一种采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵及控制方法，包括连接在制冷循环管路中的带可变内容积比控制的变频压缩机、蒸发式冷凝器、空调水侧换热器、翅片式换热器、第一节流阀、第二节流阀、储液器、电磁阀、第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第一单向阀、第二单向阀、四通阀、吸气压力(Ps)传感器、排气压力(Pd)传感器、出水温度(Two)传感器、进水温度(Twi)传感器、干燥过滤器、控制器、变频器等部件；本发明专利技术通过变频变内容积比压缩机的设置，提高了蒸发冷空气源热泵在部分负荷下压缩机的运行效率，同时通过采用蒸发式冷凝技术，有效将冷凝温度降低，与常规空调主机相比，节能优势明显，且系统流程简单，可靠性高。可靠性高。可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵及控制方法


[0001]本专利技术涉及空调及工业冷却
，尤其是一种采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵及控制方法。

技术介绍

[0002]目前市场上的蒸发冷空气源热泵机组普遍采用定频螺杆压缩机，但空调系统99%时间是在部分负荷状态下运行的。蒸发冷空气源热泵机组处于部分负荷状态时，定频螺杆压缩机通常通过改变容调滑阀的位置来进行有限的输气量调节，螺杆转子与容调滑阀的间隙较大；同时，在低负荷下运行时螺杆压缩机有效密封齿数减少，无效压缩的功耗增加，从而导致压缩机的等熵效率和容积效率降低，运行效率较低。
[0003]常规定频压缩机启动电流大，故对电网的冲击较大，尤其在负荷70%以下运行时变频电机效率较低，故综合部分负荷制冷能效较低。
[0004]常规螺杆压缩机的内容积比是不可调整的，假设忽略螺杆压缩机内部低压侧和高压侧的气流阻力，压缩过程的内容积比(Vi）与压缩机的压缩比(Pr)之间则存在以下理论计算模型：Pr =VinPr =Pdp/PsVi=Vs / VdpPdp: 压缩结束开始排气时压缩腔压力Ps: 压缩机吸气压力（即系统低压）Vs :吸气结束开始压缩时压缩腔容积Vdp :压缩结束开始排气时压缩腔容积n: 多变指数，与制冷剂有关，为常数由上述公式可知，在吸气压力(Ps)和内容积比(Vi)固定情况下，当压缩机完成压缩过程，压缩腔与排气口连通而开始排气时：1.若压缩腔压力Pdp大于排气压力（即系统高压，Pd），压缩腔内高压气体将突然膨胀至Pd，产生过压缩现象，浪费了多余压缩功，2.若压缩腔压力Pdp小于排气压力Pd，压缩腔内气体瞬间被强制等容压缩至Pd后排至排气口，将产生欠压缩现象，与从Ps正常压缩至Pd的气体压缩过程相比，压缩功耗同样也需增加。
[0005]由上述分析可知，压缩结束开始排气时若压缩腔压力Pdp与排气压力Pd完全相同，则既无过压缩现象也无欠压缩现象，压缩效率最高，此时压缩机的压缩比(Pdp/Ps)与系统高低压比(Pd/Ps)相等。
[0006]蒸发冷空气源热泵运行时夏季制冷模式时采用蒸发冷凝方式对冷媒蒸气进行冷却，冷凝效果好，冷凝温度低，一般冷凝温度为36~38℃；冬季制热模式时利用空调水对冷媒
蒸气进行冷却，同时把热量传递给空调水，由于空调水水温为45℃左右，因此蒸发冷空气源热泵制热冷凝温度为50-52℃左右，二种模式对应的压缩比差异较大：同时受冷凝侧的室外气温或空调水温、蒸发侧的冷冻水温与空气温度、空调负荷、压缩机容量等运行条件的影响，蒸发冷空气源热泵运行时蒸发压力、冷凝压力变化很大，系统高低比(Pd//Ps)实际上是在很大范围内变化的，故所需的最佳压缩比及对应的目标内容积比也需同步进行调整。
[0007]而常规蒸发冷空气源热泵使用的压缩机内容积比是固定的，因此蒸发冷空气源热泵在实际运行中，处于不同的运行模式及不同的工况时，压缩机绝大部分时间都处于过压缩或欠压缩状态，导致压缩机实际运行能耗较大，能效较低。
[0008]综上所述，采用变频技术提高蒸发冷空气源热泵在部分负荷下压缩机的运行效率和整机制冷、制热能效，同时，采用可变内容积比技术，解决不同模式、不同室外气温及空调水温工况条件下，压缩机在较大压缩比范围、变工况运行时的过压缩或欠压缩缺陷，提高蒸发冷空气源热泵机组制冷及制热能效，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术为了克服现有技术的不足，提供一种的采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵及控制方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵及控制方法，包括连接在制冷循环管路中的带可变内容积比控制的变频压缩机、蒸发式冷凝器、空调水侧换热器、翅片式换热器、第一节流阀、第二节流阀、储液器、电磁阀、第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第一单向阀、第二单向阀、四通阀、吸气压力(Ps)传感器、排气压力(Pd)传感器、出水温度(Two)传感器、进水温度(Twi)传感器、干燥过滤器、控制器、变频器等部件；机组处于制冷模式时，所述带可变内容积比控制的变频压缩机排出的高温高压气体进入蒸发式冷凝器将热量排放给室外空气和循环水后冷凝为高压液体，之后经第二节流阀节流为低温低压气液混合制冷剂，再经空调水侧换热器吸收空调冷冻水热量将其进行降温冷却后蒸发为低压气体，之后经四通阀直接回到压缩机；机组处于制热模式时，所述带可变内容积比控制的变频压缩机排出的高温高压气体进入空调水侧换热器将热量排放给空调热水对其进行升温加热后冷凝为高压液体，之后经第一节流阀节流为低温低压气液混合制冷剂，再经翅片换热器从室外空气取热后蒸发为低压气体，最终经四通阀回到压缩机。
[0011]机组夏季制冷采用蒸发式冷凝技术，冷凝温度较常规水冷机组可降低4～5℃左右，较常规风冷机组可降低15℃左右。同为热泵型冷热水机组，该机组的制冷能效较风冷热泵机组可提高60%左右，节能优势明显，且系统循环流程简单，可靠性高，调节性好；通过变频变内容积比压缩机的设置，提高了蒸发冷空气源热泵在部分负荷下压缩机的运行效率。
[0012]进一步的，带可变内容积比控制的变频压缩机高压排气口通过第二电动阀、四通阀的高压接口d、接口a连接翅片换热器,同时压缩机高压排气口又通过第二电动阀、四通阀的高压接口d、接口c连接空调水侧换热器的气侧接口，通过第一电动阀连接蒸发式冷凝器的气侧接口。
[0013]机组通过对第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀及电磁阀的通断电状态控制，可
实现制冷、制热两种功能及运行模式之间的切换；通过电动阀及电磁阀的设置，使得制冷、制热两种功能之间的切换更加方便，切换过程更加迅速，减少了内部器械的工作负担，延长了使用寿命，减少了维护成本。
[0014]进一步的，机组控制器通过检测进水温度(Twi)、出水温度(Two)实际值与目标值的偏差，及进水温度(Twi)、出水温度(Two)的变化速率来智能计算空调负荷，进而采用变频器来调节变频螺杆压缩机的运行频率和转速，从而来调节机组制冷量或制热量。本专利技术在机组运行中，当客户需求制冷量或制热量发生变化时，机组控制器可实时通过检测进水温度(Twi)、出水温度(Two)与目标值的偏差，及进水温度(Twi)、出水温度(Two)的变化速率来智能计算空调负荷，进而采用变频器来调节变频螺杆压缩机的运行频率和转速，从而来调节机组制冷量或制热量，完美匹配用户侧空调负荷的需求变化，可有效提高机组的综合部分负荷能效，增加使用者的使用体验，同时施加更为匹配的负荷，有效保证了体验的同时节约了能源，有利于社会发展。
[0015]进一步的，在变频螺杆压缩机内部配置可变内容积比调节装置，机组控制器通过检测机组运行时排气压力(即系统高压Pd)、吸气压力(即系统低压Ps)来计算系统高低压比(Pd/Ps)和压缩机目标压缩比(Pr），再根据压缩比和内容积比之间的理论计算模型计算目标内容积比(Vi），同时根据可变内容积比调节装置的轴向位置反馈信号来计算实际内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵，包括连接在制冷循环管路中的变频压缩机（1）、蒸发式冷凝器（2）、空调水侧换热器（3）、翅片式换热器（4）、第一节流阀（5）、第二节流阀（7）、储液器（6）、电磁阀（8）、第一电动阀（9）、第二电动阀（10）、第三电动阀（13）、第一单向阀（11）、第二单向阀（12）、四通阀（14）、吸气压力(Ps)传感器（15）、排气压力(Pd)传感器（16）、出水温度(Two)传感器（17）、进水温度(Twi)传感器（18）、干燥过滤器（19）、控制器（20）、变频器（21）；其特征在于：机组处于制冷模式时，所述带可变内容积比控制的变频压缩机(1)排出的高温高压气体进入蒸发式冷凝器(2)将热量排放给室外空气和循环水后冷凝为高压液体，之后经第二节流阀（7）节流为低温低压气液混合制冷剂，再经空调水侧换热器（3）吸收空调冷冻水热量将其进行降温冷却后蒸发为低压气体，之后经四通阀（14）直接回到压缩机(1)；机组处于制热模式时，所述带可变内容积比控制的变频压缩机(1)排出的高温高压气体进入空调水侧换热器（3）将热量排放给空调热水对其进行升温加热后冷凝为高压液体，之后经第一节流阀（5）节流为低温低压气液混合制冷剂，再经翅片换热器（4）从室外空气取热后蒸发为低压气体，最终经四通阀（14）回到压缩机(1)。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟达，章立标，唐进军，金成召，孙春霞，梁书成，经武辉，严冬君，
申请(专利权)人：浙江国祥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：