哈雷钎焊板式换热器
专业生产:换热器;分水器;过水热;冷却器
新闻动态

冷暖空调热水三用机的功能控制

点击:1979 日期:[ 2014-04-26 21:36:00 ]
                          冷暖空调热水三用机的功能控制           陈则韶1,李志宏1,史 敏2,张秀平2,江 斌1,钟 瑜2,贾 磊2     (1.中国科学技术大学,安徽合肥 230027;2.合肥通用机械研究院,安徽合肥 230088)     摘 要:介绍了一种多功能热泵热水机的工作原理及其在空调、供暖气和制热水多个模态运行时的控制逻辑要求;讨论了热泵的热水换热器三种加热形式:循环加热式、一次加热式和间歇加热式的特点,以及根据进水温度通过调节进水和中间循环水量来满足出水定温要求的方案。本文的研究工作对提升多功能热泵热水机技术具有重要的参考价值。     关键词:热泵;热水器;控制技术     中图分类号: TB65    文献标识码: A     文章编号: 1005—0329(2009)02—0069—04     1 前言     热泵热水器比电热水器节能65% ~70%,比用油、液化天然气的热水器省钱60%,比用天然气的省钱30%,因此迅速得到推广。但是,仅制热水单一功能的热泵热水器不能更好地发挥冷热综合利用的节能潜力,因为它不能做到在冷、热负荷不匹配情况下的冷热综合利用。本文研制的多功能热泵热水机具有制冷、制热、制热水兼制冷和独立制热水的四种功能,可以在任何季节和不同冷、热量需求时,选择满足需求的最佳节能模式运行。为了能保证这种多功能热泵热水机能够切换自如,运行可靠,整机的制冷回路和自动控制系统的科学设计尤为重要。     多功能热泵热水机的制冷剂系统中比冷暖空调机增加一个热水冷凝换热器和一些切换阀等,由于热水冷凝换热器在制冷剂回路中放置的位置不同,构成了不同的设计[2]。本文介绍一种功能齐全的双空气热源的三用机系统及其逻辑控制和一种带内循环一次加热式多功能热泵热水机的水路控制。     2 双空气热源三用机工作原理及其控制要求     冷暖空调热水三用机的结构如图1所示,其主要由压缩机、室外风冷换热器、节流机构、室内风冷换热器;室外风机、室内风机、上水泵等组成。测温元件T1、T2和T3分别监测热水箱顶部水温、室外风冷换热器壁温和室内风冷换热器的送风温度。                    冷暖空调热水三用机通过电磁三通阀、电磁四通阀和风机的开、停构成四种独立的循环:空调制冷循环、空调制暖循环、制热水兼空调制冷循环和制热水循环。各循环的流程及控制要求分别为:     (1)空调制冷循环:压缩机→三通阀(断电态通路)→四通阀(断电态高压气通路)→室外风冷换热器→节流机构→室内风冷换热器→四通阀(断电状态低压气通路)→压缩机;控制方式:压缩机、室外风机、室内风机等通电,三通阀和四通阀的线圈无电。     (2)空调制暖循环:压缩机→三通阀(断电态通路)→四通阀(通电状态高压气通路)→室内风冷换热器→节流机构→室外风冷换热器→四通阀(通电态低压气通路)→压缩机;控制方式:压缩机、室外风机、室内风机、四通阀线圈等通电,三通阀无电。     (3)制热水兼空调制冷循环:压缩机→三通阀(通电态通路)→热水换热器6→节流机构→室内风冷换热器→四通阀(断电状态低压气通路)→压缩机;控制方式:压缩机、三通阀线圈、室内风机等通电,室外风机和四通阀2的线圈无电。     (4)制热水循环:压缩机→三通阀(通电态通路)→热水换热器→节流机构→室外风冷换热器→四通阀(通电状态低压气通路)→压缩机;控制方式:压缩机、三通阀和四通阀线圈、室外风机等通电,室内风机无电。除霜时采用空调制冷循环。     家用三用机的控制要求尽量简化,但要方便。热水换热器与储热水箱结合,设计导流套筒内循环方式[3、4],不配水泵,利用自来水压力顶送水,出水量由出水调节阀随意手动调节。总体控制设手动和自动两系统。     手动系统只是选择运行模式,制热水模式选择置于储热水箱处,如电热水器;空调模式选择设在室内机控制面板上,与普通空调器一样,具备原有空调器的所有功能,此时水冷冷凝器并不参与运行。在制热水的模式,根据热水箱顶部水温探测器T1的测定温度与设定温度的上限55℃和下限差值,执行所选运行模式的循环,或停止。     自动控制会在制热水与空调循环中自动切换,执行制热水优先原则。例如,在夏天,三机开机后遇到热水温度和室温都低于设定要求时,首先执行制热水兼空调制冷循环,在热水温度到达上限后自动切换到空调制冷循环,在室温到下限而热水温度未降到下限,系统就进入待机状态,若又遇室温回升到上限,则又进行空调制冷循环;如果在4~5月或9~10月,冷气需求量少热水需求量大时,将进行制热水兼空调制冷循环和单制热水循环的切换;在冬天,是在制热水与空调制暖两循环中切换,也执行制热水优先原则。这种控制方式,可以很好地适应不同冷热量的需求。双空气热源小型三用机各模式运行时电器件控制汇总如表1所示。                   3·水、空气双热源热泵热水机的三种热水循环及其控制     水、空气双热源热泵热水机通常功率较大,单台压缩机功率一般大于5kW,通常由2台或多台压缩机的两套或多套制冷、热泵循环回和一个共用热水循环系统组成。它与小型三用机的区别是,其水热源为空调回水,在冬季除霜时不能采用制冷循环方式,必须用制冷剂热气除霜,增添了除霜电磁阀,节流机构配用了热力膨胀阀。制冷系统各循环回路切换控制与三用机基本相似。本节主要讨论三种热水循环系统: (1)循环加热式;(2)一次加热式; (3)间歇式。     3. 1 循环加热式热水循环系统     循环加热式热水循环系统如图2所示,其水系统由热水换热器、用户储水箱、循环水泵、上水用调节阀、循环水单向阀、供热水总阀等组成,配有热水换热器出水温度指示T1,用户储水箱水温指示T4,用户储水箱水位指示L。该种热水循环系统工作原理:由热水换热器和用户储水箱组成热水循环回路,采用连续大水流量通过热水换热器,热水换热器进出水温差在4℃以下,用户储水箱水温是逐渐升高。自来水补给是以储水箱的水位上、下限来控制,遇到水位下限时打开上水用调节阀补水,遇到上限时关闭上水用调节阀。其优点是:换热器水流速大,换热效率高。其缺点是:储水箱水温波动大,当用热水高峰时,储水箱水位快速下降,大量补给水又使得储水箱水温降低,影响热水品质;另外,制冷剂的冷凝压力会随着储水箱水温波动而波动,储水箱水温在50℃以上接近55℃时,不仅COP值低,而且使用R22制冷剂的热水机很容易出现超压故障。                    3. 2 一次加热式热水循环系统     一次加热式热水循环系统。如图3所示,其特点是热水换热器的水路由定温式小循环回路和自来水-热水换热器-储水箱构成的连续供热水直通路的两个水路构成,小循环回路和直通路的水流量不同,因此也可称为双流量式。小循环的流程为:循环水泵→混流筒→热水换热器的中上部出口→小循环水调节阀→单向阀→循环水泵。供热水直通路为:自来水经单向阀→混流筒→热水换热器→过热换热器→热水出水量调节阀→用户储水箱。阀1通常关闭,只有在水箱的存水长期不用水温很低需要回热时才打开。水系统增加有混流温度指示T5。采用小循环回路设计目的是在保证连续输出55℃热水的前提下,无论冬夏都能使系统运行在最佳的COP值区间和维持大的输出功率。具体控制目标参数是使小循环水与补充的自来水经混流筒调和后的水温在25~35℃之间,流入热水换热器后使制冷剂冷凝温度都维持在40~45℃,并且使热水换热器有较大的水流速。这样设计可以避免冬天进水温度很低时,热水换热器因水流速太小换热性能太低,以及因冷凝压力不高,节流量减小,蒸发压力低,制冷剂循环量下降,导致制热水功率严重降低的缺点。                   式中 T0、T1———补给自来水、出口热水的温度,℃     T5、T6———补给混流筒水、下段热水换热器出口水的温度,℃     Q(T0)———整机的制热水功率,kW     k1、k2———热水换热器下段(冷凝段)和上段(过热气冷却段)的换热系数     k1、k2在换热器的形式和下、上段的换热面积A1、A2确定之后主要与水流速有关。Q(T0)与环境气温及热水换热器传热能力有关,环境气温低时Q(T0)变小;另外,Q(T0)受到热水换热器传热能力制约,而热水换热器的传热能力是与通过换热器的水流量密切相关,当冬天进水温度只有5~7℃,要维持出水温度为55℃,进出水温差达50℃,为一般换热器进出口水温差4℃的12. 5倍,显然经过换热器的水流速仅为标准流速的112. 5,流速小于0. 1m/s,热水换热器传热能力极低。这是制约一次加热式热泵热水器开发的难点。但是,如图3所示,水系统添加了小循环以后,热水换热器下段(主冷凝段约占85%的凝结热量)的水流量为qm,qm qm2,可以在保证小流量一次加热供水前提下使热水换热器下段有较大的水流速。由式(1)、(3)得:                   因此,一次加热式的水循环系统调节方式为:     (1)依据混流筒水温T5与设定值的差值,调节小循环水量qm1;     (2)依据出口热水温度T6,调节热水出水量qm1。     3.3 间歇式热水循环系统     间歇式热水循环系统如图4所示,其特点是增添一个小水箱,由热水换热器、小水箱和循环泵组成水循环回路。工作时的控制过程:小水箱水位指示L1达到下限时,进水电磁阀开启,环路电磁阀开启,开始上水;小水箱满水时,环路电磁阀开,循环泵通电工作,进水电磁阀关闭;在温度指示T1所示的循环水温到达55℃时,环路电磁阀关闭,循环泵工作把小水箱的水抽送到大水箱,空气从单向阀补入小水箱;当小水箱水位回落到水位下限时,环路电磁阀和进水电磁阀都开启,重新开始上水。                   这种水循环方式克服了循环加热式热水循环系统方案方案的缺点,间歇地向用户储水箱供热水,换热器也有较高效率,唯一不足的是制冷剂系统的工作压力波动较大,可能影响系统的稳定。     4·结语     (1)三用机设计有制冷、制冷+制热水、制热水和制热四种节能工作模式,但是由于环境温度的变化,空调制冷、空调制暖和热水的需求量是不平衡的,因此,各循环回路能够自动切换,本文介绍了各循环回路控制要求以及逻辑控制原理,为设计具体控制电路提供了基础。     (2)热泵热水机的热水换热器性能对整机性能有极大的影响,要求供应55℃的热水,而进水温度可能低到5℃,设计这样大温升的高性能的热水换热器是热泵热水机的难题,本文对热泵热水机的三种水换热形式:循环加热式、一次加热式、间歇式进行了讨论,并给出了热水控制方式。热泵自动控制相关的问匙还有故障诊断,除霜技术等,不同热源热泵的不同控制方式;可参阅相关文献[5~7],本文的研究成果对推动多功能热泵热水机的技术进步有重要参考价值。 参考文献 [1]陈则韶.一种四季节能冷暖空调热水三用机[P].专利号: 02116049.X,专利权人:中国科学技术大学. [2]陈则韶,江斌,胡芃,等.一种四季节能的空调机制热水的新技术[J].制冷学报, 2004, (4): 54-59. [3]陈则韶.有水内循环换热回路的热泵热水机组[P].申请号: 200610085913. 3, 200620073230. 1. [4]樊高定,江斌,陈则韶,等.一种直热式冷暖空调热水三用机[J].流体机械, 2007, 35(7)53-57. [5]姜益强,姚杨,马最良.空气源热泵冷热水机组的故障诊断.制冷学报, 2002, 23(3): 57-59. [6]薛志方,史琳.水源热泵系统节能运行控制研究[J].流体机械, 2006, 34(6): 46-50. [7]喻涛,喻飞.风冷热泵的自控和节能,除霜[J].四川制冷, 1999, (2): 24-24. 作者简介:陈则韶(1943-),教授,博导,通讯地址: 230027安徽合肥市金寨路96号中国科学技术大学热科学与能源工程系。
上一篇:内展翅片换热器在压缩空气系统中的应用分析 下一篇:基于气侧强化换热技术的间壁式气体-散料换热器

相关资讯

Copyright ©2008 哈雷换热设备有限公司 All Rights Reserved. 地址:奉化外向科技园西坞金水路 电话:0086-574-88661201 传真:0086-574-88916955
换热器 | 板式换热器 | 钎焊板式换热器 | 冷却器 | 分水器 | 地暖分水器 | B3-14B板式换热器 | 网站地图 | XML 浙ICP备09009252号 技术支持:众网千寻