一种模块式风冷热泵机组的风换热器结构及其控制方法与流程

本发明涉及空调制冷技术领域，特别是模块式风冷热泵机组的风换热器结构及其控制方法。

背景技术：

模块式风冷热泵机组以其清洁高效，安装使用方便，负荷范围广等优点一直在写字楼、宾馆、餐厅、医院等中小型建筑的空调主机市场占据较大的份额。根据风换热器结构形式的不同，模块式风冷热泵机组可分为V型，U型等机型。

现有技术中，如图1所示，V型模块式风冷热泵机组一般采用两套相同且独立的子系统构成。每个子系统包含各自的压缩机、膨胀阀、风冷换热器、水冷换热器等部件。每个子系统可独立运行，特别当负荷较小时，单系统工作可以降低压缩机的启停频次，延长其运行寿命，同时减小水温波动幅度，提高末端舒适性。然而由于V型模块式风冷热泵机组的风机（通常有两台风机）由两套子系统共用，单系统运行时，风机需全开。因此单系统运行时，制冷（热）量和压缩机功率减半，而风机功率保持不变，系统的能效系数(COP)小于双系统运行。同时由于另一套子系统不运行，其风冷换热器处于闲置状态，造成了资源浪费。

由于建筑负荷随着外温和室内热源的变化在全年大范围变化，加之空调系统设计时的安全余量，实际上大部分时间空调系统均处于部分负荷运行状态，导致模块式风冷热泵机组在单系统运行的时间较多。从而造成风冷换热器不能充分利用，运行能效无法提高。特别对于采用了多组模块式风冷热泵机组并联运行的系统，这种资源和能源的浪费现象更为严重。此外，多组模块机并联运行时，在部分负荷下，某些模块关闭，但水路不关断，出现了旁通现象，造成冷热混合损失，进一步限制了部分负荷下系统整体运行能效的提高。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种模块式风冷热泵机组的风换热器结构及其控制方法。它可以在部分负荷时，将模块式风冷热泵机组中原本闲置的风换热器面积加以利用，从而提高模块式风冷热泵机组系统的运行能效，降低运行能耗。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种模块式风冷热泵机组的风换热器结构，每组模块式风冷热泵机组采用两套子系统构成，分别为子系统一和子系统二，各组模块式风冷热泵机组之间并联连接。其结构特点是，每组模块式风冷热泵机组包括子系统一的换热器a和子系统二的换热器b。换热器a中，分别与集管一和集管二连接的两路冷媒流道间隔布置，换热器b中，分别与集管三和集管四连接的两路冷媒流道间隔布置。集管一和集管三的底部通过三通一连接，集管二和集管四的底部通过三通二连接。换热器a中与集管一相通的冷媒流道通过多个分液管一连接到子系统一的分液头一，换热器b中与集管三相通的冷媒流道通过多个分液管一连接到子系统一的分液头一。换热器a中与集管二相通的冷媒流道通过多个分液管二连接到子系统二的分液头二，换热器b中与集管四相通的冷媒流道通过多个分液管二连接到子系统二的分液头二。

如上所述模块式风冷热泵机组的风换热器结构的控制方法，其方法步骤为：多组模块式风冷热泵机组联合运行时，假设为n台机组，每台机组均有子系统一和子系统二两个系统；1）当负荷从0逐渐增大时，依次开启每台机组中的任一套系统，直到n台机组均为单系统运行，此时若还不满足负荷要求，则再逐渐开启n台模块中剩余的另一套系统，直到n台模块均为双系统运行。2）当负荷从满负荷逐渐减小时，依次关闭n个模块的任一套系统，直到n台模块均为单系统运行，此时若还不满足负荷要求，则再逐渐关闭n台模块中剩余的另一套系统，直到n台模块均关闭。

本发明由于采用了上述结构和控制方法，在双子系统同时运行时与同类型常规模块式风冷热泵机组性能保持相同。而在单子系统运行时，空气侧的换热面积仍保持与双子系统运行时相同，相比常规系统，空气侧的换热面积增大一倍。因此，本发明单子系统运行时的制冷、制热量以及能效系数均大大提高。本发明多组模块式风冷热泵机组并联运行时，能够在部分负荷时充分利用每组模块式风冷热泵机组单系统运行能效比高的特点，减少闲置换热面积，提高整个系统的运行能效，降低能耗。同时，在部分负荷下，可减小因水路旁通导致的冷热混合损失，从而在制冷工况下提高机组出水温度，制热工况降低机组出水温度，进一步提高机组运行能效。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中V型模块式风冷热泵机组结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明实施例中的系统结构示意图；

图4为实施例中现有技术的换热情况图；

图5为实施例中本发明应用的换热情况图；

图6为本发明多组模块式风冷热泵机组并联运行的连接示意图。

具体实施方式

参看图2，本发明模块式风冷热泵机组的风换热器结构，每组模块式风冷热泵机组采用两套子系统构成，分别为子系统一和子系统二，各组模块式风冷热泵机组之间并联连接。每组模块式风冷热泵机组包括子系统一的换热器a1和子系统二的换热器b2，换热器a1中，分别与集管一3和集管二4连接的两路冷媒流道间隔布置，换热器b2中，分别与集管三5和集管四6连接的两路冷媒流道间隔布置。集管一3和集管三5的底部通过三通一7连接，集管二4和集管四6的底部通过三通二8连接。换热器a1中与集管一3相通的冷媒流道通过多个分液管一9连接到子系统一的分液头一10，换热器b2中与集管三5相通的冷媒流道通过多个分液管一9连接到分液头一10。换热器a1中与集管二4相通的冷媒流道通过多个分液管二11连接到子系统二的分液头二12，换热器b2中与集管四6相通的冷媒流道通过多个分液管二11连接到分液头二12。参看图3，本发明应用在模块式风冷热泵机组时，换热器a1和换热器b2分别与子系统一和子系统二的压缩机、水冷换热器以及膨胀阀相连接。当子系统一和子系统二均开启时，该机组的运行与现有技术中的常规机组相同。当此实施例中只运行一套子系统时，现有技术中的机组只有1片风换热器投入使用，每个传热单元的换热面积如图4所示。而本发明在单系统运行时，假设仅子系统一运行，在制冷状态下，子系统一的冷媒通过三通一7均匀进入集管一3和集管三5，同时在换热器a1和换热器b2中冷凝；在制热状态下，冷媒通过分液头一10和分液管一9，均匀进入换热器a1和换热器b2蒸发。同时子系统一和子系统二的冷媒流道间隔布置。因此子系统一除了自身的换热面积之外，还可使用相邻的子系统二闲置的换热面积，每个传热单元的换热面积比现有技术机组增大一倍，如图5所示。若子系统二单独运行，也是相同的结论。因此基于本发明的风换热器结构，模块机单系统运行时，风换热器面积是常规模块机的一倍，机组的性能参数大大提高。

参看图6，多组模块式风冷热泵机组联合运行时，假设为n台机组，每台机组均有子系统一和子系统二两个系统。现有技术的控制方法如下：当负荷从0逐渐增大时，依次开启每个模块，其中同一个模块中的两套系统开启顺序相邻，例如开启顺序如下：模块1子系统一，模块1子系统二，模块2子系统一，模块2子系统二，……，模块n子系统一，模块n子系统二；当负荷从满负荷逐渐减小时，依次关闭各个模块，其中同一个模块中的两套系统关闭顺序相邻，例如关闭顺序如下：模块1子系统一，模块1子系统二，模块2子系统一，模块2子系统二，……，模块n子系统一，模块n子系统二。假设每台模块的双系统运行能效系数为x，单系统运行的能效系数为y，由于机组特性，y<x，在这种控制方法下，系统总的能效系数介于y和x之间。

本发明的控制方法如下：当负荷从0逐渐增大时，依次开启每台机组中的任一套系统，直到n台机组均为单系统运行，此时若还不满足负荷要求，则再逐渐开启n台模块中剩余的另一套系统，直到n台模块均为双系统运行。例如开启顺序如下：模块1子系统一，模块2子系统一，……模块n子系统一，模块1子系统二，模块2子系统二，……模块n子系统二。当负荷从满负荷逐渐减小时，依次关闭n个模块的任一套系统，直到n台模块均为单系统运行，此时若还不满足负荷要求，则再逐渐关闭n台模块中剩余的另一套系统，直到n台模块均关闭。例如关闭顺序如下：模块1子系统一，模块2子系统一，……模块n子系统一，模块1子系统二，模块2子系统二，……模块n子系统二。由于双系统运行时，本发明机组与常规系统相同，能效系数为x，而由于单系统运行的风换热器面积加倍，其能效系数为z，且z>x。这种控制方法能够在部分负荷下，尽可能保持总系统以高能效运行。在负荷增大时，系统先让每台模块的一套子系统开启，能效系数保持在z，直到n台模块均为单系统运行时，能效系数还保持在z，高于现有技术。随着负荷进一步提高，n台模块余下的另一套系统相继开启，模块逐渐从单系统运行切换至双系统同时运行，总能效系数逐渐从z下降，但仍高于x，直到所有模块均为双系统运行，能效系数变为x。当负荷从满负荷减小时，也是相同的原理。因此，采用本发明的风换热器结构和控制方法，可以充分利用部分负荷时闲置的风换热器面积，提高模块机单系统运行的能效，从而提高总系统运行的能效系数，让多台模块机并联的总系统的能效系数介于x和z之间，高于现有技术。

另外一方面，传统控制方法在部分负荷下模块机虽不全开，但关闭机组的水路无法关断，处于旁通模式，其出水温度与回水温度相同。与运行机组制取的水冷热混合，造成了能量损失。具体表现在，为了达到一定的总出水温度，由于关闭机组的旁通冷热混合，在制冷工况下，运行机组的出水温度需低于该温度，制热工况下，运行机组的出水温度需高于该温度。因此实际运行机组的能效系数无法提高，负荷率越低时，关闭的机组越多，旁通现象越严重，能量损失越高。但本发明提出的控制方法在部分负荷下能够尽快将所有模块开启，减小旁通现象的发生，使得机组的出水温度尽可能与系统总出水温度接近甚至相同，在制冷工况提高出水温度，制热工况降低出水温度，从而进一步提高每个模块的运行能效。以下以制冷工况举例说明：假设负荷率为0.5，系统即只需开启一半机组，回水温度12℃，总出水温度设定于10℃。对于常规系统，n/2台模块关闭，水路处于旁通状态，出水温度与回水温度相同为12℃，因此其余运行的n/2台模块的出水温度需达到8℃，才能让总出水温度达到10℃。而采用本发明的控制方法时，n台模块均开启，处于单系统运行状态，水路不出现旁通的冷热混合现象，n台模块的出水温度相同，均为10℃。由于出水温度的提高，机组进一步提高了运行能效，节能效果进一步增大。