空气源热泵热水系统及控制方法与流程

1.本发明属于热泵热水系统技术领域，涉及一种空气源热泵热水系统及控制方法。


背景技术：

2.加大燃煤小锅炉淘汰力度，节能环保的空气能热泵得到了广泛的应用,成为燃煤替代的主力军。
3.但是，空气源热泵热水机组在冬季制热运行时，尤其在超低温环境下，热泵系统的蒸发温度下降，导致系统制热量下降、效率降低；随着出水温度的升高，冷凝压力增大，压缩比不断增大、排气温度不断升高，导致机组无法在超低温环境下运行。空气源热泵热水机组有十分宽广运行范围,必须确保在-30～46℃室外温度下稳定制热运行，这样就对制冷系统节流装置提出了更高的要求。


技术实现要素：

4.本发明针对上述问题，提供一种空气源热泵热水系统，该系统能够适应空气源热泵热水机组宽范围运行，又可以解决制热量下降、效率降低和排气温度高等问题。
5.按照本发明的技术方案：一种空气源热泵热水系统，其特征在于：包括压缩机，所述压缩机的第一接口通过管道连接四通换向阀的d口，四通换向阀的e口通过管道连接水侧换热器的第一接口，水侧换热器的第二接口通过管道连接经济器的a口，经济器的d口通过管道连接压缩机的第二接口，经济器的c口通过管道连接第一电子膨胀阀的第一接口，经济器的b口通过管道连接过滤器的第一接口，第一电子膨胀阀的第二接口并联连接过滤器的第二接口；第一电磁阀和第一毛细管串联连接后、并联在第一电子膨胀阀与过滤器的并联节点和压缩机的第二接口之间，第一电子膨胀阀、第一电磁阀与第一毛细管构成第一节流组件；第一电子膨胀阀与过滤器的并联节点还连接第二节流组件的一端，第二节流组件包括第二电磁阀与第二毛细管的串联支路及第二电子膨胀阀与单向阀的并联支路，第二节流组件的另一端通过管道连接空气侧换热器的第一接口，空气侧换热器的第二接口通过管道连接四通换向阀的c口，四通换向阀的s口通过管道连接气液分离器的第一接口，气液分离器的第二接口通过管道连接压缩机的第三接口；所述空气侧换热器配置风机。
6.作为本发明的进一步改进，所述水侧换热器与经济器之间的管道设置平衡器。
7.本发明还提供一种空气源热泵热水系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：制热状态时，1）、压缩机起动前，检测环境温度，当环境温度高于20℃时，制冷剂的流量需求大，同时打开第二电子膨胀阀和第二电磁阀，风机处于低档；当环境温度低于20℃，制冷剂的流量需求小，第二电子膨胀阀打开，第二电磁阀关闭，风机处于高档；2）、除霜状态时，高温高压的制冷剂从压缩机经过四通换向阀的d口和c口，进入空气侧换热器进行化霜作业，制冷剂经过空气侧换热器后，经由第二电子膨胀阀、单向阀、第
二毛细管及第二电磁阀依次流向经济器、水侧换热器、四通换向阀、压缩机。
8.作为本发明的进一步改进，当压缩机的排气温度高于压缩机排气温度保护值时，第一电磁阀打开；当压缩机的排气温度低于压缩机排气温度保护值时，第一电磁阀关闭。
9.本发明的技术效果在于：本发明通过设置在空气侧换热器的调速风机，确保在高温环境温度下蒸发压力不超过压缩机允许的运行范围；通过第一节流装置流量调节使机组排气温度控制在合理的运行范围，避免损坏压缩机；通过第二节流装置使机组在-30～46℃环境温度范围内都可以精确调节冷媒流量。
附图说明
10.图1为本发明的结构示意图。
11.图2为本发明在制热状态制冷剂的流向示意图。
12.图3为本发明在除霜状态制冷剂的流向示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
14.图1~3中，包括压缩机1、四通换向阀2、水侧换热器3、平衡器4、经济器5、过滤器6、第一电子膨胀阀7、第二电子膨胀阀8、单向阀9、第二电磁阀10、第二毛细管11、空气侧换热器12、风机13等。
15.如图1所示，本发明是一种空气源热泵热水系统，包括压缩机1，所述压缩机1的第一接口通过管道连接四通换向阀2的d口，四通换向阀2的e口通过管道连接水侧换热器3的第一接口，水侧换热器3的第二接口通过管道连接经济器5的a口，经济器5的d口通过管道连接压缩机1的第二接口，经济器5的c口通过管道连接第一电子膨胀阀7的第一接口，经济器5的b口通过管道连接过滤器6的第一接口，第一电子膨胀阀7的第二接口并联连接过滤器6的第二接口。
16.第一电磁阀15和第一毛细管16串联连接后、并联在第一电子膨胀阀7与过滤器6的并联节点和压缩机1的第二接口之间，第一电子膨胀阀7、第一电磁阀15与第一毛细管16构成第一节流组件。
17.第一电子膨胀阀7与过滤器6的并联节点还连接第二节流组件的一端，第二节流组件包括第二电磁阀10与第二毛细管11的串联支路及第二电子膨胀阀8与单向阀9的并联支路，第二节流组件的另一端通过管道连接空气侧换热器12的第一接口，空气侧换热器12的第二接口通过管道连接四通换向阀2的c口，四通换向阀2的s口通过管道连接气液分离器14的第一接口，气液分离器14的第二接口通过管道连接压缩机1的第三接口；所述空气侧换热器12配置风机13。
18.水侧换热器3与经济器5之间的管道设置平衡器4，在具体应用中，平衡器4为储液器；经济器5为板式换热器。
19.如图2所示，本发明一种空气源热泵热水系统的控制方法，包括如下步骤：制热状态时，1）、压缩机1起动前，检测环境温度，当环境温度高于20℃时，制冷剂的流量需求大，同时打开第二电子膨胀阀8和第二电磁阀10，风机13处于低档；当环境温度低于20℃，制冷剂的流量需求小，第二电子膨胀阀8打开，第二电磁阀10关闭，风机13处于高档。
20.如图3所示，2）、除霜状态时，高温高压的制冷剂从压缩机1经过四通换向阀2的d口和c口，进入空气侧换热器12进行化霜作业，制冷剂经过空气侧换热器12后，经由第二电子膨胀阀8、单向阀9、第二毛细管11及第二电磁阀10依次流向经济器5、水侧换热器3、四通换向阀2、压缩机1。
21.当压缩机1的排气温度高于压缩机1排气温度保护值时，第一电磁阀15打开；当压缩机1的排气温度低于压缩机1排气温度保护值时，第一电磁阀15关闭。
22.高温高压的制冷剂从压缩机1经过四通换向阀2的d口和e口后，进入水侧换热器3被通过的水流冷却降温，设置在水侧换热器3和经济器5之间的平衡器4可以多余的制冷剂。制冷剂经过经济器5中a和b连通的通道进一步被c和d连通的通道中的制冷剂冷却降温，从b口出来的制冷剂通过过滤器6分为三个支路，第一支路是通过电子膨胀阀节流后变为低压低温的制冷剂从经济器5中c和d连通的通道后被流经a和b制冷剂加热，变为有过热度的低压低温的制冷剂进入压缩机补气口。第二支路是由电磁阀15和毛细管16构成，在机组运行过程中，只有在检测到压缩机1排气温度升至压缩机1排气温度保护值时，电磁阀15才能打开，制冷剂通过毛细管节流降压降温，如果排气温度降至压缩机可靠运行温度值以下需关闭电磁阀15，避免损坏压缩机1。第三支路是由电子膨胀阀8、单向阀9、电磁阀10以及毛细管11构成的第二节流装置，压缩机启动前，根据环境温度传感器检测到的环境温度，计算当前环境温度下冷媒流量，判断第二节流装置中的电磁阀10是否开启，当环境温度高于20℃时，制冷系统需要的制冷流量增加，单通过电子膨胀阀8不能满足制冷需求（制冷剂流量），需要打开电磁阀10，使制冷剂不但通过电子膨胀阀8，还会通过毛细管11，加大制冷剂流量，满足系统需求。
23.当环境温度低于20℃时，制冷系统需要的制冷流量减少，这时电磁阀10关闭，制冷剂仅通过电子膨胀阀8即可满足系统需求。如需要关闭电磁阀，在关闭电磁阀的同时应把节流装置中的电子膨胀阀8开启至中档阀开度，避免因突然关闭电磁阀10引起的流量剧烈波动。通过节流装置组合控制使机组在-30～46℃环境温度范围内都可以精确调节冷媒流量。因单向阀9为单向流动，在制热运行时，制冷剂不通过单向阀9。通过第二节流装置节流降压降温后，进入空气侧换热器12吸热后变为有过热度的制冷剂通过四通换向阀2的c和s口，再进入气液分离器14后流入压缩机1吸气口，完成一个制热循环。
24.压缩机1启动前，根据环境温度传感器检测到的环境温度，计算当前环境温度下风机13转速，输出风机13目标转速，在机组运行过程中，根据环境温度变化实时调整风机13转速，从而使压缩机1在高温环境温度下蒸发压力不超过压缩机1允许的运行范围，确保压缩机1在安全可靠的运行范围内运行。
25.如图3所示，一种超低温环境高出水温度空气源热泵热水系统在冬季空气侧换热器12会结霜，导致制热效果变差，必须间隔一段时间执行除霜程序，在除霜运行时，高温高压的制冷剂从压缩机1经过四通换向阀2的c口和d口后，进入空气侧侧换热器12把换热器上的霜融化，经过由电子膨胀阀8、单向阀9、电磁阀10以及毛细管11构成的第二节流装置，在化霜过程制冷剂流量瞬间变大，即便电子膨胀阀8阀开度开到最大，也不能满足大流量需求，设置单向阀9可以旁通一部分制冷剂，避免了在化霜过程出现高压故障。