变频空气源热泵热水系统及运行控制方法
阅读说明：本技术 变频空气源热泵热水系统及运行控制方法 (Variable-frequency air source heat pump hot water system and operation control method ) 是由 徐言生 张正国 徐涛 吴治将 孙婉纯 李锡宇 李东洺 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种变频空气源热泵热水系统及运行控制方法,特点是变频空气源热泵热水系统包括压缩机、储热换热器、旁路电子膨胀阀、制冷剂-水换热器、三通比例调节阀、循环水回水温度传感器、循环水出水温度传感器、主电子膨胀阀、室外环境温度传感器、室外机风机、室外机换热器、室外机换热器管温传感器、三通阀及气液分离器。其实现了热泵热水系统在化霜运行时仍按正向制热运行且能继续为用热端提供热量,供热稳定。(The invention relates to a variable-frequency air source heat pump hot water system and an operation control method, and is characterized in that the variable-frequency air source heat pump hot water system comprises a compressor, a heat storage heat exchanger, a bypass electronic expansion valve, a refrigerant-water heat exchanger, a three-way proportional control valve, a circulating water return water temperature sensor, a circulating water outlet water temperature sensor, a main electronic expansion valve, an outdoor environment temperature sensor, an outdoor unit fan, an outdoor unit heat exchanger pipe temperature sensor, a three-way valve and a gas-liquid separator. The heat pump hot water system still operates according to the forward heating during defrosting operation, can continuously provide heat for the hot end, and is stable in heat supply.)
技术领域
本发明涉及一种变频空气源热泵热水系统及运行控制方法。
背景技术
空气源热泵热水系统作为一种高效节能热水产品，广泛应用于建筑采暖、生活热水及工农业生产等领域。但空气源热泵热水系统运行时存在一个重要问题就是，在室外环境温度较低时，室外机换热器表面会结霜，随着霜层的加厚，热泵系统性能会逐渐下降，因此必须对室外机换热器进行化霜。
目前，最常用的化霜方法是热泵系统反向运行，即作制冷运行，这需要从原来用热端中获取热量。这种化霜方式存在的主要问题是化霜过程中不仅不能为用热端提供热量，反而需要从其中吸取热量。对建筑采暖系统来讲，就会影响到人体的舒适性。此外，当化霜结束后，热泵系统压缩机需要停机一会才能切换成制热运行，然后再次启动，这样才能保证热泵系统可靠运行。在化霜运行与制热运行切换过程中，不仅对热泵系统运行稳定性有影响，同时也会影响到系统能耗、制热量等性能。要解决上述问题，首先是解决化霜时热量来源问题，二是解决热泵系统如何始终正向制热运行问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种变频空气源热泵热水系统及运行控制方法，实现热泵热水系统在化霜运行时仍按正向制热运行且能继续为用热端提供热量，供热稳定。
为了达到上述目的，本发明的变频空气源热泵热水系统的技术方案是这样实现的，其特征在于包括压缩机、储热换热器、旁路电子膨胀阀、制冷剂-水换热器、三通比例调节阀、循环水回水温度传感器、循环水出水温度传感器、主电子膨胀阀、室外环境温度传感器、室外机风机、室外机换热器、室外机换热器管温传感器、三通阀、气液分离器；
所述压缩机的排气出口与储热换热器中的放热换热管入口连通，储热换热器中的放热换热管出口与制冷剂-水换热器中的制冷剂管路入口连通，制冷剂-水换热器中的制冷剂管路出口与主电子膨胀阀入口连通，主电子膨胀阀的出口与室外机换热器入口连通，室外机换热器出口与三通阀的A管连通，所述气液分离器入口分别与三通阀的B管及储热换热器中的吸热换热管出口连通，气液分离器的出口与压缩机的回气口连通，所述三通阀的C管与旁路电子膨胀阀的入口连通，旁路电子膨胀阀的出口与储热换热器中的吸热换热管入口连通，所述三通比例调节阀的E管与循环水回水管连通，三通比例调节阀的F管与制冷剂-水换热器的水管路入口连通，三通比例调节阀的G管分别与循环水出水管及制冷剂-水换热器水管路出口连通；所述循环水回水温度传感器所感应的循环水回水温度为T1，循环水出水温度传感器所感应的循环水出水温度为T2，室外环境温度传感器所感应的室外环境温度为T3，室外机换热器管温度传感器所感应的室外机换热器管温温度为T4。
为了达到上述目的，本发明的变频空气源热泵热水系统的运行控制方法的技术方案是这样实现的，其特征在于控制方法流程如下：
（一）在热泵系统正常制热运行时，所述三通阀的A管与B管连通，所述压缩机排气到储热换热器的放热换热管，经放热换热管与储热换热器中的储热材料进行热交换，放出部分热量，然后在制冷剂-水换热器中与循环水回水进行热交换，放出热量并冷凝成制冷剂液体，液态制冷剂经主电子膨胀阀节流后进入室外机换热器进行蒸发并从外部环境吸热，气态制冷剂从三通阀的A管流入从三通阀的B管回到气液分离器，然后回到压缩机；
（二）当热泵系统化霜运行时，所述三通阀的A管与C管连通，压缩机排气经储热换热器的放热换热管放出部分热量，再经制冷剂-水换热器放出部分热量给循环水，此时制冷剂变成高干度饱和湿蒸气，经主电子膨胀阀进行一次降压节流，制冷剂压力和温度降低，然后进入室外机换热器继续放热，高干度饱和湿蒸气全部冷凝成制冷剂液体，室外机换热器表面霜层吸热化霜，制冷剂液体从三通阀A管流入从三通阀的C管到旁路电子膨胀阀进行二次节流，节流后的制冷剂进入到储热换热器的吸热换热管，通过吸热换热管从储热材料中吸热并变成制冷剂蒸气，气态制冷剂经气液分离器回到压缩机，在化霜过程中，热泵系统仍继续为循环水系统提供一定的热量；
（三）化霜结束后，所述三通阀的A管与B管连通，热泵系统转入到正常制热运行，在化霜—制热转换过程中压缩机不停机；
（四）热泵系统化霜运行过程中需对压缩机频率、三通比例调节阀比例、主电子膨胀阀开度和旁路电子膨胀阀开度进行控制，控制方式如下：
（a）压缩机提高运行频率以提高热泵系统制热量，化霜运行频率范围为80～120Hz，如化霜前压缩机的运行频率已大于100 Hz，则保持原来运行频率；
（b）根据压缩机化霜运行频率、循环水回水温度T1，通过实验方法得到三通比例调节阀的比例及主电子膨胀阀、旁路电子膨胀阀开度的预设数值；
（c）根据循环水进出水温差ΔT =T2-T1对主电子膨胀阀的开度进行二次调节；当3℃≤ΔT≤7 ℃时，主电子膨胀阀的开度保持不变；当ΔT＜3 ℃时，主电子膨胀阀的开度减小以增加对循环水系统供热，当ΔT＞7 ℃时，主电子膨胀阀的开度加大以增加对室外机换热器的化霜供热。
在本技术方案中，所述压缩机化霜运行特别优选频率为100 Hz。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
（1）在化霜运行时能够为循环水系统继续提供部分热量，减小循环水系统水温的波动，更是避免了从循环水系统中取热引起的弊端，特别是用在采暖系统中，减小了传统热泵系统化霜时由于房间温度降低带来的不舒适性；
（2）在化霜运行时，热泵系统制冷剂仍正向流动，在制热—化霜—制热切换过程中，压缩机不用停机后再启动，降低了压缩机能耗，改善了压缩机运行状况，提高了热泵系统总产热量。
附图说明
图1是本发明实施的原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，其是一种变频空气源热泵热水系统，其包括压缩机1、储热换热器2、旁路电子膨胀阀3、制冷剂-水换热器4、三通比例调节阀5、循环水回水温度传感器6、循环水出水温度传感器7、主电子膨胀阀8、室外环境温度传感器9、室外机风机10、室外机换热器11、室外机换热器管温传感器12、三通阀13、气液分离器14。
所述压缩机1的排气出口与储热换热器2中的放热换热管入口连通，储热换热器2中的放热换热管出口与制冷剂-水换热器4中的制冷剂管路入口连通，制冷剂-水换热器4中的制冷剂管路出口与主电子膨胀阀8的入口连通，主电子膨胀阀8的出口与室外机换热器11的入口连通，室外机换热器11的出口与三通阀13的A管连通，所述气液分离器14的入口分别与三通阀13的B管及储热换热器2中的吸热换热管出口连通，气液分离器14的出口与压缩机1的回气口连通，所述三通阀13的C管与旁路电子膨胀阀3入口连通，旁路电子膨胀阀3的出口与储热换热器2中的吸热换热管入口连通，所述三通比例调节阀5的E管与循环水回水管连通，三通比例调节阀5的F管与制冷剂-水换热器4水管路入口连通，三通比例调节阀5的G管分别与循环水出水管及制冷剂-水换热器4水管路出口连通。
所述循环水回水温度传感器6所感应的循环水回水温度为T1，所述循环水出水温度传感器7所感应的循环水出水温度为T2，所述室外环境温度传感器9所感应的室外环境温度为T3，所述室外机换热器管温传感器12所感应的室外机换热器管温温度为T4。
本实施例中，变频空气源热泵热水系统的运行控制流程如下：
（一）在热泵系统正常制热运行时，三通阀13的A管与B管连通，此时三通阀13的A管与C管是不连通，压缩机1排气到储热换热器2的放热换热管，经放热换热管与储热换热器2中的储热材料进行热交换，放出部分热量，然后在制冷剂-水换热器4中与循环水回水进行热交换，放出热量并冷凝成制冷剂液体，液态制冷剂经主电子膨胀阀8节流后进入室外机换热器11进行蒸发并从外部环境吸热，气态制冷剂经三通阀13中的A管至B管回到气液分离器14，然后回到压缩机1；
（二）当热泵系统化霜运行时，三通阀13的A管与C管连通，此时三通阀13的A管与B管不连通，压缩机1排气经储热换热器2的放热换热管放出部分热量，再经制冷剂-水换热器4放出部分热量给循环水，此时制冷剂变成高干度饱和湿蒸气，经主电子膨胀阀8进行一次降压节流，制冷剂压力和温度降低，然后进入室外机换热器11继续放热，在化霜过程中室外机风机10不运行，高干度饱和湿蒸气全部冷凝成制冷剂液体，室外机换热器11表面霜层吸热化霜，制冷剂液体经三通阀13的A管至C管到旁路电子膨胀阀3进行二次节流，节流后的制冷剂进入到储热换热器2的吸热换热管，通过吸热换热管从储热材料中吸热并变成制冷剂蒸气，气态制冷剂经气液分离器14回到压缩机1；在化霜过程中，热泵系统仍继续为循环水系统提供一定的热量；
（三）化霜结束后，三通阀13的A管与B管连通，此时三通阀13的A管与C管是不连通，热泵系统转入到正常制热运行；在化霜—制热转换过程中压缩机1不停机；
（四）热泵系统化霜运行过程中需对压缩机1的频率、三通比例调节阀5的比例、主电子膨胀阀8的开度和旁路电子膨胀阀3的开度进行控制，如下是一种控制方式：
（1）压缩机1提高运行频率以提高热泵系统制热量，化霜运行频率范围为80～120Hz，化霜运行频率可以是80Hz、90Hz、100Hz、110Hz、120 Hz特别优选100 Hz，如化霜前压缩机1的运行频率已大于100 Hz，则保持原来运行频率；
（2）根据压缩机1化霜运行频率、循环水回水温度T1，通过实验方法得到三通比例调节阀5的比例及主电子膨胀阀8、旁路电子膨胀阀3的开度的预设数值；
（3）根据热水进出水温差ΔT =T2-T1对主电子膨胀阀8的开度进行二次调节；当3℃≤ΔT≤7 ℃时，主电子膨胀阀8的开度保持不变；当ΔT＜3 ℃时，主电子膨胀阀8的开度减小以增加对循环水系统供热，当ΔT＞7 ℃时，主电子膨胀阀8的开度加大以增加对室外机换热器16的化霜供热。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换及变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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