本發(fā)明涉及空調(diào)制冷技術(shù)領(lǐng)域，特別是模塊式風(fēng)冷熱泵機組的風(fēng)換熱器結(jié)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)：

模塊式風(fēng)冷熱泵機組以其清潔高效，安裝使用方便，負荷范圍廣等優(yōu)點一直在寫字樓、賓館、餐廳、醫(yī)院等中小型建筑的空調(diào)主機市場占據(jù)較大的份額。根據(jù)風(fēng)換熱器結(jié)構(gòu)形式的不同，模塊式風(fēng)冷熱泵機組可分為V型，U型等機型。

現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1所示，V型模塊式風(fēng)冷熱泵機組一般采用兩套相同且獨立的子系統(tǒng)構(gòu)成。每個子系統(tǒng)包含各自的壓縮機、膨脹閥、風(fēng)冷換熱器、水冷換熱器等部件。每個子系統(tǒng)可獨立運行，特別當負荷較小時，單系統(tǒng)工作可以降低壓縮機的啟停頻次，延長其運行壽命，同時減小水溫波動幅度，提高末端舒適性。然而由于V型模塊式風(fēng)冷熱泵機組的風(fēng)機（通常有兩臺風(fēng)機）由兩套子系統(tǒng)共用，單系統(tǒng)運行時，風(fēng)機需全開。因此單系統(tǒng)運行時，制冷（熱）量和壓縮機功率減半，而風(fēng)機功率保持不變，系統(tǒng)的能效系數(shù)(COP)小于雙系統(tǒng)運行。同時由于另一套子系統(tǒng)不運行，其風(fēng)冷換熱器處于閑置狀態(tài)，造成了資源浪費。

由于建筑負荷隨著外溫和室內(nèi)熱源的變化在全年大范圍變化，加之空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時的安全余量，實際上大部分時間空調(diào)系統(tǒng)均處于部分負荷運行狀態(tài)，導(dǎo)致模塊式風(fēng)冷熱泵機組在單系統(tǒng)運行的時間較多。從而造成風(fēng)冷換熱器不能充分利用，運行能效無法提高。特別對于采用了多組模塊式風(fēng)冷熱泵機組并聯(lián)運行的系統(tǒng)，這種資源和能源的浪費現(xiàn)象更為嚴重。此外，多組模塊機并聯(lián)運行時，在部分負荷下，某些模塊關(guān)閉，但水路不關(guān)斷，出現(xiàn)了旁通現(xiàn)象，造成冷熱混合損失，進一步限制了部分負荷下系統(tǒng)整體運行能效的提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種模塊式風(fēng)冷熱泵機組的風(fēng)換熱器結(jié)構(gòu)及其控制方法。它可以在部分負荷時，將模塊式風(fēng)冷熱泵機組中原本閑置的風(fēng)換熱器面積加以利用，從而提高模塊式風(fēng)冷熱泵機組系統(tǒng)的運行能效，降低運行能耗。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實現(xiàn)：

一種模塊式風(fēng)冷熱泵機組的風(fēng)換熱器結(jié)構(gòu)，每組模塊式風(fēng)冷熱泵機組采用兩套子系統(tǒng)構(gòu)成，分別為子系統(tǒng)一和子系統(tǒng)二，各組模塊式風(fēng)冷熱泵機組之間并聯(lián)連接。其結(jié)構(gòu)特點是，每組模塊式風(fēng)冷熱泵機組包括子系統(tǒng)一的換熱器a和子系統(tǒng)二的換熱器b。換熱器a中，分別與集管一和集管二連接的兩路冷媒流道間隔布置，換熱器b中，分別與集管三和集管四連接的兩路冷媒流道間隔布置。集管一和集管三的底部通過三通一連接，集管二和集管四的底部通過三通二連接。換熱器a中與集管一相通的冷媒流道通過多個分液管一連接到子系統(tǒng)一的分液頭一，換熱器b中與集管三相通的冷媒流道通過多個分液管一連接到子系統(tǒng)一的分液頭一。換熱器a中與集管二相通的冷媒流道通過多個分液管二連接到子系統(tǒng)二的分液頭二，換熱器b中與集管四相通的冷媒流道通過多個分液管二連接到子系統(tǒng)二的分液頭二。

如上所述模塊式風(fēng)冷熱泵機組的風(fēng)換熱器結(jié)構(gòu)的控制方法，其方法步驟為：多組模塊式風(fēng)冷熱泵機組聯(lián)合運行時，假設(shè)為n臺機組，每臺機組均有子系統(tǒng)一和子系統(tǒng)二兩個系統(tǒng)；1）當負荷從0逐漸增大時，依次開啟每臺機組中的任一套系統(tǒng)，直到n臺機組均為單系統(tǒng)運行，此時若還不滿足負荷要求，則再逐漸開啟n臺模塊中剩余的另一套系統(tǒng)，直到n臺模塊均為雙系統(tǒng)運行。2）當負荷從滿負荷逐漸減小時，依次關(guān)閉n個模塊的任一套系統(tǒng)，直到n臺模塊均為單系統(tǒng)運行，此時若還不滿足負荷要求，則再逐漸關(guān)閉n臺模塊中剩余的另一套系統(tǒng)，直到n臺模塊均關(guān)閉。

本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)和控制方法，在雙子系統(tǒng)同時運行時與同類型常規(guī)模塊式風(fēng)冷熱泵機組性能保持相同。而在單子系統(tǒng)運行時，空氣側(cè)的換熱面積仍保持與雙子系統(tǒng)運行時相同，相比常規(guī)系統(tǒng)，空氣側(cè)的換熱面積增大一倍。因此，本發(fā)明單子系統(tǒng)運行時的制冷、制熱量以及能效系數(shù)均大大提高。本發(fā)明多組模塊式風(fēng)冷熱泵機組并聯(lián)運行時，能夠在部分負荷時充分利用每組模塊式風(fēng)冷熱泵機組單系統(tǒng)運行能效比高的特點，減少閑置換熱面積，提高整個系統(tǒng)的運行能效，降低能耗。同時，在部分負荷下，可減小因水路旁通導(dǎo)致的冷熱混合損失，從而在制冷工況下提高機組出水溫度，制熱工況降低機組出水溫度，進一步提高機組運行能效。下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中V型模塊式風(fēng)冷熱泵機組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實施例中現(xiàn)有技術(shù)的換熱情況圖；

圖5為實施例中本發(fā)明應(yīng)用的換熱情況圖；

圖6為本發(fā)明多組模塊式風(fēng)冷熱泵機組并聯(lián)運行的連接示意圖。

具體實施方式

參看圖2，本發(fā)明模塊式風(fēng)冷熱泵機組的風(fēng)換熱器結(jié)構(gòu)，每組模塊式風(fēng)冷熱泵機組采用兩套子系統(tǒng)構(gòu)成，分別為子系統(tǒng)一和子系統(tǒng)二，各組模塊式風(fēng)冷熱泵機組之間并聯(lián)連接。每組模塊式風(fēng)冷熱泵機組包括子系統(tǒng)一的換熱器a1和子系統(tǒng)二的換熱器b2，換熱器a1中，分別與集管一3和集管二4連接的兩路冷媒流道間隔布置，換熱器b2中，分別與集管三5和集管四6連接的兩路冷媒流道間隔布置。集管一3和集管三5的底部通過三通一7連接，集管二4和集管四6的底部通過三通二8連接。換熱器a1中與集管一3相通的冷媒流道通過多個分液管一9連接到子系統(tǒng)一的分液頭一10，換熱器b2中與集管三5相通的冷媒流道通過多個分液管一9連接到分液頭一10。換熱器a1中與集管二4相通的冷媒流道通過多個分液管二11連接到子系統(tǒng)二的分液頭二12，換熱器b2中與集管四6相通的冷媒流道通過多個分液管二11連接到分液頭二12。參看圖3，本發(fā)明應(yīng)用在模塊式風(fēng)冷熱泵機組時，換熱器a1和換熱器b2分別與子系統(tǒng)一和子系統(tǒng)二的壓縮機、水冷換熱器以及膨脹閥相連接。當子系統(tǒng)一和子系統(tǒng)二均開啟時，該機組的運行與現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)機組相同。當此實施例中只運行一套子系統(tǒng)時，現(xiàn)有技術(shù)中的機組只有1片風(fēng)換熱器投入使用，每個傳熱單元的換熱面積如圖4所示。而本發(fā)明在單系統(tǒng)運行時，假設(shè)僅子系統(tǒng)一運行，在制冷狀態(tài)下，子系統(tǒng)一的冷媒通過三通一7均勻進入集管一3和集管三5，同時在換熱器a1和換熱器b2中冷凝；在制熱狀態(tài)下，冷媒通過分液頭一10和分液管一9，均勻進入換熱器a1和換熱器b2蒸發(fā)。同時子系統(tǒng)一和子系統(tǒng)二的冷媒流道間隔布置。因此子系統(tǒng)一除了自身的換熱面積之外，還可使用相鄰的子系統(tǒng)二閑置的換熱面積，每個傳熱單元的換熱面積比現(xiàn)有技術(shù)機組增大一倍，如圖5所示。若子系統(tǒng)二單獨運行，也是相同的結(jié)論。因此基于本發(fā)明的風(fēng)換熱器結(jié)構(gòu)，模塊機單系統(tǒng)運行時，風(fēng)換熱器面積是常規(guī)模塊機的一倍，機組的性能參數(shù)大大提高。

參看圖6，多組模塊式風(fēng)冷熱泵機組聯(lián)合運行時，假設(shè)為n臺機組，每臺機組均有子系統(tǒng)一和子系統(tǒng)二兩個系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)的控制方法如下：當負荷從0逐漸增大時，依次開啟每個模塊，其中同一個模塊中的兩套系統(tǒng)開啟順序相鄰，例如開啟順序如下：模塊1子系統(tǒng)一，模塊1子系統(tǒng)二，模塊2子系統(tǒng)一，模塊2子系統(tǒng)二，……，模塊n子系統(tǒng)一，模塊n子系統(tǒng)二；當負荷從滿負荷逐漸減小時，依次關(guān)閉各個模塊，其中同一個模塊中的兩套系統(tǒng)關(guān)閉順序相鄰，例如關(guān)閉順序如下：模塊1子系統(tǒng)一，模塊1子系統(tǒng)二，模塊2子系統(tǒng)一，模塊2子系統(tǒng)二，……，模塊n子系統(tǒng)一，模塊n子系統(tǒng)二。假設(shè)每臺模塊的雙系統(tǒng)運行能效系數(shù)為x，單系統(tǒng)運行的能效系數(shù)為y，由于機組特性，y<x，在這種控制方法下，系統(tǒng)總的能效系數(shù)介于y和x之間。

本發(fā)明的控制方法如下：當負荷從0逐漸增大時，依次開啟每臺機組中的任一套系統(tǒng)，直到n臺機組均為單系統(tǒng)運行，此時若還不滿足負荷要求，則再逐漸開啟n臺模塊中剩余的另一套系統(tǒng)，直到n臺模塊均為雙系統(tǒng)運行。例如開啟順序如下：模塊1子系統(tǒng)一，模塊2子系統(tǒng)一，……模塊n子系統(tǒng)一，模塊1子系統(tǒng)二，模塊2子系統(tǒng)二，……模塊n子系統(tǒng)二。當負荷從滿負荷逐漸減小時，依次關(guān)閉n個模塊的任一套系統(tǒng)，直到n臺模塊均為單系統(tǒng)運行，此時若還不滿足負荷要求，則再逐漸關(guān)閉n臺模塊中剩余的另一套系統(tǒng)，直到n臺模塊均關(guān)閉。例如關(guān)閉順序如下：模塊1子系統(tǒng)一，模塊2子系統(tǒng)一，……模塊n子系統(tǒng)一，模塊1子系統(tǒng)二，模塊2子系統(tǒng)二，……模塊n子系統(tǒng)二。由于雙系統(tǒng)運行時，本發(fā)明機組與常規(guī)系統(tǒng)相同，能效系數(shù)為x，而由于單系統(tǒng)運行的風(fēng)換熱器面積加倍，其能效系數(shù)為z，且z>x。這種控制方法能夠在部分負荷下，盡可能保持總系統(tǒng)以高能效運行。在負荷增大時，系統(tǒng)先讓每臺模塊的一套子系統(tǒng)開啟，能效系數(shù)保持在z，直到n臺模塊均為單系統(tǒng)運行時，能效系數(shù)還保持在z，高于現(xiàn)有技術(shù)。隨著負荷進一步提高，n臺模塊余下的另一套系統(tǒng)相繼開啟，模塊逐漸從單系統(tǒng)運行切換至雙系統(tǒng)同時運行，總能效系數(shù)逐漸從z下降，但仍高于x，直到所有模塊均為雙系統(tǒng)運行，能效系數(shù)變?yōu)閤。當負荷從滿負荷減小時，也是相同的原理。因此，采用本發(fā)明的風(fēng)換熱器結(jié)構(gòu)和控制方法，可以充分利用部分負荷時閑置的風(fēng)換熱器面積，提高模塊機單系統(tǒng)運行的能效，從而提高總系統(tǒng)運行的能效系數(shù)，讓多臺模塊機并聯(lián)的總系統(tǒng)的能效系數(shù)介于x和z之間，高于現(xiàn)有技術(shù)。

另外一方面，傳統(tǒng)控制方法在部分負荷下模塊機雖不全開，但關(guān)閉機組的水路無法關(guān)斷，處于旁通模式，其出水溫度與回水溫度相同。與運行機組制取的水冷熱混合，造成了能量損失。具體表現(xiàn)在，為了達到一定的總出水溫度，由于關(guān)閉機組的旁通冷熱混合，在制冷工況下，運行機組的出水溫度需低于該溫度，制熱工況下，運行機組的出水溫度需高于該溫度。因此實際運行機組的能效系數(shù)無法提高，負荷率越低時，關(guān)閉的機組越多，旁通現(xiàn)象越嚴重，能量損失越高。但本發(fā)明提出的控制方法在部分負荷下能夠盡快將所有模塊開啟，減小旁通現(xiàn)象的發(fā)生，使得機組的出水溫度盡可能與系統(tǒng)總出水溫度接近甚至相同，在制冷工況提高出水溫度，制熱工況降低出水溫度，從而進一步提高每個模塊的運行能效。以下以制冷工況舉例說明：假設(shè)負荷率為0.5，系統(tǒng)即只需開啟一半機組，回水溫度12℃，總出水溫度設(shè)定于10℃。對于常規(guī)系統(tǒng)，n/2臺模塊關(guān)閉，水路處于旁通狀態(tài)，出水溫度與回水溫度相同為12℃，因此其余運行的n/2臺模塊的出水溫度需達到8℃，才能讓總出水溫度達到10℃。而采用本發(fā)明的控制方法時，n臺模塊均開啟，處于單系統(tǒng)運行狀態(tài)，水路不出現(xiàn)旁通的冷熱混合現(xiàn)象，n臺模塊的出水溫度相同，均為10℃。由于出水溫度的提高，機組進一步提高了運行能效，節(jié)能效果進一步增大。