一种水源热泵空调系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水热资源利用技术和空调技术领域，具体涉及一种水源热泵空调系统，以及该水源热泵空调系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]目前的水源热泵空调系统主要由源水取水系统、水源热泵机组和末端机组(用户端的新风机组、空调机组等)构成。其环保性主要体现在充分利用了土壤的蓄热性能和源水(例如地下水、地表水等)的恒温性，将源水作为冷热量载体，实现机组与大地之间的热量交换。具体是，冬季时，源水在源水取水系统(主要由取水泵、旋流除沙器、水处理仪等设备组成)的驱动下进入水源热泵机组中的蒸发器，利用源水从土壤中吸收的热量，供给水源热泵机组供制冷剂蒸发，从而将水源热泵机组产生的热量供给用户端的末端机组使用，为用户室内供热；夏季时，源水在源水取水系统的驱动下进入热泵机组中的冷凝器，通过冷凝器的热交换带走废热，再由水源热泵机组将冷量提供给用户端的末端机组使用，为用户室内制冷。
[0003]但是，在我国一些地区，特别是山地城市高海拔区域和高玮度北方地区，夏季源水取水的温度仅有15°C甚至更低。在常规工况下冷凝温度越低，水源热泵空调系统中的机组效率越高，但进水温度低于15°C与目前市场的水源热泵机组的标准运行工况差距较大，热泵机组中压缩机在冷凝温度过低时节流装置两端压差过小，使得通过节流装置的制冷剂流量急剧减少，运行效率下降，且影响回油等功能，导致水源热泵机组使用寿命减短。这导致了我国很多地区温度在15°C以下的低温源水能源无法得到有效利用。并且，现有的水源热泵空调系统中，由于水源热泵机组一个运行工况下只能提供一个温度的空调冷冻水(一般7°C左右)，若要实现温湿度独立控制，一般有如下四种方式:1)新风除湿系统和空调末端分别设置水源热泵机组，该方式导致系统构架复杂，设备利用率低，增加初投资；2)采用冷热水混合方式，向空调末端供所需的高温冷冻水(18~22°C)，该方式造成冷量浪费、增大水泵能耗；3)设置中间换热器，向空调末端供高温冷冻水，该方式同样造成了冷量浪费；4)利用溶液除湿装置负责处理新风，使之承担建筑的全部潜热负荷、控制室内湿度，但溶液除湿需设置溶液再生器，虽然可以回收利用机组冷凝热作为再生热源，但系统设计较为复杂，且热回收效率不高。可见，现有的水源热泵空调系统要实现温湿度独立控制，都存在初投资成本较高、运行能耗较大、能源利用率较低等问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种水源热泵空调系统，其通过系统构架优化，一方面实现了温湿度独立控制，并且能够降低机组容量配置要求，初投资成本较低，另一方面还能够在夏季适用于取水温度在15°C以下的源水，并提高了系统运行效率，降低系统中机组容量配置，增强系统运行稳定性，能够实现对低热源水能源的有效利用。
[0005]一种水源热泵空调系统，包括源水取水子系统、水源热泵机组、换热器、新风机组和空调机组；
所述源水取水子系统的源水出水管道通过第一阀门选通结构选择连通至热泵源水输送管道或所述换热器中第一换热端的进水口，换热器中第一换热端的出水口连通至热泵源水输送管道；
所述空调机组中换热末端的出水管通过第一循环水泵连通至空调回水输送管道，经由空调回水输送管道通过第一开关阀连通至换热器中第二换热端的进水口，换热器中第二换热端的出水口通过第二开关阀连通至空调供水输送管道，再经由空调供水输送管道连通至空调机组中换热末端的进水管；
所述新风机组的出水管通过第二循环水泵连通至热泵机组回水输送管道，所述热泵机组回水输送管道还通过空调回水开关阀与空调回水输送管道相连通；新风机组的进水管连通至热泵机组供水输送管道，所述热泵机组供水输送管道还通过空调供水开关阀与空调供水输送管道相连通；
所述水源热泵机组中蒸发器的进水口通过第二阀门选通结构选择连通至热泵源水输送管道或热泵机组回水输送管道，水源热泵机组中蒸发器的出水口通过第三阀门选通结构选择连通至源水排水管道或热泵机组供水输送管道；水源热泵机组中冷凝器的进水口通过第四阀门选通结构选择连通至热泵源水输送管道或热泵机组回水输送管道，水源热泵机组中冷凝器的出水口通过第五阀门选通结构选择连通至源水排水管道或热泵机组供水输送管道。
[0006]上述的水源热泵空调系统中，作为一种改进方案，所述空调机组中换热末端的出水管与进水管之间设有空调供回水压差平衡阀；所述新风机组的出水管与进水管之间设有新风供回水压差平衡阀。
[0007]上述的水源热泵空调系统中，作为一种可选择方案，每个阀门选通结构采用一个三通阀来实现。
[0008]上述的水源热泵空调系统中，作为一种可选择方案，每个阀门选通结构采用一个三通管道和两个开关阀来实现，所述两个开关阀分别设置在三通管道的两个选通支路上。
[0009]上述的水源热泵空调系统中，作为一种可选择方案，所述空调机组的换热末端为干式风机盘管。
[0010]上述的水源热泵空调系统中，作为一种可选择方案，所述空调机组的换热末端为毛细管网；所述空调回水输送管道上靠近空调机组一侧还设有空调回水流量调节阀；所述空调回水输送管道与空调供水输送管道之间靠近空调机组一侧还设有回流管道，且在该回流管道上设有回流流量调节阀。
[0011]相应地，本发明还提供了上述水源热泵空调系统的在采用不同空调机组换热末端应用情况下的对室内空间进行控温的控制方法，，以适宜用户在夏季、冬季的不同空气调节需求。为此，本发明采用了如下的技术手段:
在空调机组换热末端采用干式风机盘管的应用情况下，上述水源热泵空调系统用于对室内空间进行降温和除湿处理的控制方法，具体为:打开第一开关阀和第二开关阀，关闭空调回水开关阀和空调供水开关阀，使得空调机组中换热末端的出水管通过空调回水输送管道连通至换热器中第二换热端的进水口，换热器中第二换热端的出水口通过空调供水输送管道连通至空调机组中换热末端的进水管；调节第一阀门选通结构使其选择连通至换热器中第一换热端的进水口，调节第二阀门选通结构使其选择连通至热泵机组回水输送管道，调节第三阀门选通结构使其选择连通至热泵机组供水输送管道，调节第四阀门选通结构使其选择连通至热泵源水输送管道，调节第五阀门选通结构使其选择连通至源水排水管道；然后打开第一循环水泵和第二循环水泵；
对室内空间进行降温处理的循环流程为:由源水取水子系统从源水储水处取水后，通过源水出水管道将源水输送至换热器中第一换热端的进水口，进入换热器的第一换热端，将冷量传递给换热器的第二换热端；空调机组的换热末端中的空调循环冷冻水通过其出水管排出，在第一循环水泵的驱动力下通过空调回水输送管道被输送至换热器中第二换热端的进水口，进入换热器的第二换热端，从而与第一换热端中的源水进行热交换，空调循环冷冻水吸取源水的冷量，温度降低，而后从换热器第二换热端出水口流出，经过空调供水输送管道从空调机组中换热末端的进水管送至空调机组的换热末端，以对流换热方式和辐射换热方式将冷量传递给室内，降低室内温度，空调机组换热末端的空调循环冷冻水吸热升温后，再次从空调机组中换热末端的出水管排出；如此循环，对室内空间进行降温处理；
对室内空间进行除湿处理的循环流程为:在换热器的第一换热端吸热升温后的源水从换热器3中第一换热端的出水口流出，经过热泵源水输送管道从水源热泵机组中冷凝器的进水口进入水源热泵机组的冷凝器，冷凝器中制冷剂吸收源水中冷量后送至水源热泵机组蒸发器，被二次加热的源水从热泵机组冷凝器出口排出，经源水排水管道排回源水储水处；新风机组的新风循环冷冻水通过其出水管排出，在第二循环水泵的驱动力下通过热泵机组回水输送管道后被输送至水源热泵机组中蒸发器的进水口，进入水源热泵机组的蒸发器，新风循环冷冻水吸收蒸发器中制冷剂的冷量后降温，再从水源热泵机组中蒸发器的出水口流出，经过热泵机组供水输送管道后从新风机组的进水管回流至新风机组中，将冷量传递给新风机组吸入的室外空气，室外空气被降温并冷凝除湿后送入至室内空间，新风机组中新风循环冷冻水吸热升温后，再次从新风机组中出水管排出；如此循环，对新风机组向室内引进的新风进行降温和除湿处理。
[0012]在空调机组换热末端采用干式风机盘管的应用情况下，上述水源热泵空调系统用于对室内空间进行供暖处理的控制方法，具体为:关闭第一开关阀和第二开关阀，打开空调回水开关阀和空调回水开关阀；调节第四阀门选通结构使其选择连通至热泵机组回水输送管道，调节第五阀门选通结构使其选择连通至热泵机组供水输送管道，使得空调机组中换热管路的出水口依次通过空调回水输送管道和热泵机组回水输送管道连通至水源热泵机组中冷凝器的进水口，同时空调机组中换热管路的回水口依次通过空调供水输送管道和热泵机组供水输送管道连通至水源热泵机组中冷凝器的出水口 ；调节第一阀门选通结构使其选择连通至热泵源水输送管道，调节第二阀门选通结构使其选择连通至热泵源水输送管道，调节第三阀门选通结构使其选择连通至源水排水管道；然后打开第一循环水泵和第二循环水泵；
对室内空间进行供暖处理的循环流程为:由源水取水子系统从源水储水处取水后，通过源水出水管道和热泵源水输送管道将源水输送至水源热泵机组中蒸发器的进水口，进入水源热泵机组的蒸发器中，蒸发器中制冷剂吸收源水热量送至水源热泵冷凝器，源水温度降低并从水源热泵机组蒸发器的出水口排出，经源水排水管道排回源水储水处；新风机组中的新风循环冷冻水通过其出水管排出，在第二循环水泵的驱动力下通过热泵机组回水输送管道后被输送至水源热泵机组中冷凝器的进水口，进入水源热泵机组的冷凝器中，新风循环冷冻水吸收冷凝器中制冷剂的热量后升温，再从水源热泵机组冷凝器的出水口流出，经过热泵机组供水输送管道后从新风机组的进水管回流至新风机组中，将热量传递给新风机组吸入的室外空气，室外空气被加热后送入室内，新风机组中新风循环冷冻水放热后降温，再次从新风机组中出水管排出；如此循环，对新风机组向室内引进的新风进行加热处理；与此同时，空调机组的换热末端中的空调循环冷冻水通过其出水管排出，在第一循环水泵的驱动力下通过空调回水输送管道和热泵机组回水输送管道后，被输送至被输送至水源热泵机组中冷凝器的进水口，进入水源热泵机组的冷凝器中，空调循环冷冻水吸收冷凝器中制冷剂的热量后升温，再从水源热泵机组冷凝器的出水口流出，经过热泵机组供水输送管道和空调供水输送管道后从空调机组中换热末端的进水管送至空调机组的换热末端，以对流换热方式和辐射换热方式将热量传递给室内，提高室内温度，空调机组换热末端的空调循环冷冻水放热降温后，再次从空调机组中换热末端的出水管排出；如此循环，对室内空间进行供暖。
[0013]在空调机组换热末端采用毛细管网的应用情况下，上述水源热泵空调系统用于对室内空间进行降温和除湿处理的控制方法，具体为:打开第一开关阀和第二开关阀，关闭空调回水开关