一种极寒复叠式热泵控制方法与流程

1.本发明涉及一种冷热水机组，尤其是一种极寒复叠式热泵冷热水机组控制方法及。


背景技术：

2.现有的复叠机只是两个压缩机的复叠让机组水温能烧到80度以上时压缩机的压比在较小范围，让机组稳定运行，但cop很低，运行费用高，用户很难接受，在环温-35度以下也无法运行。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供一种能在极寒温度下运行、cop高，运行费用低的一种极寒复叠式热泵控制方法，具体技术方案为：
4.一种极寒复叠式热泵控制方法，所述控制方法包括：在环境温度高于判断温度或制冷时只启动高温环路，在环境温度低于判断温度时低温环路和高温环路均启动；其中，所述判断温度为-20℃～25℃。
5.优选的，当环境温度＜判断温度时，先启动高温环路，当高温环路中高温段节流后温度≤设定节流后温度时启动低温环路，所述设定节流后温度为-30～20℃；
6.当环境温度≥判断温度或制冷时，不启动低温环路，只启动高温环路，其中，高温环路工作时，只打开制冷电子膨胀阀，关闭制热电子膨胀阀；制冷时制冷四通换向阀先上电，制冷电子膨胀阀根据制冷阀后温度和回气温度调节；制热时制冷电子膨胀阀根据制冷外盘管温度和回气温度调节。
7.进一步的，所述低温环路启动后，所述低温环路的变频压机根据低温环路的高压报警值控制升频和降频，达到温度后，低温环路的变频压缩机先降频，当变频压缩机降频到0时，关闭高温环路的定频压缩机；
8.所述高压报警值为(20～45)－5kpa；
9.低温环路高压压力值》低温环路高压报警值+1kpa，降频；
10.低温环路高压压力值《低温环路高压报警值－1kpa，升频；
11.低温环路高压压力值＝低温环路高压报警值
±
1kpa，保持当前频率。
12.优选的，制热进入除霜条件：
13.制热时，压缩机累计运行时间≥45min，压缩机持续运行时间≥3min；(环境温度－回气温度)≥0～15℃，环境温度≤0～20℃，并持续30秒；
14.同时满足以上条件时，则进入除霜；
15.当只有单个系统满足进入除霜条件时，另一个系统外盘管温度＜12℃时，也同时进入除霜；外盘管温度≥1～40℃，则停机等待；
16.当外盘管温度故障时，若环境温度≤12℃，则除霜改为定时除霜，除霜时间为2min；
17.退出除霜条件：
18.当外盘管温度≥1～40℃或除霜时间达到5～20min时，则系统退出除霜。
19.进一步的，所述除霜时变频压缩机降频到最低运行频率30hz时，风机关，制热电子膨胀阀开至除霜开度，水泵保持运行；5s时定频压缩机停，同时制热四通换向阀及第一四通换向阀上电，制冷电子膨胀阀关闭，5s时变频压缩机升频到化霜运行频率，定频压缩机在：冷凝后温度≤-50～30℃，除霜时定频压机启动频率(10-80rps可调)同时满足以上2个条件时启动定频压机，变频外盘管温度≥1～40℃或除霜时间达到5～20min时，变频压缩机开始降频；所述退出除霜时：变频压缩机降频至30hz且持续5s时定频压缩机停，制热四通阀及第一四通换向阀关闭；风机启动、同时退出除霜，第一电子膨胀阀及制热电子膨胀阀开至初始开度；20s时定频压缩机启动；变频压缩机开始升频回到正常控制频率，第一电子膨胀阀及制热电子膨胀阀在运行60秒后回到除霜前开度，恢复正常制热运行。
20.优选的所述低温环路包括：低温压缩机；第一气液分离器，所述第一气液分离器的出气口与所述低温压缩机的回气口连接；第一四通换向阀，所述第一四通换向阀分别与所述低温压缩机的排气口、所述第一气液分离器的进气口和所述板式换热器连接；第一蒸发器，所述第一蒸发器与所述第一四通换向阀连接；及第一电子膨胀阀，所述第一蒸发器通过所述第一电子膨胀阀与所述板式换热器连接；所述高温环路包括：高温压缩机；第二气液分离器，所述第二气液分离器的出气口与所述高温压缩机的回气口连接；制冷四通换向阀，所述制冷四通换向阀与所述高温压缩机的排气口连接；第二单向阀，所述第二单向阀分别与所述第二气液分离器和所述制冷四通换向阀连接；第二蒸发器，所述第二蒸发器与所述制冷四通换向阀连接；制冷电子膨胀阀，所述制冷电子膨胀阀与所述第二蒸发器连接；制热电子膨胀阀，所述制热电子膨胀阀分别与所述制冷电子膨胀阀和所述板式换热器连接；冷凝器，所述冷凝器与所述制热电子膨胀阀连接；制热四通换向阀，所述制热四通换向阀分别与所述板式换热器、所述制冷四通换向阀和所述冷凝器连接；及第一单向阀，所述第一单向阀分别与所述制热四通换向阀和所述第二气液分离器连接。
21.优选的，还包括电子膨胀阀的开度控制方法，所述电子膨胀阀的开度控制方法包括：
22.电子膨胀阀初开度＝环境温度
×
8+120p，初开度低于150p强制开到150p；
23.实际目标过热度＝低温环路回气温度－外盘管温度或高温段回气温度－节流后温度；
24.低温环路实际目标过热度＝低温环路回气温度－外盘管温度，
25.当环境温度＜判断温度时高温环路制热电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－节流后温度；
26.当环境温度≥判断温度制热时高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷外盘管温度；
27.当制冷时高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷阀后温度；
28.电子膨胀阀调节周期70p～500p
29.电子膨胀阀在达温待机后，水温下降再启时，先按初始开度执行，运行60s后，按停机以前的步数执行；
30.当吸气过热度》目标过热度+1℃，电子膨胀阀开大；
31.当吸气过热度《目标过热度－1℃，电子膨胀阀关小；
32.当吸气过热度＝目标过热度
±
1℃，保持当前开度。
33.进一步的，所述电子膨胀阀的开度逻辑按下面公式设定：
34.电子膨胀阀开度xvn＝(exvn-1)+[kp(dtcn-dts)+kd(dtcn-dtcn-1)]
[0035]
其中，kp、kd为参数可调，可调值可参考冷凝机组控制器设定；
[0036]
exvn＝电子膨胀阀实际开度；
[0037]
exvn-1＝电子膨胀阀上一次的开度；
[0038]
kp＝过热度比例系数；
[0039]
kd＝过热度微分系数；
[0040]
dtcn＝实际目标过热度＝低温环路回气温度－外盘管温度，高温环路制热电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－节流后温度，高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷外盘管温度；
[0041]
低温环路实际目标过热度＝低温环路回气温度－外盘管温度，
[0042]
当环境温度＜判断温度时高温环路制热电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－节流后温度；
[0043]
当环境温度≥判断温度制热时高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷外盘管温度；
[0044]
当制冷时高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷阀后温度；
[0045]
dts＝设定目标过热度：低温环路：0-15℃；高温段：0-15℃；
[0046]
dtcn-1＝上一次的目标过热度。
[0047]
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
[0048]
本发明提供的一种极寒复叠式热泵控制方法让制热环温突破-50度，cop提升60％以上，采暖水温达到55度。
附图说明
[0049]
图1是一种极寒复叠式热泵系统的结构框图，并且是在环温低于等于(-25-20℃可调)时的介质冷媒的流动方向；
[0050]
图2是在环温高于(-25-20℃可调)且制热时介质冷媒的流动方向；
[0051]
图3是在环温高于(-25-20℃可调)且制冷时介质冷媒的流动方向。
具体实施方式
[0052]
现结合附图对本发明作进一步说明。
[0053]
如图1至图3所示，本发明通过对复叠机的系统改进，控制方法的改进，让制热环温突破-50℃，cop提升60％以上。采暖水温达到55℃。复叠式空气能热泵采暖机组工作原理
[0054]
空气能热泵复叠采暖机组是由高温环路和低温环路组成，这里的低温环路和高温环路是根据系统按复叠循环运行时的冷凝温度来定义的。冷凝温度高的环路定义为高温环路，冷凝温度低的环路定义为低温环路。
[0055]
复叠式空气能热泵采暖机组能满足在极寒工况下用户对供热的要求，能实现在环境温度为-50℃～45℃范围内对供热的要求，温度适用范围更低，工作性能稳定，控制调节
简单方便；除此之外，复叠式空气能热泵采暖机组能够随环境温度的变化，使系统cop值趋于较大值，系统总是朝最有利于节能的趋势工作。复叠式空气能热泵采暖机组制热是低温环路蒸发侧始终是在30℃～40℃，高温环路冷凝侧是在40℃～55℃，这样的工况不但能效高，压缩机压比小，运行更稳定，而单级蒸汽压缩机在环境温度下降，而采暖需要的是高出水温度，空气能热泵会由于压缩比增加导致效率急剧下降。当环境温度接近零下30或更低，而出水温度始终要求达到40℃以上，热泵的冷凝蒸发温度之差就更大，传统的单级蒸汽压缩循环势必难以达到这一要求，即使能够达到，其经济性也很低。运行工况更差，而采用复叠式空气能热泵机组则可以解决这一问题。
[0056]
一种极寒复叠式热泵控制方法，所述控制方法包括：
[0057]
在环境温度高于判断温度或制冷时只启动高温环路，在环境温度低于判断温度时低温环路和高温环路均启动；其中，所述判断温度为-25℃～20℃。
[0058]
变量包括：变频压缩机冷凝后温度－50～30℃，定频压缩机节流后温度8℃，一个低温环路高压报警值。
[0059]
当环境温度＜判断温度时，先启动高温环路，当高温环路中高温段节流后温度≤设定节流温度(8℃可调)时启动低温环路；
[0060]
当环境温度≥判断温度或制冷时，不启动低温环路，启动高温环路，其中，高温环路工作时，打开制冷电子膨胀阀，关闭制热电子膨胀阀；制冷时制冷四通换向阀先上电，电子膨胀阀根据制冷阀后温度和回气温度调节；制热时制冷电子膨胀阀根据制冷外盘管温度和回气温度调节。
[0061]
所述低温环路启动后，所述低温环路的变频压机根据低温环路的高压报警值控制升频和降频，达到温度后，低温环路的变频压缩机先降频，当变频压缩机降频到0时，关闭高温环路的定频压缩机；
[0062]
所述高压报警值为42kpa～5kpa；
[0063]
低温环路高压压力值》低温环路高压报警值+1kpa，降频；
[0064]
低温环路高压压力值《低温环路高压报警值－1kpa，升频；
[0065]
低温环路高压压力值＝低温环路高压报警值
±
1kpa，保持当前频率。
[0066]
开机后，选择高温热水模式时，当有需求时，首先开启变频压缩机；再判断低温环路的冷凝后温度，当低温环路冷凝后温度大于等于20℃(可调)时启动定频压缩机，当冷凝温度小于等于5℃时对应的定频压缩机关闭，需要等待低温环路冷凝后温度上升到20℃(可调)以后才允许开定频侧压缩机；打到温度后，定频压缩机延时变频压缩机30秒关闭；且变频压缩机或定频压缩机发生任意一个停机保护，定频、变频压缩机都停下来；
[0067]
开机后，选择极寒采暖模式、极寒冷暖模式制热、极寒热水模式时，当环境温度≤7℃(可调)有需求时，先启动定频压缩机，只启用制热电子膨胀阀，制冷电子膨胀阀关闭，制热电子膨胀阀是根据定频节流后温度和回气温度调节，当高温环路节流后温度≤8℃(可调)时启动变频压缩机运行，变频压缩机启动后，升频到30hz后保持1分钟，然后按低温环路高压报警值控制升频和降频：每10秒(可调)为1个调节周期，速度每秒1hz(可调)，到温度后，变频压缩机先降频到0时，然后关闭定频压缩机；变频压缩机或定频压缩机发生任意一个停机保护，定频，变频压缩机都停下来。
[0068]
当极寒冷暖模式，极寒热水模式制热时，环境温度≥停止变频压缩机运行的环境
温度7℃(可调)或制冷时，变频压缩机不启动，只启动定频压缩机，启用制冷电子膨胀阀，制热电子膨胀阀关闭，制冷时制冷四通换向阀先上电，制冷时电子膨胀阀是根据制冷阀后温度和回气温度调节，制热时制冷电子膨胀阀是根据制冷外盘管温度和回气温度调节。
[0069]
制热进入除霜条件：
[0070]
制热时，压缩机累计运行时间≥45min(参数p11)，且压缩机持续运行时间≥3min；
[0071]
(环境温度-回气温度)≥12℃(参数p15)，且环境温度≤参数p16并持续30秒；
[0072]
同时满足以上条件时，则进入除霜；
[0073]
当只有单个系统满足进入除霜条件时，另一个系统外盘管温度＜12℃(参数p14)时，也同时进入除霜；外盘管温度≥12℃(参数p14)，则停机等待；
[0074]
当外盘管温度故障时，若环境温度≤12℃，则除霜改为定时除霜，除霜时间为2min；
[0075]
1、除霜时变频压缩机降频到最低运行频率30hz时，第一电子膨胀阀上电，风机关，制热电子膨胀阀开至除霜开度，水泵保持运行；5s时定频压缩机停，同时制热四通换向阀及第一四通换向阀上电，制冷电子膨胀阀关闭，5s时变频压缩机升频到化霜运行频率，定频压缩机开启条件；冷凝后温度≤-10(-50-30℃)可调)，(除霜时定频压缩机启动频率(60rps可调)同时满足2个条件时启动定频压缩机，变频外盘管温度≥12℃(参数p14)或除霜时间达到10min(参数p13)时，变频压缩机开始降频，，
[0076]
退出除霜条件：
[0077]
当外盘管温度≥12℃(参数p14)或除霜时间达到10min(参数p13)时，则系统退出除霜；
[0078]
2、退出除霜动作：(退出除霜时变频不关压缩机，只是把频率降到最低30hz)5s时定频压缩机停，第一电子膨胀阀关闭，制热四通阀及第一四通换向阀关闭；风机启动、同时退出除霜，第一电子膨胀阀及制热电子膨胀阀开至初始开度。20s时定频压缩机启动。变频压缩机开始升频回到正常控制频率，第一电子膨胀阀及制热电子膨胀阀在运行1分钟后回到除霜前开度，恢复正常制热运行。
[0079]
除霜的非正常结束：
[0080]
1、在除霜期间出现故障保护停机时，系统立即退出除霜，停止运行；
[0081]
2、在除霜期间不检测低压保护；
[0082]
3、回水或水箱温度低于4℃，机组退出除霜。
[0083]
如图1所示，一种极寒复叠式热泵系统，包括板式换热器2、低温环路1和高温环路3。
[0084]
低温环路1包括低温压缩机11、第一气液分离器12、第一四通换向阀13、第一蒸发器14、第一电子膨胀阀15，其中低温压缩机11为变频压缩机，第一气液分离器12的出气口与低温压缩机11的回气口连接；第一四通换向阀13的一号口与低温压缩机11的排气口连接，第一四通换向阀13的二号口与板式换热器2的一号出气口连接，第一四通换向阀13的三号口与第一气液分离器12的进气口连接，第一四通换向阀13的四号口与第一蒸发器14的集气出口连接。第一蒸发器14的液管进口通过第一电子膨胀阀15与板式换热器2连接。其中，第一电子膨胀阀15与板式换热器2一号进气口连接。
[0085]
高温环路3包括高温压缩机31、第二气液分离器38、制冷四通换向阀32、第一单向
阀41、第二单向阀42、第二蒸发器33、制冷电子膨胀阀34、制热电子膨胀阀35、冷凝器36和制热四通换向阀37。
[0086]
高温压缩机31为定频压缩机，高温压缩机31的回气口与第二气液分离器38的出气口连接。
[0087]
制冷四通换向阀32的一号口与高温压缩机31的排气口连接；制冷四通换向阀32的二号口与制热四通换向阀37的一号口连接；制冷四通换向阀32的三号口通过第二单向阀42与第二气液分离器38的进气口连接；制冷四通换向阀32的四号口与第二蒸发器33的集气口连接。
[0088]
第二单向阀42分别与第二气液分离器38的进气口连接，还与制冷四通换向阀32的三号口和制热四通换向阀37的三号口和第一单向阀41并列连接。
[0089]
第二蒸发器33、制冷电子膨胀阀34、制热电子膨胀阀35和板式换热器2依次连接。其中，制热电子膨胀阀35与板式换热器2的二号进气口连接。制热电子膨胀阀35还与制冷电子膨胀阀34并联后再与冷凝器36出口连接。制冷电子膨胀阀34与第二蒸发器33的液管进气口连接。
[0090]
制热四通换向阀37的三号口通过第一单向阀41与第二气液分离器38的进气口连接；制热四通换向阀37的四号口与板式换热器2的二号出气口连接；制热四通换向阀37的二号口与冷凝器36的进口连接。
[0091]
如图1所示，在环温低于等于7℃时，介质冷媒先由低温环路1的第一蒸发器14吸低温空气中的热量，再循环到第一气液分离器12，从第一气液分离器12到低温环路1的低温压缩机11的回气口，经过低温压缩机11压缩成高温气体由排气口出，从第一四通换向阀13的一号口进入，从第一四通换向阀13的二号口出到板式换热器2，高温气体与高温环路3的介质冷媒进行热交换，交换过后的低温环路1介质冷媒再经过低温环路1第一电子膨胀阀15节流，节流后的低温低压的汽态介质冷媒再回到低温环路1的第一蒸发器14吸低温空气中的热量后，再由第一四通换向阀13的四号口进入，然后从第一四通换向阀13的三号口出来进入第一气液分离器12，如此往复循环的向高温环路3的介质冷媒传递热量。
[0092]
在环温低于等于7℃时，高温环路3的介质冷媒先由板式换热器2中吸从低温环路1中传递的热量，然后依次经过制热四通换向阀37的三号口以及第一单向阀41和第二气液分离器38，再从高温环路3的高温压缩机31的回气口进入，经过高温压缩机31压缩成高温气体，从高温压缩机31的排气口进入制冷四通换向阀32的一号口，从制冷四通换向阀32的二号口出到制热四通换向阀37的一号口，从制热四通换向阀37的二号口进入到冷凝器36中与采暖介质或热水进行热交换，交换过后的高温环路3介质冷媒再经过制热电子膨胀阀35节流，节流后的低温低压的汽态介质冷媒再回到板式换热器2中吸收低温环路1中传递的热量，如此往复循环的向高温环路3的采暖介质或热水传递热量，
[0093]
如图2和图3所示，在环温高于7℃时，低温环路1不工作。
[0094]
如图2所示，在环温高于7℃且制热时，高温环路3的第二蒸发器33中的介质冷媒依次经过制冷四通换向阀32的四号口、制冷四通换向阀32的三号口、第二单向阀42和第二气液分离器38，然后回到高温压缩机31的回气口，经过高温压缩机31压缩成高温气体，从高温压缩机31的排气口进入制冷四通换向阀32的一号口，从制冷四通换向阀32的二号口流出，然后进入到制热四通换向阀37的一号口，从制热四通换向阀37的二号口进入冷凝器36，到
冷凝器36中与采暖介质或热水进行热交换，交换后的低温低压的液态介质冷媒经过制冷电子膨胀阀34节流，节流后的低温低压的汽态介质冷媒再回到第二蒸发器33中吸收空气中的热量，如此往复循环的向高温环路3的采暖介质或热水传递热量，
[0095]
如图3所示，在环温高于7℃且制冷时，高温环路3的高温压缩机31压缩的高温气体从排气口排出，然后依次经过制冷四通换向阀32的一号口和四号口进入到第二蒸发器33中，在蒸发器中与空气交换放热后，再经过制冷电子膨胀阀34节流，节流后的低温低压的汽态介质冷媒进入到冷凝器36中与空调介质进行冷量交换，在冷凝器36中与空调介质进行冷量交换后的高温环路3介质冷媒从制热四通换向阀37的二号口进，从制热四通换向阀37的四口出，再经过第一单向阀41进入第二气液分离器38后回到高温环路3的高压缩机，如此往复循环的向高温环路3的空调介质进行冷量交换。
[0096]
电子膨胀阀
[0097]
电子膨胀阀的开度控制方法，所述电子膨胀阀的开度控制方法包括：
[0098]
电子膨胀阀初开度＝环境温度
×
8+120p，初开度在计算值低于150p强制开到150p；
[0099]
实际目标过热度＝低温环路回气温度－外盘管温度或高温段回气温度－节流后温度；
[0100]
低温环路实际目标过热度＝低温环路回气温度－外盘管温度，
[0101]
当环境温度＜判断温度时高温环路制热电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－节流后温度；
[0102]
当环境温度≥判断温度制热时高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷外盘管温度；
[0103]
当制冷时高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷阀后温度；
[0104]
电子膨胀阀调节周期70p～500p
[0105]
电子膨胀阀在达温待机后，水温下降再启时，先按初始开度执行，运行60s后，按停机以前的步数执行；
[0106]
当吸气过热度》目标过热度+1℃，电子膨胀阀开大；
[0107]
当吸气过热度《目标过热度－1℃，电子膨胀阀关小；
[0108]
当吸气过热度＝目标过热度
±
1℃，保持当前开度。
[0109]
所述主路电子膨胀阀的开度逻辑按下面公式设定：
[0110]
电子膨胀阀开度xvn＝(exvn-1)+[kp(dtcn-dts)+kd(dtcn-dtcn-1)]
[0111]
其中，kp、kd为参数可调，可调值可参考冷凝机组控制器设定；
[0112]
exvn＝电子膨胀阀实际开度；
[0113]
exvn-1＝电子膨胀阀上一次的开度；
[0114]
kp＝过热度比例系数；
[0115]
kd＝过热度微分系数；
[0116]
dtcn＝实际目标过热度＝低温环路回气温度－外盘管温度，高温环路制热电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－节流后温度，高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷外盘管温度；
[0117]
低温环路实际目标过热度＝低温环路回气温度－外盘管温度，
[0118]
当环境温度＜判断温度时高温环路制热电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－节流后温度；
[0119]
当环境温度≥判断温度制热时高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷外盘管温度；
[0120]
当制冷时高温环路制冷电子膨胀阀实际目标过热度＝回气温度－制冷阀后温度；
[0121]
dts＝设定目标过热度：低温环路：0-15℃；高温段：0-15℃；
[0122]
dtcn-1＝上一次的目标过热度。
[0123]
系统参数表
[0124][0125]
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术
人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。