一种多个空气源热泵机组的控制方法及空气源热泵系统与流程

本发明涉及空气源热泵技术领域，尤其涉及一种多个空气源热泵机组的控制方法及空气源热泵系统。

背景技术：

随着居民生活水平的提高，对住宅的舒适性要求越来越高。对于大平层、复式大洋房或别墅等住房，通常采用地暖进行供热。

若房屋的面积超过360㎡，以制热量为100w/㎡为例，则需要36kw的制热量。目前，侧出风户式热泵采暖机的最大容量一般为34kw，单一侧出风户式热泵采暖机不能满足需求，所以，可采用制热量较大的顶出风热泵采暖机进行供暖，但顶出风热泵采暖机噪音较大；或采用两组侧出风户式热泵采暖机进行供暖，侧出风户式热泵采暖机的噪音较小，但是用户在使用时，需要对每台热泵采暖机分别进行开关机操控及温度设置等，不仅操作起来复杂，而且不能根据实际的负荷对两个热泵采暖机的启停合理控制，造成资源浪费。

技术实现要素：

本发明提供一种多个空气源热泵机组的控制方法及空气源热泵系统，用于解决现有技术中多个热泵机组相互独立，导致控制操作复杂、且不能根据实际的负荷对多个热泵采暖机的启停进行合理控制，造成资源浪费的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种多个空气源热泵机组的控制方法，包括：开启至少一台所述空气源热泵机组；根据目标水温以及多个所述空气源热泵机组中水模块的出水温度，计算每个所述空气源热泵机组中压缩机的需求频率；计算第一差值；当所述第一差值大于零时，需要再开启一台所述空气源热泵机组，返回所述计算第一差值的步骤；当所述第一差值小于或等于零时，不需再开启新的所述空气源热泵机组；其中，所述第一差值为多个所述需求频率中的最大值减去已开启的所述空气源热泵机组中压缩机的第一阈值之和。

第二方面，本发明提供了一种空气源热泵系统，包括多个空气源热泵机组，多个所述空气源热泵机组由一个主空气源热泵机组和多个从空气源热泵机组组成，所述主空气源热泵机组与多个所述从空气源热泵机组均通讯连接，所述主空气源热泵机组的控制器采用上述技术方案所述的多个空气源热泵机组的控制方法对多个所述空气源热泵机组进行控制。

本发明提供的一种多个空气源热泵机组的控制方法及空气源热泵系统，将主空气源热泵机组与多个从空气源热泵机组通讯连接，可对多个空气源热泵机组同时进行控制，如在开启时，先开启至少一台空气源热泵机组，再根据目标水温以及多个空气源热泵机组中水模块的出水温度，计算每个空气源热泵机组中压缩机的需求频率；选择多个需求频率中的最大值，通过最大值减去已开启的空气源热泵机组中压缩机的第一阈值之和获得第一差值，当第一差值大于零时，需要再开启一台空气源热泵机组，并返回计算第一差值的步骤；当第一差值小于或等于零时，不需再开启新的空气源热泵机组。本发明实施例的控制方法可根据实际压缩机的需求频率与多个空气源热泵机组第一阈值之和的大小关系，判断空气源热泵机组的合适开启数量，可使需要开启的空气源热泵机组可均以压缩机运行能力最优的频率值运行，开启的空气源热泵机组能效高，耗电量较低，减少了资源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例多个空气源热泵机组的控制方法的流程图之一；

图2为本发明实施例多个空气源热泵机组的控制方法中根据目标水温和出水温度计算压缩机的需求频率的流程图之一；

图3为本发明实施例多个空气源热泵机组的控制方法中控制除霜的流程图；

图4为本发明实施例空气源热泵系统所采用的控制方法中根据目标水温和出水温度计算压缩机的需求频率的流程图；

图5为本发明实施例空气源热泵系统所采用的控制方法中获取累计时间的流程图；

图6为本发明实施例空气源热泵系统所采用的控制方法的总流程图。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

根据压缩机的结构参数，可确定压缩机运行能力最优的频率范围。下述的第一阈值是指该频率范围的上限值。

参照图1，本发明实施例的多个空气源热泵机组的控制方法，包括以下步骤：

开启至少一台空气源热泵机组；其中，开启空气源热泵机组的操作可由与多个空气源热泵机组相连的主控制器控制，也可由与多个从空气源热泵机组中的主空气源热泵机组中的控制器控制。

根据目标水温以及多个空气源热泵机组中水模块的出水温度，计算每个空气源热泵机组中压缩机的需求频率；其中，出水温度通过水模块中设置的温度传感器检测，目标水温由用户通过热泵控制器(如室内安装的热泵控制器)输入，该目标水温和每个水模块的出水温度可反馈至上述的主控制器、或上述的主空气源热泵机组中的控制器，根据目标水温以及多个水模块的出水温度，主控制器或主空气源热泵机组的控制器计算每个空气源热泵机组中压缩机的需求频率；热泵控制器也可将目标水温分别发送给每个水模块内的控制器，每个水模块内的控制器根据目标水温以及自身中温度传感器检测的出水温度，计算出空气源热泵机组中压缩机的需求频率后，再反馈至主控制器或主空气源热泵机组的控制器中。

计算第一差值；其中，第一差值为多个需求频率中的最大值减去需要开启的空气源热泵机组中压缩机的第一阈值之和；第一差值可通过与多个空气源热泵机组相连的主控制器进行计算，也可通过与多个从空气源热泵机组中的主空气源热泵机组中控制器进行计算。

当第一差值大于零时，需要再开启一台空气源热泵机组，返回计算第一差值的步骤；当第一差值小于或等于零时，不需再开启新的空气源热泵机组；可根据目标设定温度计算出需求频率后，判定需要开启的空气源热泵机组的数量，可使需要开启的空气源热泵机组均以压缩机运行能力最优的频率值运行，开启的空气源热泵机组能效高，耗电量较低，减少了资源浪费。

为了快速建立空气源热泵工作所需的压差，上述开启至少一台空气源热泵机组具体包括：以设定频率为目标频率开启一台空气源热泵机组。

上述需要再开启一台空气源热泵机组具体包括：将已开启的空气源热泵机组的压缩机以第一阈值为目标频率运行，新的所述空气源热泵机组的压缩机以设定频率开启，可使得已开启的空气源热泵机组以最优频率值运行，能耗较低。需要注意的是：将已开启的空气源热泵机组的压缩机以第一阈值为目标频率运行，需要间隔一段时间后，再将新的所述空气源热泵机组的压缩机以设定频率开启，使得整个系统运行较平稳。

进一步地，上述不需要再开启新的空气源热泵机组具体包括：若已开启的空气源热泵机组为一个，已开启的空气源热泵机组的压缩机以需求频率为目标频率运行；若已开启的空气源热泵机组为两个以上，已开启的多个空气源热泵机组中的压缩机以根据需求频率的最大值计算的分派值为目标频率分别运行。可选地，对于n(n≥2)台已开启的空气源热泵机组的情况，也可将前n-1台已开启的空气源热泵机组以第一阈值运行，第n台开启的空气源热泵机组中的压缩机以需求频率的最大值减去前n-1台空气源热泵机组中的压缩机的第一阈值之和的差值为目标频率运行。相较于前者，后者的控制方法中第n台开启的空气源热泵机组中的压缩机可能处于压缩机的最优运行频率范围外，能耗较高。

随着空气源热泵机组的运行，水模块内的出水温度会随之改变。为了更准确的反映实际需要，上述根据目标水温以及多个空气源热泵机组中水模块的出水温度，计算每个空气源热泵机组中压缩机的需求频率具体包括：以间隔第一设定时间，根据目标水温以及多个空气源热泵机组中水模块的出水温度，计算多个空气源热泵机组中压缩机的需求频率。在每次计算第一差值，若上述的需求频率已经重新计算，则以最新的需求频率计算第一差值。

进一步地，若在空气源热泵机组运行过程中用户修改目标温度，如提高或降低目标温度，则需要重新调整空气源热泵机组的运行频率或运行台数。因此，本发明实施例的控制方法还包括：

当本次计算的多个需求频率中的最大值大于上次计算的多个需求频率中的最大值与频率容差值之和时，返回计算第一差值的步骤，从而根据修改后的目标水温，增加已开启的空气源热泵机组的数量，并改变已开启的空气源热泵机组的目标频率，或提高已开启的空气源热泵机组的目标频率。

本发明实施例的控制方法还包括：当本次计算的多个需求频率中的最大值小于上次计算的多个需求频率中的最大值与频率容差值之和时，计算第二差值，其中，第二差值为需要保持开启的空气源热泵机组中压缩机的第一阈值之和减去多个需求频率中的最大值；当第二差值大于或等于空气源热泵机组中压缩机的第一阈值时，需要关闭一台空气源热泵机组，返回计算第二差值的步骤；当第二差值小于空气源热泵机组中压缩机的第一阈值时，不需关闭新的空气源热泵机组。即当已开启的n台空气源热泵机组中的n-1(或n-1，……，2)台中压缩机的第一阈值之和大于或等于需求频率的最大值时，只需开启n-1(或n-1，……，2)台空气源热泵机组即可满足实际需要；在已开启的n台空气源热泵机组中的n-1(或n-1，……，2)台中压缩机的第一阈值之和小于或等于需求频率的最大值时，需要保持n(或n-1，……，2)台空气源热泵机组才可满足实际需要，实现在机组运行过程中，根据实际需求，关闭或维持合适数量的空气源热泵机组运行，使已开启的空气源热泵机组的能耗始终较低。需要说明的是：上述计算第二差值的步骤，可通过与多个空气源热泵机组相连的主控制器进行计算，也可通过与多个从空气源热泵机组中的主空气源热泵机组中控制器进行计算。

同理，上述不需要再关闭新的空气源热泵机组具体包括：若已开启的空气源热泵机组为一个，已开启的空气源热泵机组的压缩机以需求频率为目标频率运行；若已开启的空气源热泵机组为两个以上，多个已开启的空气源热泵机组的压缩机以需求频率的最大值的分派值为目标频率分别运行。

可选地，在上述开启或关闭一台空气源热泵机组时，可随机开启或关闭一台空气源热泵机组，也可按照一定的顺序开启或关闭一台空气源热泵机组。本发明实施例的控制方法还包括：

获取多个空气源热泵机组的累计运行时间；其中，每个空气源热泵机组内的控制器内设有计时器，该计时器用于记录本机组中压缩机的运行时间，对于多个空气源热泵机组由一个主空气源热泵机组和多个从空气源热泵机组组成的方案，主空气源热泵机组的主控制器可从每个从空气源热泵机组的控制器、及自身的计时器中获取每个空气源热泵机组中压缩机的累计运行时间。

根据累计运行时间和多个空气源热泵机组中需要开启或需要关闭的台数，控制以累计运行时间由短到长的顺序依次开启相应数量的空气源热泵机组、或以所述累计运行时间由长到短的顺序依次关闭相应数量的空气源热泵机组。即先开启累计运行时间较短的空气源热泵机组，先关闭累计运行时间较长的空气源热泵机组，使得多个空气源热泵机组中压缩机的累计运行时间较平均，多个空气源热泵机组的寿命基本相同。

需要说明的是，参照图2，上述根据目标水温以及多个所述空气源热泵机组中水模块的出水温度，计算每个所述空气源热泵机组中压缩机的需求频率的步骤具体包括：

当空气源热泵机组中水模块的出水温度大于目标水温与第一温度修订值之和时，空气源热泵机组中压缩机的目标排气压力为当前排气压力减去第一设定压力的差值；当空气源热泵机组中水模块的出水温度等于目标水温时，空气源热泵机组中压缩机的目标排气压力为当前排气压力；当空气源热泵机组中水模块的出水温度小于目标水温与第一温度修订值之和、且水模块的出水温度与第二温度修订值之和对应的制冷剂饱和压力值大于第二设定压力时，空气源热泵机组中压缩机的目标排气压力为第二设定压力；当空气源热泵机组中水模块的出水温度小于目标水温与第一温度修订值之和、且水模块的出水温度与第二温度修订值之和对应的制冷剂饱和压力值小于第三设定压力时，空气源热泵机组中压缩机的目标排气压力为第三设定压力，第三设定压力小于第二设定压力；根据压缩机的目标排气压力，计算压缩机的需求频率，其中，通过目标排气压力，可确定压缩机的频率变化值，即本次的需求频率为上一次的需求频率与频率变化值之和，当刚开机时，则第一次的需求频率为上述的设定频率。

在空气源热泵机组制热运行一段时间后，换热器的表面上结霜，需要机组进行除霜操作。具体地，可根据空气源热泵机组的连续制热时间、环境温度tn以及空气源热泵机组的冷媒液管中的冷媒温度tw，判断空气源热泵机组是否需要进入除霜状态。

若某个空气源热泵机组已进入除霜状态，其他空气源热泵机组再进入除霜，会造成剩余启动的空气源热泵机组的制热量不能满足实际需要。因此，本发明实施例还包括：控制同一时间至多有一台空气源热泵机组进入除霜状态，控制空气源热泵机组进入除霜状态的操作由主控制器或主空气源热泵机组的控制器进行。

需要说明的是：空气源热泵机组启动后进行正常制热，空气源热泵机组中的四通阀处于第一状态，当需要除霜时，可通过让四通阀换向，即四通阀处于第二状态，冷媒逆运行，换热器内的冷媒放热冷凝，换热器表面的霜吸热后融化；可选地，也可在换热器的附近设置加热装置，在需要除霜时，将加热装置打开，使换热器上的霜融化。

进一步地，参照图3，上述控制同一时间至多有一台所述空气源热泵机组进入除霜状态的步骤具体包括：获取空气源热泵机组中的除霜信号；若空气源热泵机组均无除霜信号，则控制一个需要除霜的空气源热泵机组进入除霜状态；若空气源热泵机组有除霜信号，则控制需要除霜的空气源热泵机组均维持当前的运行状态。其中，上述除霜信号为四通阀处于第二状态的信号或加热装置开启的信号。

本发明实施例还包括一种空气源热泵系统，包括多个空气源热泵机组，多个空气源热泵机组由一个主空气源热泵机组和多个从空气源热泵机组组成，主空气源热泵机组与多个从空气源热泵机组均通讯连接，主所述空气源热泵机组内的控制器采用上述实施例所述的多个空气源热泵机组的控制方法对多个空气源热泵机组进行控制。

图4～6为本发明实施例空气源热泵系统所采用的控制方法一个具体的实施例，在安装时，通过人工通过拨码在多个空气源热泵机组中设置主机和从机。

以下对上述的空气源热泵系统所采用的控制方法进行说明：

参照图4，在用户按下开机按钮，并设定好目标水温后，主空气源热泵机组中的控制器执行计算压缩机的需求频率的步骤。该计算压缩机的需求频率的步骤具体包括：获取目标水温以及多个空气源热泵机组中水模块的出水温度，其中，热泵控制器将设定的目标水温发送给每个空气源热泵机组中水模块，每个空气源热泵机组中水模块内的控制器从水模块内的温度传感器获取水模块的出水温度；计算压缩机的目标排气压力，其中，每个空气源热泵机组中水模块内的控制器根据目标水温和出水温度，计算压缩机的目标排气压力；计算压缩机的需求频率，每个空气源热泵机组中水模块内的控制器将计算得到的目标排气压力发送给主空气源热泵机组中的控制器，主空气源热泵机组中的控制器将每个空气源热泵机组中压缩机的目标排气压力换算为需求频率。需要说明的是：每间隔第一设定时间t1，返回计算压缩机的需求频率的步骤。

参照图5，在用户按下开机按钮后，主空气源热泵机组中的控制器从多个空气源热泵机组中的计时器内获取压缩机的累计运行时间(并建立累计运行时间表)，并且在每间隔第二设定时间t2后，重新获取每个空气源热泵机组的累计运行时间(并重新建立累计运行时间表)。

参照图6，以下的执行主体均为主空气源热泵机组中的控制器，在获得开机信号后，先根据最新的累计运行时间表，将累计运行时间最短的1号空气源热泵机组以设定频率为目标频率开启，经设定获取时间后，获取最新的目标温度。

若目标温度tw没有变化，即第i次获取的目标温度等于第i-1次获取的目标温度，即tw(i)＝tw(i-1)，则以最新的空气源热泵机组中压缩机的需求频率的最大值fn，通过计算需求频率的最大值fn减去1(x＝1)号空气源热泵机组的第一阈值fm，获得第一差值，当第一差值小于或等于零时，则1号空气源热泵机组以需求频率的最大值fn为目标频率运行；当第一差值大于零时，将1号空气源热泵机组的压缩机以第一阈值fm为目标频率运行，在间隔第四设定时间t4后，将累计运行时间表中除去已开启的空气源热泵机组外、运行时间最短的2(x＝1+1)号空气源热泵机组以设定频率开启，经第三设定时间t3时间后，再次获取最新的需求频率的最大值fn，计算最新的需求频率的最大值fn减去2台已开启的空气源热泵机组的第一阈值之和fm(1+2)，获得新的第一差值，当第一差值大于零时，则2号空气源热泵机组以第一阈值fm为目标频率运行，在间隔第四设定时间t4后，将累计运行时间表中除去已开启的空气源热泵机组外、运行时间最短的3(x＝2+1)号空气源热泵机组以设定频率开启，经第三设定时间t3时间后，返回计算第一差值的过程；当第一差值小于或等于零时，将已开启的多个空气源热泵机组中的压缩机以根据需求频率的最大值计算的分派值为目标频率分别运行。

若目标温度tw有变化，即第i次获取的目标温度不等于i-1次获取的目标温度，即tw(i)≠tw(i-1)，判断是否有2台以上空气源热泵开启，若只有一台空气源热泵开启，返回目标温度tw没有变化后执行的多个步骤；若有2台以上的空气源热泵开启，判断本次需求频率的最大值fn(k)是否大于上一次需求频率的最大值fn(k-1)与频率容差值q之和，若是，即fn(k)＞fn(k-1)+q，返回所述计算第一差值的步骤，若否，判断本次需求频率的最大值fn(k)是否小于上一次需求频率的最大值fn(k-1)与频率容差值之和，若fn(k)＜fn(k-1)+q，计算需要保持开启的x台空气源热泵机组中压缩机的第一阈值之和fm(1+……+x)减去最新计算的多个需求频率中的最大值fn(k)，获得第二差值；当第二差值大于或等于x号空气源热泵机组中压缩机的第一阈值fm(x)时，需要关闭x号空气源热泵机组，则空气源热泵机组的开启台数减一(现在的空气源热泵机组的台数x为关闭之前开启的空气源热泵机组台数减一)，返回计算第二差值的步骤；当第二差值小于空气源热泵机组中压缩机的第一阈值时，不需关闭新的空气源热泵机组，执行将仍保持已开启的x台空气源热泵机组中的压缩机以根据需求频率的最大值计算的分派值为目标频率分别运行；若fn(k)＝fn(k-1)+q，则空气源热泵系统的运行频率以当前的运行频率继续运行。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。