带热水功能的热泵系统及其控制方法

专利名称：带热水功能的热泵系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及制冷空调设备及其控制方法，尤其涉及带热水功能的热泵系统及其控制方法。该热泵系统包括制冷剂侧子系统、水侧子系统、控制系统，制冷剂侧子系统包括压缩机、部分热回收换热器、四通换向阀、源侧换热器、膨胀装置、空调侧换热器，通过四通换向阀调节流向。
背景技术：
现有的热泵能够提供制冷、制热，制冷时往热源侧释放热量，制热时从热源侧吸收热量，随着人们对舒适性要求的不断提高，热泵的使用越来越广泛。现有的热泵热水器从热源侧吸收热量，然后将热量释放到水中，提供客户热水，属于节能清洁产品。随着人们生活水平的提高，热水的使用量加大；随着环保节能意识的增强，热泵热水器得到越来越广泛的使用。为了满足制冷、制热、制热水的需求，最简单的办法是购置热泵和热泵热水器，这样比较占用地方，同时投资也比较大。热泵热水器采用蒸汽压缩循环，使用了制冷剂、压缩机、冷·凝器、蒸发器，这一点和热泵基本上一致，就在零部件上和原理上保证了热泵和热泵热水器可以采用同样制冷剂、同一压缩机、同一蒸发器，从而节约一些部件和部件所占用的场地；另外，热泵进行制冷时需要排放废热，热泵热水器一年四季均进行制热水，如果两者合一，就能够实现制冷热回收，即热水免费；还有，制冷制热并不是一直都需要的，就可以让热泵、热水器一体机在制冷制热之外进行制热水，将热量蓄积起来。基于上述的可行性分析，热泵厂商和热泵热水器厂商都在开发自己的多用机组制冷、制热、加热水，采用的热源可以是空气或水或土壤或三者的组合。第一代三联供机组是部分热回收机组，在热泵机组的压缩机出口，串联一个热水器换热器，进行部分热回收，热水作为制冷制热的副产品，采用水源的系统设计方法如图1，系统包括压缩机A01、部分热回收换热器A02、四通换向阀A03、水源换热器A04、制冷剂节流装置A05、空调侧水换热器A07、气液分离器A08、热水泵A09、空调水泵AlO、源侧水泵All。采用空气源的系统设计方法如图2，系统包括压缩机B01、部分热回收换热器B02、四通换向阀B03、空气源换热器B04、制冷剂节流装置B05、储液器B06、空调侧水换热器B07、气液分离器B08、热水泵B09、空调水泵B10、风机B11。直接膨胀式系统的方法如图3，系统包括压缩机C01、部分热回收换热器C02、四通换向阀C03、空气源换热器C04、制冷剂节流装置C05、室内盘管C07、气液分离器C08、热水泵C09、室内风机C10、室外风机CU。在制冷或制热时候进行制热水，不进行制冷或制热时，机组没法进行制热水，为了保证充足的热水供应，用户需要另外的热水解决方法，比如燃气热水器、太阳能热水器、热泵热水器、电热水器，其优点是制冷时，热水免费，而且可以达到很高的温度，大约65摄氏度；制热时，热水温度也可以达到约70摄氏度。中国专利文献号CN00109283. 9公布了相关的设计方法和控制方法。第二代三联供机组是全热回收机组，吸取了第一代三联供机组热水供应不足的缺点，增大了热水换热器，改进了系统管路设计，涌现出很多形式的机组；其中，最简单的是全热回收换热器紧随压缩机之后；运行时，会产生两个高压区域热水换热器、冷凝器，其主要缺点是冷媒充注量大、冷媒管理难，尤其是在空气源热泵系统中，风险很大。在水源系统中，问题比较少，如图4，热回收换热器D02紧随在压缩机DOl之后，其后是冷凝器D03，之后是流量控制装置D04，然后是水侧蒸发器D05，这个系统简单，制冷制热靠水路人工切换，不但成本低，而且能够保证随时都是逆流状态，充分利用了换热器性能。由于水换热器使用的制冷剂少，这种简单的系统非常实用。也有的将热回收换热器D02和冷凝器D03做在一起，比如一个壳管换热器，上部是热回收换热管束，下部是冷凝管束，需要全热回收时，把冷凝水路停止即可，运行中，不会导致制冷剂缺少或者多余。这个方法适合水源系统，不适合空气源系统。在水源系统的应用中，也不大适合于需要频繁切换的场合，在制冷的接管方式下，如果没有制冷的需求，就没有产生热水的功能了，有些不便，需要一个备用的热水源。第三代三联供机组也是全热回收机组，比较复杂的是热水换热器与冷凝器、蒸发器并联，运行时，只有一个换热器处于高压状态；另外两个换热器，一个处于闲置状态，无制冷剂流经，且处于低压侧，制冷剂流经另一个处于蒸发状态，也处于低压侧，有制冷剂流经；水源系统的如图5，系统包括压缩机EOI、第一四通换向阀E02、第二四通换向阀E03、部分热 回收换热器E04、水源换热器E05、空调侧水换热器E06、第一制冷剂节流装置E07a、第二制冷剂节流装置E07b、气液分离器E08、热水泵E09、空调水泵ElO、源侧水泵El I、单向阀E12 ;空气源系统的如图6，系统包括压缩机H) I、第一四通换向阀R)2、第二四通换向阀R)3、空气源换热器H)4、部分热回收换热器H)5、空调侧水换热器R)6、第一制冷剂节流装置R)7a、第二制冷剂节流装置H)7b、储液器H)8、气液分离器R)9、热水泵FlO、空调水泵FlI、风机F12、单向阀F13 ;通过两个四通换向阀E02和E03或F02和F03进行制冷剂换向，制热水时，通过四通阀将压缩机排气导入热水换热器中；中国专利文献CN200720124373. 5公开了相关的设计和运行方法。可以实现制冷热回收、单制热水、制冷和制热、主要的问题还是制冷剂管理难，机组切换容易产生大量问题，导致开发周期长，现场故障率高。第四代三联供机组也是全热回收机组，其借鉴了第三代优缺点，增加了同时制热水和制热的功能。如图7，系统包括压缩机G01、第一电磁阀G02a、第二电磁阀G02b、四通换向阀G03、空气源换热器G04、部分热回收换热器G05、空调侧水换热器G06、第一制冷剂节流装置G07a、第二制冷剂节流装置G07b、储液器G08、气液分离器G09、热水泵G10、空调水泵GlI、风机G12、单向阀G13 ;中国专利文献CN200520047214. O中公布了其初步方法，打开第一电磁阀G02a和第二电磁阀G02b，能够实现同时制热水和制热。但是它仍然有第三代机组主要的缺点制冷剂难以管理、机组切换风险大、开发周期长、故障率高、压缩机可靠性不闻。制取生活热水时，还会碰到自来水中氯离子腐蚀的问题。热水换热器一般都是自来水直接流过，目的是为了减少换热温差，自来水中有源源不断的氯离子，产生一定的腐蚀作用，所以和自来水接触的地方尽量利用铜管。目前采用铜管的换热器，一是壳管换热器、二是套管换热器。壳管换热器压降小，可以串联在压缩机之后，在R22、R407C、R134a、R123系统中常可以用到，而且冷量大；采用R410A作为制冷剂时，换热管需要增加壁厚，成本上升，故很少用到。套管换热器压降大，冷量小，一般不串联在压缩机之后。部分热回收型机组还有采用不锈钢板式换热器，由于容易受到氯离子腐蚀，所以不建议直接和自来水接触，可以通过中间换热方式，需要增加泵，同时会产生一些损失。板式换热器由于压降小、紧凑，故在热回收系统中常予以应用。

发明内容
本发明的目的在于提供一种带热水功能的热泵系统及其控制方法，其在水侧子系统进行改进，通过切换热水流向，以进行制冷、制热、制热水、制冷热回收、制热同时制热水等多种运行模式。为实现所述目的的带热水功能的热泵系统，具有制冷剂侧子系统、水侧子系统、控制系统，制冷剂侧子系统包括压缩机、部分热回收换热器、四通换向阀、源侧换热器、膨胀装置、空调侧换热器，制冷剂侧子系统通过四通换向阀调节流向；其特征在于，水侧子系统包括所述部分热回收换热器、热水泵、含换热器的热水箱，所述部分热回收换热器、热水泵、热水箱通过热水管路连接，位于热水循环回路中；水侧子系统还包括所述空调侧换热器、空调水泵，所述空调侧换热器、空调水泵通过空调水管路连接，位于空调水循环回路中；水侧子系统还包括第一连通管路、第二连通管路，第一连通管路连接空调水管路的进口侧与热水箱的出口侧，第二连通管路连接空调水管路的出口侧与热水箱的入口侧；置于空调水管路与第一连通管路或者第二连通管路的连接处的三通阀。 所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，制冷剂侧子系统采用的制冷剂为R32。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，制冷剂侧子系统运行时制冷剂只有一个流向；热水循环回路和空调水循环回路共用膨胀水箱和补水点。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，水侧子系统还包括热水泵用单向阀，所述热水泵用单向阀在第一连通管路和部分热回收换热器之间或者部分热回收换热器与第二连通管路之间。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，所述三通阀位于空调水管路上，三通阀的第一个口接第一连通管路，三通阀的第二个口接空调水回水，三通阀的第三个口接在空调换热器和水泵之前；第一个口和第二个口连通，或者第三个口和第二个口连通。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，三通阀位于空调水管路上，三通阀的第一个口接第二连通管路，三通阀的第二个口接空调水出水，三通阀的第三个口接空调换热器和水泵之后；第一个口和第二个口连通，或者第三个口和第二个口连通。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，膨胀水箱和补水点置于第一连通管路上或者第二连通管路上。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，热水箱的出口侧为热水箱内换热器的出口，热水箱的入口侧为该换热器的入口。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，热水箱的补水口为热水箱内换热器的入口，热水箱的生活热水出口为该换热器的出口。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，所述压缩机为变流量压缩机或多个压缩机的组合以便于能够根据需要实现能量调节。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，所述控制系统包括环境温度探测装置、热水箱温度探测装置、排气温度探测装置、时钟、运行模式选择装置、热水预定时间设置器、热水最低温度设置器、热水需求温度设置器、中央处理单元。所述的带热水功能的热泵系统，其进一步的特点是，所述控制系统还包括运行模式选择装置，运行模式选择装置能够提供客户选择运行模式，包括制冷、制热或者强制热水。使用于前述述的带热水功能的热泵系统的控制方法，其特点是包括以下控制模式A、单制热水模式，运行压缩机，使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制热状态，使空调侧换热器处于冷凝状态，使源侧换热器处于蒸发状态，运行空调水泵，运行热水泵，三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路连通，空调水流不进室内侧；B、制冷热回收模式，运行压缩机，使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制冷状态，空调侧换热器处于蒸发状态，源侧换热器处于冷凝状态，运行空调水泵，运行热水泵，三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路断开，空调水流可进入室内侧；C、制冷模式，运行压缩机，不使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制冷状态，空调侧换热器处于蒸发状态，源侧换热器处于冷凝状态，运行空调水泵，不运行热水泵，·三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路断开，空调水流可进入室内侧；D、制热模式，运行压缩机，不使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制热状态，空调侧换热器处于冷凝状态，源侧换热器处于蒸发状态，运行空调水泵，不运行热水泵，三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路断开，空调水流可进入室内侧；E、制热同时制热水模式，运行压缩机，使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制热状态，空调侧换热器处于冷凝状态，源侧换热器处于蒸发状态，空调水泵运行，热水泵运行，三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路断开，空调水流可进入室内侧。所述的控制方法，其进一步的特点是，机组优先制取满足用户需求的热水，同时根据用户的制冷制热需求进行模式选择，根据用户需求热水时间制取热水，根据热水需求紧迫程度调节热水制取速度；其中用户可以设置最低热水温度设定值THWSL、热水需求温度设定值THWSR、热水需求时间、运行模式；机组根据输入参数，进行模式选择。所述的控制方法，其进一步的特点是，进行运行模式选择时，热水温度THW不大于最低热水温度设定值THWSL时，机组进行单制热水模式。所述的控制方法，其进一步的特点是，进行运行模式选择时，热水温度THW大于热水温度需求设定值THWSR时，机组不单制热水，机组先根据用户的输入模式进行制冷或者制热。所述的控制方法，其进一步的特点是，热水温度THW低于排气温度Xl时，开启热水泵，进行制冷热回收或者制热同时制热水。所述的控制方法，其进一步的特点是，进行运行模式选择时，如果热水温度THW高于最低热水温度设定值THWSL并且低于热水温度需求设定值THWSR，并且距离热水需求时间少于30* (THSffR-THW) /(THWSR-THWSL)分钟时，机组进行单制热水模式运行。所述的控制方法，其进一步的特点是，运行模式选择装置时，如果热水温度THW高于最低热水温度设定值THWSL并且低于热水温度需求设定值THWSR，并且距离热水需求时间大于30* (THSffR-THW) / (THWSR-THWSL)分钟时，机组先根据用户的输入模式进行制冷或者制热。所述的控制方法，其进一步的特点是，热水温度THW低于排气温度Xl时，机组热水水泵开启，进行制冷热回收或者制热同时制热水。
所述的控制方法，其进一步的特点是，运行模式选择装置时，如果热水温度THW高于最低热水温度设定值THWSL并且低于热水温度需求设定值THWSR，并且距离热水需求时间大于30* (THSffR-THW)/ (THWSR-THWSL)分钟时，用户的输入模式为制热水模式时，机组进行单制热水模式。所述的控制方法，其进一步的特点是，运行模式选择装置时，如果热水温度THW高于最低热水温度设定值THWSL并且低于热水温度需求设定值THWSR，并且距离热水需求时间大于30* (THSffR-THW)/ (THWSR-THWSL)分钟时，用户无输入模式时，机组根据环境温度进行和所在时刻选择是否进行单制热水。所述的控制方法，其进一步的特点是，环境温度低于X2时，并且时间处于中午12点至15点之间，机组进行单制热水。所述的控制方法，其进一步的特点是，所述单制热水模式下，压缩机的运行速度根据水温的升高而降低，在水温低于最低热水温设定值THWSL时，压缩机以Y2速度运行，在水 温高于热水需求温度设定值THWSR时，压缩机以最低可靠运行速度Yl运行。所述的控制方法，其进一步的特点是，Y2>3000rpm, Yl为1800rpm。所述的控制方法，其进一步的特点是，压缩机运行速度随热水水温升高呈线性下降。所述的控制方法，其进一步的特点是，所述单制热水模式下，采用空气源的外机风扇运行速度根据环境温度来确定，随环境温度的升高而降低，在环境温度低于X5时，风机全速运行。所述的控制方法，其进一步的特点是，风机的转速随温度的上升而线性下降。在本发明的实施例中，其中运行模式选择装置能够提供客户选择运行模式，包括制冷、制热、强制热水；热水预定时间设置器，用来保证客户在预定时间到达时，有一个满足需求的热水温度，比如50度。热水最低温度设置器，用来设置水箱的最低温度，并减少频繁开机单制热水，对于经常需要少量热水的用户，需要保证一个最低温度，可以设定约为30度，设置过低会导致该功能不起作用。热水需求温度设置器，用来保证用户在预定时间到达时，可以保证用户的一些基本需求，如洗浴。控制处理器用来把温度值、设定模式、设定值采集整理，根据逻辑判断，决定采取何种运行模式。之前几代机组主要顾虑是自来水，有源源不断的氯离子会破坏不锈钢换热器，而且不断形成的碳酸钙、碳酸镁会产生结垢，热水换热器采用铜质换热器，主要的特点是在制冷剂管路上进行改造，切换制冷剂的流向，进行制冷、制热、制热水，由于制冷剂有气液两相，很难管理。本发明的主要特点就是在水管路上进行改造，切换水的流向，进行制冷、制热、制热水、制冷热回收、制热同时制热水。本发明可以直接在第一代机组上进行改造形成。本发明相对于已有的机组，其优点是制冷剂便于管理，同时制热速度更快。在冷天或过渡季节，采用一天中最高的环境温度时段进行制热水，同时压缩机采用降频方案，提高了能效，也避免了结霜的情形；制热时也进行制热水，保证能够得到高温热水；在热天，尽量采用制冷热回收，提高制冷效率，也得到免费热水。由于制冷剂系统简单，机组可靠性高，开发成本周期短。本发明的前述目的、特点和优点将结合后述的实施例进行进一步的描述。


图I是部分热回收水源热泵系统图。图2是部分热回收空气源冷热水侧子系统图。图3是部分热回收空气源热泵系统图。图4是简单水源热回收系统图。图5是第三代水源三联供系统图。图6是第三代空气源三联供系统图。
图7是第四代空气源三联供系统图。图8是本发明的三联供系统示意图。图9是本发明的进行部分热回收示意图。图10是本发明的进行单制热水示意图。图11是本发明的另一种系统示意图。图12是本发明中控制系统的组成图。图13是本发明的各种模式控制图(在四页中连续显示)。图14是单制热水下的压缩机控制图。图15是单制热水下的室外风机控制图。
具体实施例方式
以下参照附图来说明本发明。图8是本发明的本发明的带热水功能的热泵系统(为三联供系统)示意图，其包括制冷剂侧子系统和水侧子系统。制冷剂侧子系统包括压缩机H01、部分热回收换热器H02、四通换向阀H03、室外盘管H04、第一节流装置H05、储液器H06、空调侧水换热器H07、气液分离器H08、室外风机HlI、第二节流装置H17 (用于控制排气温度，如果排气温度整个工况中都低于135摄氏度，可以不需要)。制冷剂回路包括两种主要运行模式，通过四通阀的换向来实现。第一种是四通阀H03处于制冷状态时，制冷剂从压缩机HOl排出，沿程按顺序途经部分热回收换热器H02、四通换向阀H03、室外盘管H04、第一节流装置H05、储液器H06、空调侧水换热器H07、四通换向阀H03、气液分离器H08，然后回到压缩机，如果排气温度高，第二节流装置H17打开，小股含液态制冷剂的流体喷入压缩机吸气口，进行排气温度控制。制冷剂回路的第二种运行模式是四通阀H03处于制热状态时，制冷剂从压缩机HOl排出，沿程按顺序途经部分热回收换热器H02、四通换向阀H03、空调侧水换热器H07、储液器H06、第一节流装置H05、室外盘管H04、四通换向阀H03、气液分离器H08，然后回到压缩机，如果排气温度高，第二节流装置H17打开，小股含液态制冷剂的流体喷入压缩机吸气口，进行排气温度控制。水侧子系统包括热水泵H09、空调水泵H10、水路三通阀H13、第一水路三通H14a、第二水路三通H14b、第三水路三通H14c、热水箱H15，部分热回收换热器H02、空调侧换热器H07也为水侧子系统的组成部分。其中热水箱H15内有热水盘管H16，通过水路三通阀H13的调节，水侧子系统的水路有三种运行模式。第一种运行模式为，三通阀H13转为空调状态，即将空调水与换热器H07连通，而隔断第一水路，空调水循环回路和热水循环回路之间的水不流动，空调水泵HlO运行时，水从室内侧来，经过空调水泵H10、换热器H07、经过三通H14c进入室内侧，三通H14a和三通H14c之间没有水流，而且热水泵H09不运行，热水侧没有水流。第二种模式与第一种模式的唯一区别是，热水泵H09处于运行状态,水从热水箱盘管H16来，经过第二水路三通H14b，进入部分热回收换热器H02，经过第一水路三通H14a，进入热水箱盘管H16，参见图9的箭头标示。第三种模式为，三通阀H13转为热水状态，参考图10的箭头标示，第一水路开通，热水与换热器H07连通，此时从热水箱盘管H16出来的水经过三通H14b的分流，主要的一股沿程经过水路三通阀H13、水泵H10、空调水换热器H07、第三水路三通H14c，到第一水路三通H14a，另外一股沿程经过热水泵H09、部分热回收换热器H02,到第三水路三通H14a，和主要的一股汇集进入热水箱盘管H16。在较佳的实施例中，热水泵H09紧挨着部分热回收换热器H02，按照热水在热水循环回路中的流动方向，热水泵H09可以是在部分热回收换热器H02之前，也可以是在换热器H02之后。同样的，空调水泵HlO紧挨着空调侧换热器H07，保证水的流向有利于换热，按照水在空调水循环回路中的流动方向，空调水泵HlO可以是在换热器H07之前，也可以是在换热器H07之后。 在其他实施例中，水路三通阀H13与三通H14c的位置还可以互换。在较佳的实施例中，热水循环回路、空调水循环回路可以共用膨胀水箱和补水点，并且，较佳的实施中，膨胀水箱和补水点就设置在第一连通管路11或第二连通管路上12上。由于水侧子系统仅需要一个膨胀水箱，可以节省安装空间，并降低成本。如图10、图11所示，在本发明较佳的实施例中，三通阀H13位于空调水管路上，其第一个口接第一连通管路11，第二个口接空调水回水，第三个口接在空调换热器H07和水泵HlO之前；应用时，第一个口和第二个口连通，或者第三个口和第二个口连通。在另一实施例中，三通阀H13位于空调水管路上，第一个口接第二连通管路12，第二个口接空调水出水，第三个口接空调换热器和水泵之后；应用时，第一个口和第二个口连通，或者第三个口和第二个口连通。在本发明的其他实施例中，热水循环回路中的热水可以直接流入到热水箱H15中，而生活热水则经过热水箱H15中的换热器H16。即热水箱H15的热水进口侧可以是换热器的入口(如图11所示)，或者是热水箱的补水口，相应地，热水箱H15的热水出口侧可以是换热器的出口(如图11所示)，或者是热水箱的生活热水出口。在前述实施例中，制冷剂子系统优选如R32制冷剂，一则环保，二则排气温度高，容易制取闻温热水。在前述实施例中，压缩机优选变转速压缩机，能够实时调节能量。 前述实施例的三联供机组可以在冷天提供用户制热功能、制热水、制热同时制热水功能，利用了 R32的高排气温度的特性(排气温度达到135摄氏度)，热水温度能够达到85度，满足用户热水需求；机组在热天能够提供用户制冷、制冷热回收、单制热水功能，利用了R32的高排气温度的特性(排气温度达到125摄氏度)，热水温度能够达到75度；机组在过渡季节，进行单制热水，热水温度能够达到55度。在冷天或过渡季节，采用一天中最高的环境温度时段进行制热水，同时压缩机采用降频方法，提高了能效，也避免了结霜的情形；制热时也进行制热水，保证能够得到高温热水；在热天，尽量采用制冷热回收，提高制冷效率，也得到免费热水。由于制冷剂子系统简单，机组可靠性高，开发成本周期短。根据制冷剂流动的两种模式(制冷、制热)和水路运行的三种模式，可以组合成系统运行的五种模式，制冷、制热、制冷热回收、制热同时制热水、单制热水。要实现制冷时，制冷剂子系统处于制冷模式、水侧子系统处于第一种模式；要实现制热时，制冷剂子系统处于制热模式，水侧子系统处于第一种模式；要实现制冷热回收时，制冷剂子系统处于制冷模式，水侧子系统处于第二种模式；要实现制热同时制热水时，制冷剂子系统处于制热模式，水侧子系统处于第二种模式；要实现单制热水时，制冷剂子系统处于制热模式，水侧子系统处于第三种模式。如图11所示，可以在热水泵H09的入口增加一个水路单向阀H17，由图中可以看出，水侧子系统出现了第四个模式，即空调水泵HlO运行、热水泵H09停止、水路三通阀H13处于热水状态，这样机组仍能够正常进行制热水或冷水。这就增加了一个功能，即单制冷水，制冷剂子系统处于制冷模式，水侧子系统处于第四模式，可用于热天提供冲凉用水。图12是本发明一实施例中控制系统的组成，包括中央处理单元M00、时钟M01、环境温度探测装置M02、热水箱温度探测装置M03、运行模式选择装置M04、热水预定时间设置器M05、热水最低温度设置器M06、热水需求温度设置器M07，排气温度探测装置M08，根据用户的输入和采集的数据进行分析，控制以下受控对象压缩机H01、四通换向阀H03、热水泵H09、空调水泵H10、水路三通阀H13。环境温度为T0，热水温度为THW，时钟数值为Time，热水 预定时间为TimeS，热水最低温度设置值为THWSL，热水需求温度设置值为THWSR。图13是机组在不同情况下进入各模式的条件。机组首先采集环境温度数据T0、热水温度数据
气温度数据Tdis、时间数据Time，根据客户的输入需求模式(制冷、制热、制热水)进行判断，首先确定是否需要进行单纯制热水，当热水温度THW低于最低热水温度设定值THWSL时，机组进行单纯制热水，THWSL可以由客户设定，合理的范围是10摄氏度 40摄氏度，主要目的是为了保证基本的热水需求，客户可以根据习惯，进行设置；当热水温度THW在最低热水温度设定值THWSL与热水温度需求值THWSR之间时，根据时间的紧迫程度来确定，如果距离预定时间低于30*(THWSR-HWT)/(THWSR-THSL)分钟时，机组强制进行单纯制热水。之后根据客户的具体需求选择进行模式设定，当用户选择制冷时，优先进行制冷热回收，一旦热水箱水温与排气温度只相差Xl摄氏度(一般取值20摄氏度)时，停止热水泵，进行单纯制冷，减少水泵耗功；当用户选择制热时，优先进行制热同时制热水，一旦热水箱水温与排气温度只相差Xl摄氏度(一般取值20摄氏度)时，停止热水泵，进行单纯制热，减少水泵耗功；当用户选择制热水时，机组进行单纯制热水；当环境温度TO低于设定值X2时，于中午12点至下午3点之间，如果机组没有制冷制热的需求时，机组会启动进行制热水，利用中午的高环境温度，制取热水，节约能源。设定值X2需要用户根据生活习惯来定，一般可以选择15摄氏度 25摄氏度。单纯制热水的压缩机控制方法如图14，变转速压缩机降低转速进行工作，热水温度低于THWSL时，压缩机转速取高值Y2，Y2优选为压缩机最高转速的1/2 3/4，随着热水箱水温THW的升高，压缩机转速随之降低，可以采用线性降低，也可以采用加速度降低(呈抛物线状)，热水箱水温THW到达THWSR时，压缩机转速降至Yl，Yl优选为压缩机最高转速的1/Γ1/2，这样能够快速实现水温升高，又不导致高压过高，出水温度也能够较高。热水箱水温THW到达THWSR+X3时，单制热水模式结束。单纯制热水的室外风机控制方法如图-15，环境温度TO低于Χ4时，机组停止工作，Χ4是机组的运行最低温度；在乂4和Χ5之间时，室外风机全速运转，转速Ζ2，保证不结霜；环境温度在Χ6以上时，机组停止工作，Χ6是机组的最高使用环境温度；在乂5和Χ6之间时，室外风机转速随着环境温度的升高转速降低，最低值为Zl,为室外风机的最低转速档,一般选择为最高转速的1/3。将图8至图11所示的实施例与背景技术所述的已有技术进行比较如下

权利要求
1.一种带热水功能的热泵系统，具有制冷剂侧子系统、水侧子系统、控制系统，制冷剂侧子系统包括压缩机、部分热回收换热器、四通换向阀、源侧换热器、膨胀装置、空调侧换热器，制冷剂侧子系统通过四通换向阀调节流向；其特征在于， 水侧子系统包括所述部分热回收换热器、热水泵、含换热器的热水箱，所述部分热回收换热器、热水泵、热水箱通过热水管路连接，位于热水循环回路中； 水侧子系统还包括所述空调侧换热器、空调水泵，所述空调侧换热器、空调水泵通过空调水管路连接，位于空调水循环回路中； 水侧子系统还包括第一连通管路、第二连通管路，第一连通管路连接空调水管路的进口侧与热水箱的出口侧，第二连通管路连接空调水管路的出口侧与热水箱的入口侧； 置于空调水管路与第一连通管路或者第二连通管路的连接处的三通阀。
2.如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，制冷剂侧子系统采用的制冷剂为R32。
3.如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，制冷剂侧子系统运行时制冷剂只有一个流向；热水循环回路和空调水循环回路共用膨胀水箱和补水点。
4.如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，水侧子系统还包括热水泵用单向阀，所述热水泵用单向阀在第一连通管路和部分热回收换热器之间或者部分热回收换热器与第二连通管路之间。
5.如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，所述三通阀位于空调水管路上，三通阀的第一个口接第一连通管路，三通阀的第二个口接空调水回水，三通阀的第三个口接在空调换热器和水泵之前；第一个口和第二个口连通，或者第三个口和第二个口连通。
6.如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，三通阀位于空调水管路上，三通阀的第一个口接第二连通管路，三通阀的第二个口接空调水出水，三通阀的第三个口接空调换热器和水泵之后；第一个口和第二个口连通，或者第三个口和第二个口连通。
7.如权利要求3所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，膨胀水箱和补水点置于第一连通管路上或者第二连通管路上。
8.如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，热水箱的出口侧为热水箱内换热器的出口，热水箱的入口侧为该换热器的入口。
9.如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，热水箱的补水口为热水箱内换热器的入口，热水箱的生活热水出口为该换热器的出口。
10.如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，所述压缩机为变流量压缩机或多个压缩机的组合以便于能够根据需要实现能量调节。
11.如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统，其特征在于，所述控制系统包括环境温度探测装置、热水箱温度探测装置、排气温度探测装置、时钟、运行模式选择装置、热水预定时间设置器、热水最低温度设置器、热水需求温度设置器、中央处理单元。
12.如权利要求11所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括运行模式选择装置，运行模式选择装置能够提供客户选择运行模式，包括制冷、制热或者强制热水。
13.一种使用于如权利要求I所述的带热水功能的热泵系统的控制方法，其特征在于包括以下控制模式A、单制热水模式，运行压缩机，使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制热状态，使空调侧换热器处于冷凝状态，使源侧换热器处于蒸发状态，运行空调水泵，运行热水泵，三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路连通，空调水流不进室内侧； B、制冷热回收模式，运行压缩机，使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制冷状态，空调侧换热器处于蒸发状态，源侧换热器处于冷凝状态，运行空调水泵，运行热水泵，三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路断开，空调水流可进入室内侧； C、制冷模式，运行压缩机，不使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制冷状态，空调侧换热器处于蒸发状态，源侧换热器处于冷凝状态，运行空调水泵，不运行热水泵，三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路断开，空调水流可进入室内侧； D、制热模式，运行压缩机，不使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制热状态，空调侧换热器处于冷凝状态，源侧换热器处于蒸发状态，运行空调水泵，不运行热水泵，三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路断开，空调水流可进入室内侧； E、制热同时制热水模式，运行压缩机，使用部分热回收换热器，使四通换向阀处于制热状态，空调侧换热器处于冷凝状态，源侧换热器处于蒸发状态，空调水泵运行，热水泵运行，三通阀状态是使空调水循环回路和热水循环回路断开，空调水流可进入室内侧。
14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，机组优先制取满足用户需求的热水，同时根据用户的制冷制热需求进行模式选择，根据用户需求热水时间制取热水，根据热水需求紧迫程度调节热水制取速度；其中用户可以设置最低热水温度设定值THWSL、热水需求温度设定值THWSR、热水需求时间、运行模式；机组根据输入参数，进行模式选择。
15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，进行运行模式选择时，热水温度THW不大于最低热水温度设定值THWSL时，机组进行单制热水模式。
16.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，进行运行模式选择时，热水温度THW大于热水温度需求设定值THWSR时，机组不单制热水，机组先根据用户的输入模式进行制冷或者制热。
17.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于，热水温度THW低于排气温度Xl时，开启热水泵，进行制冷热回收或者制热同时制热水。
18.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，进行运行模式选择时，如果热水温度THW高于最低热水温度设定值THWSL并且低于热水温度需求设定值THWSR，并且距离热水需求时间少于30* (THSffR-THW) /(THWSR-THWSL)分钟时，机组进行单制热水模式运行。
19.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，运行模式选择装置时，如果热水温度THW高于最低热水温度设定值THWSL并且低于热水温度需求设定值THWSR，并且距离热水需求时间大于30* (THSffR-THW) / (THWSR-THWSL)分钟时，机组先根据用户的输入模式进行制冷或者制热。
20.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，热水温度THW低于排气温度Xl时，机组热水水泵开启，进行制冷热回收或者制热同时制热水。
21.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，运行模式选择装置时，如果热水温度THW高于最低热水温度设定值THWSL并且低于热水温度需求设定值THWSR，并且距离热水需求时间大于30* (THSffR-THW)/ (THWSR-THWSL)分钟时，用户的输入模式为制热水模式时，机组进行单制热水模式。
22.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，运行模式选择装置时，如果热水温度THW高于最低热水温度设定值THWSL并且低于热水温度需求设定值THWSR，并且距离热水需求时间大于30* (THSffR-THW)/ (THWSR-THWSL)分钟时，用户无输入模式时，机组根据环境温度进行和所在时刻选择是否进行单制热水。
23.如权利要求22所述的控制方法，其特征在于，环境温度低于X2时，并且时间处于中午12点至15点之间，机组进行单制热水。
24.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述单制热水模式下，压缩机的运行速度根据水温的升高而降低，在水温低于最低热水温设定值THWSL时，压缩机以Y2速度运行，在水温高于热水需求温度设定值THWSR时，压缩机以最低可靠运行速度Yl运行。
25.如权利要求24所述的控制方法，其特征在于，Y2>3000rpm,Yl为1800rpm。
26.如权利要求24所述的控制方法，其特征在于，压缩机运行速度随热水水温升高呈线性下降。
27.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述单制热水模式下，采用空气源的外机风扇运行速度根据环境温度来确定，随环境温度的升高而降低，在环境温度低于X5时，风机全速运行。
28.如权利要求27所述的控制方法，其特征在于，风机的转速随温度的上升而线性下降。
全文摘要
本发明涉及一种带热水功能的热泵系统及其控制方法，其中热泵系统具有制冷剂系统简单、机组可靠性高、开发成本周期短的优点，其水侧子系统包括所述部分热回收换热器、热水泵、含换热器的热水箱，所述部分热回收换热器、热水泵、热水箱通过热水管路连接，位于热水循环回路中；水侧子系统还包括所述空调侧换热器、空调水泵，所述空调侧换热器、空调水泵通过空调水管路连接，位于空调水循环回路中；水侧子系统还包括第一连通管路、第二连通管路，第一连通管路连接空调水管路的进口侧与热水箱的出口侧，第二连通管路连接空调水管路的出口侧与热水箱的入口侧；置于空调水管路与第一连通管路或者第二连通管路的连接处的三通阀。
文档编号F25B41/04GK102840714SQ201210307620
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者周锦生, 杜玉清 申请人:特灵空调系统(中国)有限公司