CN113639493B - 低温空气源热泵***的模块控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温空气源热泵***的模块控制方法，属于低温空气源热泵技术领域，为解决现有机组频繁启停导致压缩机故障等问题而设计。本发明低温空气源热泵***的模块控制方法，在加载阶段、保持阶段、卸载阶段以及急停阶段中，低温空气源热泵机组的启动和加载各自独立控制，启动回差Tdt的数值与加载回差Tld的数值不关联，至少在加载阶段中对加载回差Tld进行修正。本发明低温空气源热泵***的模块控制方法能减少机组全部能级的启停次数，使机组更加高效地运行并提升机组的使用寿命，提升机组的运行稳定性及可靠性，压缩机更加节能高效；能扩大加载阶段的范围，从而使机组控制更稳定。
Description
技术领域
本发明涉及低温空气源热泵技术领域，尤其涉及一种低温空气源热泵***的模块控制方法以及执行该模块控制方法的低温空气源热泵***。
背景技术
因为在功能以及工作原理上有相似之处，现有低温空气源热泵的模块化控制主要采用了常温空调模块机的控制方式及技术路线。
但低温空气源热泵以采暖为主，使用环境的跨度大，环境温度的变化极大以至于影响了机组的制热容量；而常规空调模块机以制冷为主，使用环境跨度小，且环温变化的主要影响为机组的能效比，制冷量的变化较小，所以现有低温空气源热泵的模块化控制存在较大的缺陷。
具体的，现有低温空气源热泵的模块化控制中，启动回差与加载回差为同一个参数点，即启动回差＝加载回差。当此参数设置比较大(例如5℃)时，机组设定45℃，机组初始开启一台机组，机组水温即进入保持区(例如41℃)，且不再加载，机组运行要求远达不到设计需求。当机组设定参数比较小(例如2℃)时，经常会出现“加载一个能量级后机组需要卸载，卸载之后又需要加载”的情况，即部分机组则出现频繁启停状态，从而引发压缩机积液导致液击故障，影响机组运行节能效果及使用寿命；另外，机组开机时间过短会导致***循环没有完全建立，压缩机不断带液运行，累计到一定程度则机组直接故障，无法开机。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种低温空气源热泵***的模块控制方法，运行平稳，解决了现有技术中机组频繁启停的问题。
本发明的另一个目的在于提出一种运行平稳的低温空气源热泵***。
为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：
一种低温空气源热泵***的模块控制方法，在加载阶段、保持阶段、卸载阶段以及急停阶段中，低温空气源热泵机组的启动和加载各自独立控制，启动回差Tdt的数值与加载回差Tld的数值不关联，至少在所述加载阶段中对所述加载回差Tld进行修正。
特别是，在所述低温空气源热泵***加载一个能级后开始计时，当接收到进入所述卸载阶段指令时的计时时长小于第一设定时间Tzf时，对所述加载回差Tld进行修正，修正后的加载回差Tld2＝(Tzf+1)×Tld/Time1，其中，Time1为计时后实际运行时长。
特别是，所述第一设定时间Tzf∈[18分钟，22分钟]。
特别是，所述模块控制方法还包括第二设定时间Tzs，Tzs＞Tzf，当所述低温空气源热泵***加载一个能级后的计时超过所述第二设定时间Tzs则不再对所述加载回差Tld进行修正。
特别是，所述第二设定时间Tzs∈[23分钟，27分钟]。
特别是，测量得到***回水温度Tin，设定目标温度Tset和制热回差Tdt，令ΔT＝Tset-Tin，令﹣ΔT＝Tin﹣Tset；当ΔT＞Tdt时，所述低温空气源热泵***启动，初始开机时压缩机的数量Nneed＝ΔT×Cmax/Tmax，其中，Cmax为所述低温空气源热泵***中压缩机的总数，Tmax为需要所述压缩机全开时所述目标温度Tset与所述回水温度Tin的差值。
特别是，当ΔT＞Tld时进入所述加载阶段，ΔT≤Tld时进入所述保持阶段；Tuld为卸载回差，当﹣ΔT＜Tuld时进入所述卸载阶段，当﹣ΔT≥Tuld时进入所述急停阶段。
特别是，当Tmax＞Tdt时，初始开机时所述压缩机的预开数量比例为Tdt/Tmax；当Tmax＜Tdt时，初始开机时全部所述压缩机均开启。
特别是，当所述模块控制方法处于所述加载阶段时，每隔一个能量控制周期加载一个能量级，直到全部能量都加载完成为止；当所述模块控制方法处于所述保持阶段时，保持当前的能量级；当所述模块控制方法处于所述卸载阶段时，每隔一个能量控制周期卸载一个能量级，直到全部所述能量都卸载完成为止；当所述模块控制方法处于所述急停阶段时，每隔预设时间卸载一个能量级。
另一方面，本发明采用以下技术方案：
一种低温空气源热泵***，包括室内机以及至少两台低温空气源热泵，至少两台所述低温空气源热泵其中之一作为主机，其余所述低温空气源热泵作为从机，所述主机上设置有控制器，所述控制器分别通讯连接至全部所述从机，所述低温空气源热泵***执行上述的低温空气源热泵***的模块控制方法。
本发明低温空气源热泵***的模块控制方法通过分离机组的启动回差与加载回差令机组启动和加载各自独立控制，能减少机组全部能级的启停次数，使机组更加高效地运行并提升机组的使用寿命，解决了保持阶段与目标温度温差过大的问题，提升机组的运行稳定性及可靠性，压缩机更加节能高效，用户体验好；能扩大加载阶段的范围，从而使机组控制更稳定。另外，通过对加载回差Tld进行修正，令机组在应对环境温度变化或末端热负荷需求的变化时，能更节能，运行更可靠，进一步减少对机组寿命的影响及***故障。
本发明低温空气源热泵***执行上述的低温空气源热泵***的模块控制方法，能解决现有技术中机组频繁启停令压缩机积液从而导致液击故障的问题，能扩大加载阶段的范围，提升机组的运行稳定性及可靠性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的低温空气源热泵***的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的低温空气源热泵***的模块控制方法所经历的四个阶段；
图3是本发明具体实施方式提供的低温空气源热泵***的模块控制方法的步骤。
图中：
100、室内机；201、主机；202、从机；300、控制器；400、水泵；501、出水温度检测器；502、回水温度检测器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
本实施方式提供一种低温空气源热泵***及其模块控制方法。如图1所示，该低温空气源热泵***包括室内机100、至少两台低温空气源热泵以及控制器300。至少两台低温空气源热泵其中之一作为主机201，其余低温空气源热泵作为从机202。控制器300设置在主机上且分别通讯连接至全部从机202，用于控制全部低温空气源热泵的运行。
全部低温空气源热泵并联，在总出水管路上设置有水泵400，用于提高水流速度。在总出水管路上还设置有出水温度检测器501，用于测量总出水管路中的水温；在总回水管路上设置有回水温度检测器502，用于测量总回水管路中的水温。
当环境温度发生变化时，建筑需求的热负荷以及机组产生的制热量均在发生变化。具体的，当环境温度下降时，建筑的热负荷需求增加，机组的制热量减少，此时机组加载直到最大。因为加载以及卸载运行时间长，所以此时机组的启停次数少，对机组没有影响。
当环境温度上升时，建筑的热负荷减少，机组制热量增大，单台机组对整个***的调节占比增加。一旦所设定的制热回差或加载回差较小，容易出现加载一个能量级后机组需要卸载、卸载之后又需要加载的状况，导致机组需要频繁启停，影响配管的使用寿命和可靠性，机组初始状态越来越差，能耗急剧上升；而且，低温空气源热泵机组的开机时间过短，导致***循环没有完全建立，压缩机不断带液运行，累计到一定程度则机组直接故障，无法开机。
为了解决上述问题，如图2和图3所示，该低温空气源热泵***所执行的模块控制方法为：在加载阶段、保持阶段、卸载阶段以及急停阶段中，低温空气源热泵机组的启动和加载各自独立控制，启动回差Tdt的数值与加载回差Tld的数值不关联，至少在加载阶段中对加载回差Tld进行修正。此处的“不关联”是指启动回差Tdt的数值与加载回差Tld的数值不再要求相等，即使某次应用中最终所得结果是启动回差Tdt的数值等于加载回差Tld的数值，这也是偶然事件，与现有技术中直接将启动回差Tdt的数值设定等于加载回差Tld的数值的方法是不同的。
该模块控制方法通过分离机组的启动回差与加载回差令机组启动和加载各自独立控制，能减少机组全部能级的启停次数，使机组更加高效地运行并提升机组的使用寿命，解决了保持阶段与目标温度温差过大的问题，提升机组的运行稳定性及可靠性，压缩机更加节能高效，用户体验好；能扩大加载阶段的范围，从而使机组控制更稳定。另外，通过对加载回差Tld进行修正，令机组在应对环境温度变化或末端热负荷需求的变化时，能更节能，运行更可靠，进一步减少对机组寿命的影响及***故障。
对加载回差Tld进行修正的具体方法不限，能根据环境温度变化或末端热负荷需求的变化而修正加载回差Tld即可。在本实施中，该方法优选为在低温空气源热泵***加载一个能级后开始计时，当接收到进入卸载阶段指令时的计时时长小于第一设定时间Tzf时，对加载回差Tld进行修正，修正后的加载回差Tld2＝(Tzf+1)×Tld/Time1，其中，Time1为计时后实际运行时长，Tzf+1确保机组修正余量。
将第一设定时间Tzf作为参数来对加载回差Tld进行修正，能减少机组的启停次数，确保压缩机每次运行都能达到稳定阶段，从而形成良性循环，减少机组的故障率，提升机组的运行稳定性，提升机组的寿命。而且启停的只是个别压缩机，当环境温度及房间负荷发生变化时单台机组的调节比例会增大，在不影响正常使用到的情况下避免压缩机频繁启停，延长压缩机的使用寿命。
低温空气源热泵机组稳定运行通常需要三个阶段：初始阶段，大约持续3分钟左右，此阶段中电子膨胀阀的开度较大，保护电机马达不被损坏，确保机组能够正常启动；调节阶段，持续时长大约7-10分钟，通过机组对过热度的实时反馈进行PID调节；然后机组进行稳定阶段。一旦机组没有进入稳定阶段就停机，会对下一次的启动带来恶劣影响，特别是比较频繁的启停状态下，机组***陷入恶性循环。
为了解决上述问题，第一设定时间Tzf∈[18分钟，22分钟]，优选为19分钟、20分钟和21分钟，图3中判断Time1是否＜Tzf时，将Tzf直接写为20分钟。确保低温空气源热泵***能达到稳定状态，减少启停次数，避免对下一次的启动造成负面影响。
在上述内容的基础上，模块控制方法还包括第二设定时间Tzs，Tzs＞Tzf。当低温空气源热泵***加载一个能级后的计时超过第二设定时间Tzs则不再对加载回差Tld进行修正。其中，第二设定时间Tzs∈[23分钟，27分钟]，优选为24分钟、25分钟和26分钟。
在上述内容的基础上，可以进行初始开机时压缩机数量的计算。具体的，测量得到***回水温度Tin，设定目标温度Tset和制热回差Tdt的具体数值，令ΔT＝Tset-Tin，令﹣ΔT＝Tin﹣Tset。当ΔT＞Tdt时，低温空气源热泵***启动，初始开机时压缩机的数量Nneed＝ΔT×Cmax/Tmax，其中，Cmax为低温空气源热泵***中压缩机的总数，Tmax为需要压缩机全开时目标温度Tset与回水温度Tin的差值。其中Tset、Tdt和Tmax为设定参数值，Tin和Cmax为检测值，具体的，Cmax为联机调试确认受自动检测数量。根据ΔT、Cmax和Tmax来确定初始开机时所需压缩机的数量，能有效避免因传感器检测精度以及反馈延迟导致机组迅速超过设定目标而急停的情况，进一步解决了机组频繁启停的问题。在机组开启完毕后，根据进入正常温度的反馈来确定是否需要加载，以及是否进入保持阶段、卸载阶段或急停阶段。
当Tmax＞Tdt时，初始开机时压缩机的预开数量比例为Tdt/Tmax，或者百分比为Tdt/Tmax×100％。通过调节Tmax和Tdt这两个参数可决定进组投入使用的压缩机数量。即下达开机命令后，低温空气源热泵机组有序地先启动一部分压缩机，然后过完初始阶段，再根据需求进行加载或者减载动作。当Tmax＜Tdt时，初始开机时全部压缩机均开启，因为该方案容易导致机组频繁启停，所以不推荐该方案。
开机后，机组会经历加载阶段、保持阶段、卸载阶段以及急停阶段。Tld为加载回差，当ΔT＞Tld时进入加载阶段，ΔT≤Tld时进入保持阶段。Tuld为卸载回差，当﹣ΔT＜Tuld时进入卸载阶段，当﹣ΔT≥Tuld时进入急停阶段。
当模块控制方法处于加载阶段时，每隔一个能量控制周期加载一个能量级(压缩机无级运行的一个参数，表征热泵的制热量或者功率等级)，直到全部能量都加载完成为止；当模块控制方法处于保持阶段时，保持当前的能量级，不动作；当模块控制方法处于卸载阶段时，每隔一个能量控制周期卸载一个能量级，直到全部能量都卸载完成为止；当模块控制方法处于急停阶段时，每隔预设时间(例如每隔1秒)卸载一个能量级。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种低温空气源热泵***的模块控制方法，其特征在于，在加载阶段、保持阶段、卸载阶段以及急停阶段中，低温空气源热泵机组的启动和加载各自独立控制，启动回差Tdt的数值与加载回差Tld的数值不关联，至少在所述加载阶段中对所述加载回差Tld进行修正；
在所述低温空气源热泵***加载一个能级后开始计时，当接收到进入所述卸载阶段指令时的计时时长小于第一设定时间Tzf时，对所述加载回差Tld进行修正，修正后的加载回差Tld2＝(Tzf+1)×Tld/Time1，其中，Time1为计时后实际运行时长。
2.根据权利要求1所述的低温空气源热泵***的模块控制方法，其特征在于，所述第一设定时间Tzf∈[18分钟，22分钟]。
3.根据权利要求1所述的低温空气源热泵***的模块控制方法，其特征在于，所述模块控制方法还包括第二设定时间Tzs，Tzs＞Tzf，当所述低温空气源热泵***加载一个能级后的计时超过所述第二设定时间Tzs则不再对所述加载回差Tld进行修正。
4.根据权利要求3所述的低温空气源热泵***的模块控制方法，其特征在于，所述第二设定时间Tzs∈[23分钟，27分钟]。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的低温空气源热泵***的模块控制方法，其特征在于，测量得到***回水温度Tin，设定目标温度Tset和制热回差Tdt，令ΔT＝Tset-Tin，令﹣ΔT＝Tin﹣Tset；当ΔT＞Tdt时，所述低温空气源热泵***启动，初始开机时压缩机的数量Nneed＝ΔT×Cmax/Tmax，其中，Cmax为所述低温空气源热泵***中压缩机的总数，Tmax为需要所述压缩机全开时所述目标温度Tset与所述回水温度Tin的差值。
6.根据权利要求5所述的低温空气源热泵***的模块控制方法，其特征在于，当ΔT＞Tld时进入所述加载阶段，ΔT≤Tld时进入所述保持阶段；Tuld为卸载回差，当﹣ΔT＜Tuld时进入所述卸载阶段，当﹣ΔT≥Tuld时进入所述急停阶段。
7.根据权利要求5所述的低温空气源热泵***的模块控制方法，其特征在于，当Tmax＞Tdt时，初始开机时所述压缩机的预开数量比例为Tdt/Tmax；当Tmax＜Tdt时，初始开机时全部所述压缩机均开启。
8.根据权利要求5所述的低温空气源热泵***的模块控制方法，其特征在于，当所述模块控制方法处于所述加载阶段时，每隔一个能量控制周期加载一个能量级，直到全部能量都加载完成为止；
当所述模块控制方法处于所述保持阶段时，保持当前的能量级；
当所述模块控制方法处于所述卸载阶段时，每隔一个能量控制周期卸载一个能量级，直到全部所述能量都卸载完成为止；
当所述模块控制方法处于所述急停阶段时，每隔预设时间卸载一个能量级。
9.一种低温空气源热泵***，其特征在于，包括室内机(100)以及至少两台低温空气源热泵，至少两台所述低温空气源热泵其中之一作为主机(201)，其余所述低温空气源热泵作为从机(202)，所述主机上设置有控制器(300)，所述控制器(300)分别通讯连接至全部所述从机(202)，所述低温空气源热泵***执行如权利要求1至8中任一项所述的低温空气源热泵***的模块控制方法。
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Denomination of invention: Module Control Method for Low Temperature Air Source Heat Pump System Granted publication date: 20230414 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Guangzhou Zengcheng Sub-branch Pledgor: Guangdong Newente New Energy Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980016380 |