在冬季制热运行时，可利用发动机进入怠速状态的高温冷却水对压缩机进行预热，从而使压缩机快速达到启动条件，进行制热运行，具体步骤如下：
33.发动机8内部燃烧天然气，产生大量热量，热能转换成机械能通过皮带轮带动压缩机1运转，冷却水吸收由发动机8内机排放的高温废气变成高温冷却水，然后分成两路：一路经过打开的电磁阀sv8，通过贴附在压缩机1表面的冷却水散热管，让高温冷却水与处于低温状态的下的压缩机1进行换热，使得压缩机1温度逐渐提高，随后通过单向阀、过滤器一11回到水泵一9的吸气处，然后通过水泵一9压缩增压回到发动机8冷却水进口；另一路通过打开的电磁阀sv6进入冷却水热交换热器10，把冷却水多余热量通过与空气进行热交换，散到空气当中，通过调节风机转速高低，控制散到空气当中的热量大小，从而保证冷却水出水温度保持在正常区间内，冷却水经过冷却水热交换热器10进行换热后，与第一路冷却水汇合，通过水泵一9运转回到发动机8再次进行换热，如此循环。
34.如图3所示，本发明的燃气热泵多联机空调系统通过发动机高温冷却水对压缩机进行预热的控制流程如下：
35.首先步骤s01燃气热泵外机处于停机状态，然后，进入步骤s02查看是否具有开机信号，没有则回到步骤s01状态继续保持停机状态，有则进入步骤s03电磁阀sv6打开，发动机点火运行至怠速状态，冷却水热交换器正常运行，接着进入步骤s04检测压缩机温度是否小于等于预热判定值，若检测到压缩机温度高于预热判定值则进入步骤s09关闭电磁阀sv8，然后进入步骤s10压缩机离合器吸合，机组正常运行；若检测到压缩机温度小于等于预热判定值时则进入步骤s05打开电磁阀sv8，利用发动机的高温冷却水对压缩机进行预热，随后进入步骤s07检测冷却水出水温度是否大于正常区间上限值，是则进入步骤s06冷却水热交换器的风机档位增加1档，等待30s后再次回到步骤s07检测，否则进入步骤s08检测冷却水出水温度是否小于正常区间下限值，是则进入步骤s11冷却水热交换器的风机档位减少1档，等待30s后再次回到步骤s08检测，否则回到步骤s04，如此循环，直至压缩机温度大于预热判定值，进入步骤s09关闭sv8电磁阀，然后进入步骤s10压缩机离合器吸合，机组正常运行。
36.如图4所示，本发明的燃气热泵多联机空调系统在制冷运行时，发动机冷却水经过冷却水热交换器进行散热，风机已经全负荷工作时，发动机冷却水出水温度仍超出正常区间时，此时，利用冷媒系统的冷媒对冷却水进行换热降温，具体步骤如下：
37.首先，冷却水系统发动机8内部燃烧天然气，产生大量热量，热能转换成机械能通过皮带轮带动压缩机1运转，冷却水吸收由发动机8内机排放的高温废气变成高温冷却水，然后分成两路：一路通过打开的电磁阀sv5进入废热回收器一6，高温冷却水在废热回收器一6里与经过电子膨胀阀exv2节流后的低温低压冷媒进行热交换，把大量热量散至冷媒系统的冷媒中，从废热回收器一6中出来的冷却水通过过滤器一11、水泵一9回到发动机8冷却水进口；另一路通过打开的电磁阀sv6进入冷却水热交换器10，把部分高温冷却水多余热量通过与空气进行热交换，散到空气当中，通过调节风机转速高低，控制散到空气当中的热量大小，从冷却水热交换器10出来的冷却水，与第一路冷却水汇合后，通过水泵一9运转回到发动机8再次进行换热，如此循环，从而保证冷却水出水温度保持在正常区间内。
38.同时，冷媒系统的压缩机1对低温低压气态冷媒进行压缩，排出高温高压气态冷媒，经过油分离器2把被冷媒带出来的压缩机润滑油进行分离，然后，高温高压气态冷媒经过四通阀3进入室外热交换器4(此时为冷凝器)进行散热冷凝变成高温高压液态冷媒，通过全开的电子膨胀阀exv1后分成两路：一路经过截止阀bv1后，通过电子膨胀阀exv3节流降压后变成低温低压冷媒与室内热交换器5(此时为蒸发器)进行换热蒸发，从而使室内侧温度降低，然后经过截止阀bv2、四通阀3回到气液分离器7中；另一路则是通过电子膨胀阀exv2节流降压，变成低温低压气态冷媒，在废热回收器一6汇总进行换热，吸收高温冷却水的热量，使得冷却水温度降低，然后回到气液分离器7与第一路的冷媒进行汇合，最后回到压缩机1吸气口，如此循环。
39.如图5所示，本发明的燃气热泵多联机空调系统在制热运行时，发动机冷却水经过冷却水热交换器进行散热，风机已经全负荷工作时，发动机冷却水出水温度仍超出正常区间时，此时，利用冷媒系统的冷媒对冷却水进行换热降温，具体步骤如下：
40.首先，冷却水系统发动机8内部燃烧天然气，产生大量热量，热能转换成机械能通过皮带轮带动压缩机1运转，冷却水吸收由发动机8内机排放的高温废气变成高温冷却水，然后分成两路：一路通过打开的电磁阀sv5进入废热回收器一6，高温冷却水在废热回收器一6里与经过电子膨胀阀exv2节流后的低温低压冷媒进行热交换，把大量热量散至冷媒系统的冷媒中，从废热回收器一6中出来的冷却水着通过过滤器一11、水泵一9回到发动机8冷却水进口；另一路通过打开的电磁阀sv6进入冷却水热交换器10，把部分高温冷却水多余热量通过与空气进行热交换，散到空气当中，通过调节风机转速高低，控制散到空气当中的热量大小，从冷却水热交换器10出来的冷却水，与第一路冷却水汇合后，通过水泵一9运转回到发动机8再次进行换热，如此循环，从而保证冷却水出水温度保持在正常区间内。
41.同时，冷媒系统中，冷凝器与蒸发器进行交换，图4中室外热交换器4作为冷凝器，室内热交换器5作为蒸发器，而图5中室内热交换器5作为冷凝器，室外热交换器4作为蒸发器。具体的：压缩机1对低温低压气态冷媒进行压缩，排出高温高压气态冷媒，经过油分离器2把被冷媒带出来的压缩机润滑油进行分离，然后，高温高压气态冷媒经过四通阀3、截止阀bv2进入室内热交换器5(此时为冷凝器)进行散热冷凝变成高温高压液态冷媒，从而使室内侧温度升高，随后通过全开的电子膨胀阀exv3、截止阀bv1后分成两路：一路通过电子膨胀
阀exv1节流降压后变成低温低压冷媒与室外热交换器4(此时为蒸发器)进行换热蒸发，然后经四通阀3回到气液分离器7中；另一路则是通过电子膨胀阀exv2节流降压变成低温低压气态冷媒，在废热回收器一6汇总进行换热，吸收高温冷却水的热量，使得冷却水温度降低，然后回到气液分离器7与第一路的冷媒进行汇合，最后回到压缩机1吸气口，如此循环。
42.如图6所示，本发明的燃气热泵多联机空调系统通过冷媒系统的冷媒对冷却水进行换热降温的控制流程如下：
43.首先，步骤s12燃气热泵外机处于正常控制时，进入步骤s13检测冷却水出水温度是否大于保护启动值，如果小于等于则回到步骤s12仍然保持正常控制，如果大于则进入步骤s14检测是否电磁阀sv6打开，电磁阀sv5/sv7/sv8/sv9关闭，如果不是则进入步骤s19执行打开sv6，关闭sv5/sv7/sv8/sv9动作，等待1min后，再次进入步骤s13进行循环，如果是则进入步骤s15打开电磁阀sv5，并调节电子膨胀阀exv2到初始开度，利用冷媒对冷却水进行换热降温，然后进入步骤s16检测压缩机吸气过热度是否等于设定过热度，如果不是则进入步骤s20进入pi控制对电子膨胀阀exv2的开度进行调节，等待1min后，再次进入步骤s16进行循环，如果是则进入步骤s17检测冷却水出水温度是否小于等于保护关闭值，当检测到冷却水出水温度大于保护关闭值时，进入步骤s21执行保持当前状态控制，等待1min后，再次进行步骤s17进行判断循环，当检测到冷却水出水温度小于等于保护关闭值时，则进入步骤s18关闭sv5电磁阀，然后，再次回到步骤s12，进入燃气热泵外机正常控制。
44.其中，进入pi控制对电子膨胀阀exv2的开度进行调节具体为：开度变化量
△
p＝
△
p1+
△
p2。
△
p1依据压缩机吸气过热度进行pi控制调节，
△
p1表达式：
△
p1＝a*(e-e1)+b*(
△
t/tic)*(e+e1)，式中，e＝当前吸气过热度-设定吸气过热度(吸气过热度的偏差值)，e1为上一次的e，
△
t为采样周期，tic为积分响应时间常数，a为比例系数，b为积分系数。
45.△
p2依据压缩机排气温度进行pi控制调节，
△
p2表达式：
△
p2＝c*(t1-t1)，上式符号说明，t1为当前排气温度，t1为上一周期排气温度，c为比例系数。
46.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。