本发明属于空调热泵技术领域，特别涉及一种带回热器的跨临界co2热泵系统的控制方法。
背景技术：
众所周知，cfcs和hcfcs类的人工合成制冷工质是导致全球变暖的主要因素之一，因此寻找并使用高效、绿色环保制冷工质已成为当前国际社会共同关注的问题，迫在眉睫。自然工质co2作为替代工质不仅环保而且性能优良，其跨临界循环所具有的高排气温度和温度滑移非常适合水温加热，让它在热泵热水器应用领域具有其它已知工质无法比拟的优势，但是常规系统节流损失大限制了系统性能的提高。为了加快co2作为制冷工质向实用化产品迈进的步伐，学者们研究了各种方式用以提高系统的循环性能，例如为了降低节流膨胀损失，在系统中增加喷射器；为了降低热流损失在系统中增设回热器等。在系统中增设回热器后，在低压侧，回热器使得进入压缩机的制冷剂蒸气的温度升高，并且由于压降而使制冷剂入口压力降低，二者都增加了制冷剂的比容量，从而降低了质量流量。在高压侧，工质经过回热器后被来自蒸发器出口的制冷剂冷却使得制冷效果增加，提高了加热能力的同时提高了液体制冷剂在到达膨胀装置之前超临界状态出现的可能性。
增设回热器可以提高系统的循环性能，对co2跨临界循环热泵系统有很大的益处。但是是否采用回热器还取决于其他众多因素，例如系统的复杂程度、成本方面等。并且即使单从对系统性能的改善方面考虑，回热器也不总是可以对系统性能有明显的提高，这还取决于具体的工况条件，但是在何种工况下采用回热器至今没有定论。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供了一种跨临界co2热泵系统最优性能下回热器的控制方法，在特定的工况下，通过气体冷却器的出口温度判断是否需要使用回热器，利用旁通阀的转换和开闭，适时将回热器接入系统，以使跨临界co2热泵系统一直工作在最优性能下。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
跨临界co2热泵系统最优性能下回热器的控制方法，所述跨临界co2热泵系统包括：压缩机、气体冷却器、第一旁通阀、回热器、节流阀、蒸发器和第二旁通阀；压缩机的出口连接气体冷却器的入口，气体冷却器的出口连接第一旁通阀的入口，第一旁通阀的第一出口连接回热器的第一入口，旁通阀的第二出口和回热器的第一出口连接节流阀的入口，节流阀的出口连接蒸发器的入口，蒸发器的出口连接第二旁通阀的入口，第二旁通阀的第一出口连接回热器的第二入口，旁通阀的第二出口和回热器的第二出口连接压缩机的入口；
所述控制方法包括：通过控制第一旁通阀和第二旁通阀的接口的开闭，控制回热器是否接入循环系统中；当第一旁通阀的入口和第一出口打开，第二出口关闭，第二旁通阀的入口和第一出口打开，第二出口关闭时，回热器接入系统中；当旁通阀的入口和第二出口打开，第一出口关闭，旁通阀的入口和第二出口打开，第一出口关闭时，制冷剂不经过回热器。
进一步的，环境温度和需要使用回热器的气体冷却器的出口温度的临界值的关系式，如下：
tgas0＝0.125*tenv+32.5(1)
其中：tgas0——需要使用回热器时气体冷却器的出口温度的临界值，单位：℃；
tenv——环境温度值，取值范围为-30℃≤tenv≤30℃，单位：℃。
进一步的，在夏季工况下：
当气体冷却器的出口温度tgas低于tgas0时，不采用回热器；
当气体冷却器的出口温度tgas高于tgas0时，采用回热器；
当气体冷却器的出口温度tgas等于tgas0时，如果压缩机排气压力p低于8.5mpa时，采用回热器；如果压缩机排气压力p高于8.5mpa时，不采用回热器。
进一步的，根据气冷器的出口温度tgas和tgas0的大小关系的不同，经过大量的实验和对实验数据的处理，在各种工况下分别得出压缩机的最优排气压力与气体冷却器的出口温度之间的函数关联式，从而在实际工程中，根据气体冷却器的出口温度，控制压缩机的排气压力达到最优排气压力值，从而获得系统的最优cop；对今后的实验研究中提高系统性能，有十分明确和使用的指导意义；
当气体冷却器的出口温度tgas低于tgas0时，此时压缩机最优排气压力和气体冷却器的出口温度得关联式如下：
p＝0.0032*t*t+0.0702*t+7.1075(2)
其中：p——系统的最优排气压力值，单位为kpa；
t——系统的气体冷却器的出口温度值，单位为℃；
当气体冷却器的出口温度tgas高于tgas0时，此时压缩机最优排气压力和气体冷却器的出口温度得关联式如下：
p＝0.005*t*t+0.1541*t+2.5125(3)
其中：p——系统的最优排气压力值，单位为kpa；
t——系统的气体冷却器的出口温度值，单位为℃；
进一步的，在冬季工况下：
当气体冷却器的出口温度tgas低于tgas0时，不采用回热器；
当气体冷却器的出口温度tgas高于tgas0时，采用回热器；
当气体冷却器的出口温度tgas等于tgas0时，如果压缩机排气压力p低于10mpa时，采用回热器；当压缩机排气压力p高于10mpa时，不采用回热器。
进一步的，
当气体冷却器的出口温度tgas低于tgas0时，此时压缩机最优排气压力和气体冷却器的出口温度得关联式如下:
p＝0.0151*t*t-0.9405*t+23.215(4)
其中：p——系统的最优排气压力值，单位为kpa；
t——系统的气体冷却器的出口温度值，单位为℃；
当气体冷却器的出口温度tgas高于tgas0时，此时压缩机最优排气压力和气体冷却器的出口温度得关联式如下:
p＝-0.007*t*t+0.7325*t-8.2168(5)
其中：p——系统的最优排气压力值，单位为kpa；
t——系统的气体冷却器的出口温度值，单位为℃。
相对于现有技术，本发明据有以下有益效果：
现有技术中，针对常规制冷剂亚临界循环。回热器可以提高系统的循环性能，基本已成为该领域常规的技术手段。针对co2跨临界热泵循环，也有采用回热器提高系统循环性能的相关技术，但这些技术都没有考虑到，在某些特定的工作条件下，跨临界co2循环中，回热器并不能改善系统循环性能，甚至有负面的作用。是否采用回热器还取决于其他众多因素，例如系统的复杂程度、成本方面等。并且即使单从对系统性能的改善方面考虑，回热器也不总是可以对系统性能有明显的提高，这还取决于具体的工况条件，但是在何种工况下采用回热器至今没有定论。
本发明通过大量实验数据的拟合，精确地指出了在何种工况下使用回热器，在何种工况下不需要使用回热器，对以后的研究实验具有十分明确的指导作用。并且，本发明何时使用回热器的指导的基础上，根据实验数据的模拟，给出了不同工况下，气体冷却器的出口温度值与系统的最优压力的关联式，通过该关联式，可以根据具体的实际工况，由气体冷却器的出口温度值，控制压缩机的排气压力达到最优排气压力值，从而使得系统取得最大的cop，同样为以后的实验研究提供了十分使用的方向指导。
附图说明
图1是本发明一种跨临界co2热泵系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参照图1，一种跨临界co2热泵系统，包括：压缩机1、气体冷却器2、旁通阀3、回热器4、节流阀5、蒸发器6和旁通阀7。压缩机1的出口连接气体冷却器2的入口，气体冷却器2的出口连接旁通阀3的a端口，旁通阀3的c端口连通回热器4的第一入口，旁通阀3的b端口和回热器4的第一出口连接节流阀5的入口，节流阀5的出口连接蒸发器6的入口，蒸发器6的出口连接旁通阀7的d端口，旁通阀7的f端口连接回热器4的第二入口，旁通阀7的e端口和回热器4的第二出口连接压缩机1的入口。
一种跨临界co2热泵系统最优性能下回热器的控制方法，包括：通过控制旁通阀3和旁通阀7的接口的开闭，控制回热器4是否接入循环系统中。当旁通阀3的a端和c端打开，b端关闭，旁通阀7的d端和f端打开，e端关闭时，回热器4接入系统中；当旁通阀3的a端和b端打开，c端关闭，旁通阀7的d端和e端打开，f端关闭时，制冷剂不经过回热器4。
本发明在大量的实验和模拟数据的基础上，不断总结成果，不断付出巨大的创造性劳动进行改进，获得环境温度和需要使用回热器4的气体冷却器2的出口温度的临界值的关系式，如下:
tgas0＝0.125*tenv+32.5(1)
其中：tgas0——需要使用回热器4时气体冷却器2的出口温度的临界值，单位：℃；
tenv——环境温度值，取值范围为-30℃≤tenv≤30℃，单位：℃；
在夏季工况下，当气体冷却器2的出口温度tgas低于tgas0时，由于蒸发温度由环境决定，基本保持不变，此时气体冷却器2的出口温度和蒸发器6的出口温度之间的温差较小，回热器4进出口制冷剂的比焓差减小，而且采用回热器4后，压缩机1吸气温度升高，吸气密度下降，制冷剂的质量流量减小，制冷量也下降，不采用回热器4，即此时旁通阀3的a端口和b端口打开，c端口关闭，旁通阀7的d端口和e端口打开，f端口关闭。此时制冷剂在压缩机1中被加压升温后，进入气体冷却器2中被冷却，然后通过旁通阀3后直接进入膨胀阀5中被节流，接着进入蒸发器6中吸收其他工质的热量蒸发，最后通过旁通阀7后直接回到压缩机中。
当气体冷却器2的出口温度tgas高于tgas0时，采用回热器4后，回热器的进出口制冷剂的比焓差增大，回热效果明显，有效的降低了制冷剂进入膨胀阀前的温度，因此对系统的性能提高显著，采用回热器4，即此时旁通阀3的a端口和c端口打开，b端口关闭，旁通阀7的d端口和f端口打开，e端口关闭。此时制冷剂在压缩机1中被加压升温后，进入气体冷却器2中被冷却，然后通过旁通阀3后从c端口出，进入回热器4中被来自蒸发器6的制冷剂再次冷却，而后进入膨胀阀5中被节流，接着进入蒸发器6中吸收其他工质的热量蒸发，然后通过旁通阀7后从f端口出，进入回热器4中被来自气体冷却器2的高温制冷剂再次加热，最后回到压缩机1中。
当气体冷却器2的出口温度tgas等于tgas0时，是否采用回热器4要视压缩机1的排气压力p而定，当排气压力p不高于8.5mpa时，排气压力较低，排气温度也更低，采用回热器使其进行热量交换后制冷剂的进出口焓差较大，效果更显著，压缩机的吸气密度更大，制冷剂的质量流量更大，因此制冷量也更大，采用回热器的效果更好，此时旁通阀3的a端口和c端口打开，b端口关闭，旁通阀7的d端口和f端口打开，e端口关闭。此时制冷剂在压缩机1中被加压升温后，进入气体冷却器2中被冷却，然后通过旁通阀3后从c端口出，进入回热器4中被来自蒸发器6的制冷剂再次冷却，而后进入膨胀阀5中被节流，接着进入蒸发器6中吸收其他工质的热量蒸发，然后通过旁通阀7后从f端口出，进入回热器4中被来自气体冷却器2的高温制冷剂再次加热，最后回到压缩机1中。当排气压力p高于8.5mpa时，因为排气压力越高，压缩机1的进气温度越高，排气压力增大，采用回热器4虽然可以降低制冷剂到达膨胀阀前的温度从而减小回热损失，但也进一步提高了排气温度，最终对系统性能提升的效果十分有限，甚至导致性能有所下降，因此此时不采用回热器4，即此时旁通阀3的a端口和b端口打开，c端口关闭，旁通阀7的d端口和e端口打开，f端口关闭。此时制冷剂在压缩机1中被加压升温后，进入气体冷却器2中被冷却，然后通过旁通阀3后直接进入膨胀阀5中被节流，接着进入蒸发器6中吸收其他工质的热量蒸发，最后通过旁通阀7后直接回到压缩机中。
在冬季工况下，当气体冷却器2的出口温度tgas低于tgas0时，由于蒸发温度由环境决定，基本保持不变，此时气体冷却器2的出口温度和蒸发器6的出口温度之间的温差较小，回热器进出口制冷剂的比焓差减小，而且采用回热器后，压缩机吸气温度升高，吸气密度下降，制冷剂的质量流量减小，制冷量也下降，不采用回热器，即此时旁通阀3的a端口和b端口打开，c端口关闭，旁通阀7的d端口和e端口打开，f端口关闭。此时制冷剂在压缩机1中被加压升温后，进入气体冷却器2中被冷却，然后通过旁通阀3后直接进入膨胀阀5中被节流，接着进入蒸发器6中吸收其他工质的热量蒸发，最后通过旁通阀7后直接回到压缩机中。
当气体冷却器的出口温度tgas高于tgas0时，采用回热器后，回热器的进出口制冷剂的比焓差增大，回热效果明显，有效的降低了制冷剂进入膨胀阀前的温度，因此对系统的性能提高显著，采用回热器，即此时旁通阀3的a端口和c端口打开，b端口关闭，旁通阀7的d端口和f端口打开，e端口关闭。此时制冷剂在压缩机1中被加压升温后，进入气体冷却器2中被冷却，然后通过旁通阀3后从c端口出，进入回热器4中被来自蒸发器6的制冷剂再次冷却，而后进入膨胀阀5中被节流，接着进入蒸发器6中吸收其他工质的热量蒸发，然后通过旁通阀7后从f端口出，进入回热器4中被来自气体冷却器2的高温制冷剂再次加热，最后回到压缩机1中。
当气体冷却器的出口温度tgas等于tgas0时，是否采用回热器要视压缩机1的排气压力p而定，当排气压力p不高于10mpa时，排气压力较低，排气温度也更低，采用回热器使其进行热量交换后制冷剂的进出口焓差较大，效果更显著，压缩机的吸气密度更大，制冷剂的质量流量更大，因此制冷量也更大，采用回热器的效果更好，此时旁通阀3的a端口和c端口打开，b端口关闭，旁通阀7的d端口和f端口打开，e端口关闭。此时制冷剂在压缩机1中被加压升温后，进入气体冷却器2中被冷却，然后通过旁通阀3后从c端口出，进入回热器4中被来自蒸发器6的制冷剂再次冷却，而后进入膨胀阀5中被节流，接着进入蒸发器6中吸收其他工质的热量蒸发，然后通过旁通阀7后从f端口出，进入回热器4中被来自气体冷却器2的高温制冷剂再次加热，最后回到压缩机1中。当排气压力p高于10mpa时，不采用回热器，因为排气压力越高，压缩机的进气温度越高，排气压力增大，采用回热器虽然可以降低制冷剂到达膨胀阀前的温度从而减小回热损失，但也进一步提高了排气温度，最终对系统性能提升的效果十分有限，甚至导致性能有所下降，因此此时不采用回热器，即此时旁通阀3的a端口和b端口打开，c端口关闭，旁通阀7的d端口和e端口打开，f端口关闭。此时制冷剂在压缩机1中被加压升温后，进入气体冷却器2中被冷却，然后通过旁通阀3后直接进入膨胀阀5中被节流，接着进入蒸发器6中吸收其他工质的热量蒸发，最后通过旁通阀7后直接回到压缩机中。
根据是否使用回热器时气体冷却器2的出口温度和系统的最优排气压力，拟合出一个由气体冷却器2出口温度确定最优排气压力的关联式，因此在夏季工况下，当气体冷却器2的出口温度tgas低于tgas0时，由于蒸发温度由环境决定，基本保持不变，此时气体冷却器2的出口温度和蒸发器6的出口温度之间的温差较小，回热器进出口制冷剂的比焓差减小，而且采用回热器后，压缩机吸气温度升高，吸气密度下降，制冷剂的质量流量减小，制冷量也下降，系统不采用回热器时，此时压缩机1的最优排气压力和气体冷却器2的出口温度得关联式如下：
p＝0.0032*t*t-0.0702*t+7.1075(2)
其中：p——系统的最优排气压力值，单位为kpa；
t——系统的气体冷却器的出口温度值，单位为℃；
夏季工况下，当气体冷却器的出口温度tgas高于tgas0时，采用回热器后，回热器的进出口制冷剂的比焓差增大，回热效果明显，有效的降低了制冷剂进入膨胀阀前的温度，因此对系统的性能提高显著，系统采用回热器，此时最优排气压力和气体冷却器的出口温度得关联式如下：
p＝0.005*t*t+0.1541*t+2.5125(3)
其中：p——系统的最优排气压力值，单位为kpa；
t——系统的气体冷却器的出口温度值，单位为℃；
冬季工况下，当气体冷却器的出口温度tgas低于tgas0时，由于蒸发温度由环境决定，，基本保持不变，此时气冷器的出口温度和蒸发器的出口温度之间的温差较小，回热器进出口制冷剂的比焓差减小，而且采用回热器后，压缩机吸气温度升高，吸气密度下降，制冷剂的质量流量减小，制冷量也下降，系统不采用回热器，此时最优排气压力和气体冷却器的出口温度得关联式如下：
p＝0.0151*t*t-0.9405*t+23.215(4)
其中：p——系统的最优排气压力值，单位为kpa；
t——系统的气体冷却器的出口温度值，单位为℃；
冬季工况下，当气体冷却器的出口温度tgas高于tgas0时，采用回热器后，回热器的进出口制冷剂的比焓差增大，回热效果明显，有效的降低了制冷剂进入膨胀阀前的温度，因此对系统的性能提高显著，系统采用回热器，此时最优排气压力和气体冷却器的出口温度得关联式如下:
p＝-0.007*t*t+0.7325*t-8.2168(5)
其中：p——系统的最优排气压力值，单位为kpa；
t——系统的气体冷却器的出口温度值，单位为℃。