一种二氧化碳复叠式供暖系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种二氧化碳复叠式供暖系统及其控制方法，其包括低温级回路、高温级回路和供热回路，其中的低温级压缩机和高温级压缩机均为变频压缩机，水泵为变频水泵。由于本发明专利技术的二氧化碳复叠式供暖系统采用变频压缩机、变频水泵和变频风机，具有高效、节能、环保的特点，其采用的控制方法能够根据用户端热负荷需求的大小，能够合理地调节其运行参数并保证在最高效的状态下运行，从而达到节约能源、提高供暖舒适度的作用，改善了现有的二氧化碳复叠式供暖系统存在的不足。

A carbon dioxide cascade heating system and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳复叠式供暖系统及其控制方法
本专利技术涉及一种二氧化碳复叠式供暖系统及其控制方法。
技术介绍
作为制冷剂的二氧化碳与R1234yf都有ODP值为0和低GWP的良好环境属性，其中新型制冷剂R1234yf作为高温室效应的制冷剂R134a的替代产品在汽车空调中已经得到一定规模的使用，二氧化碳作为自然工质在低温条件下也有着良好的物理属性。因此，两种结合组成的二氧化碳复叠式供暖系统与传统的复叠式热泵相比有着良好的性能，也兼顾环境属性。目前的二氧化碳复叠式供暖系统不能以人体舒适度为控制目标根据环境温度和室内温度变化来调节机组的负荷，也不能实现在该工作条件下调节高温级与低温级的负荷来保证机组的最佳运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种二氧化碳复叠式供暖系统和方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种二氧化碳复叠式供暖系统，其包括低温级回路、高温级回路和供热回路，所述低温级回路包括依次串联设置在环路中的蒸发器、气液分离器、低温级压缩机、中间换热器冷凝管和低温级膨胀阀，所述高温级回路包括依次串联设置在环路中的中间换热器蒸发管、高温级压缩机、冷凝器冷凝管和高温级膨胀阀，所述供热回路包括依次串联设置在环路中的冷凝器蒸发管、用户端换热组件和水泵，所述中间换热器冷凝管与所述中间换热器蒸发管相互换热地设置在一起，所述冷凝器冷凝管和所述冷凝器蒸发管相互换热地设置在一起，所述低温级压缩机和所述高温级压缩机均为变频压缩机，所述水泵为变频水泵。优选地，还包括用于检测外界环境温度的环境温度传感器，用于检测室内温度的室内温度传感器，以及分别设置在所述冷凝器冷凝管入口端和出口端的载冷剂入口温度传感器和载冷剂出口温度传感器。优选地，所述高温级回路还包括设置在所述中间换热器冷凝管与所述高温级压缩机之间的内部换热器蒸发管和设置在所述冷凝器蒸发管与所述高温级膨胀阀之间的内部换热器冷凝管，所述内部换热器蒸发管和所述内部换热器冷凝管相互换热地设置在一起。优选地，所述蒸发器入口端和中间换热器冷凝管入口端连接设置有除霜管路，所述除霜管路中设置有电磁阀。优选地，所述用户端换热组件包括多组并联设置的用户端换热单元，所述用户端换热单元包括串连设置的流量调节阀和用户端换热器。优选地，所述低温级回路还包括用驱动室外空气于所述蒸发器换热的风机，所述风机为变频风机。一种二氧化碳复叠式供暖系统的控制方法，采用上述的二氧化碳复叠式供暖系统，其包括以下步骤：1）通过房间信息计算获得第i房间的舒适温度Ts,i，通过环境温度传感器获取室外温度Ta，通过室内温度传感器获取第i房间的室内温度Tt,i；2）通过Ts,i、Ta和Tt,i计算得到所述冷凝器中载冷剂的出口需要的温度Tout=(Tt,1，Tt,2……Tt,n，Ts,1，Ts,2……Ts,n)，以及计算第i房间所需的热负荷Qi=φi(Tt,i，Ts,i，Ta)；3）依据所得第i房间的当前温度Tt,i与舒适度温度Ts,i的差值和热负荷Qi计算第i流量调节阀的合适开度EXPi=EXPi(，Qi)，并通过EXPi的数值对流量调节阀进行调节。4）根据第i房间所需的热负荷Qi和用户端换热单元供暖过程中的漏热损失Qs计算供暖机组提供的制热量为Q=；根据所述冷凝器中载冷剂的出口需要的温度Tout和供暖机组提供的制热量为Q；5）根据所得制热量Q和出水温度Tout根据公式调节所述高温级压缩机的合适运行频率V1=g(Q，Tout)和所述水泵的合适运行频率V3=h(Q，Tout)；6）根据所述目标中间温度Tm与所述环境温度Ta，依据公式调节所述低温级压缩机的合适运行频率V2=m(Tm，Ta)；7）根据V1的数值对所述高温级压缩机进行调节，根据V2的数值对所述低温级压缩机进行调节，根据V3的数值对所述水泵进行调节。优选地，所述风机运行的控制方法为：当Ta≤Ta,1时，所述变频风机以Vf,1的运行频率运行；当Ta,1＜Ta≤Ta,2，所述变频风机以Vf,2的运行频率运行；当Ta＞Ta,2，所述变频风机以Vf,3的运行频率运行；其中Vf,1＞Vf,2＞Vf,3。优选地，步骤3）中，当时，第i流量调节阀不再调节。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：由于本专利技术的二氧化碳复叠式供暖系统采用变频压缩机、变频水泵和变频风机，具有高效、节能、环保的特点，其采用的控制方法能够根据用户端热负荷需求的大小，能够合理地调节其运行参数并保证在最高效的状态下运行，从而达到节约能源、提高供暖舒适度的作用，改善了现有的二氧化碳复叠式供暖系统存在的不足。附图说明附图1为本专利技术的系统原理图。附图2为本专利技术的控制流程图。以上附图中：1、蒸发器；2、气液分离器；3、低温级压缩机；4、中间换热器；5、低温级膨胀阀；6、变频风机；7、高温级压缩机；8、冷凝器；9、高温级膨胀阀；10、水泵；11、流量调节阀；12、用户端换热器；13、内部换热器；14、电磁阀。具体实施方式下面结合附图所示的实施例对本专利技术作进一步描述：参见附图1所示，一种二氧化碳复叠式供暖系统，其包括低温级回路、高温级回路和供热回路，低温级回路包括依次串联设置在环路中的蒸发器1、气液分离器2、低温级压缩机3、中间换热器冷凝管和低温级膨胀阀5，其中蒸发器1上还设置有变频风机6，本实施例中，低温级回路中采用二氧化碳作为介质。高温级回路包括依次串联设置在环路中的中间换热器蒸发管、高温级压缩机7、冷凝器冷凝管和高温级膨胀阀9，本实施例中，高温级回路采用R1234yf作为介质。供热回路包括依次串联设置在环路中的冷凝器蒸发管、用户端换热组件和水泵10。中间换热器冷凝管与中间换热器蒸发管相互换热地设置在一起组成中间换热器4，冷凝器冷凝管和冷凝器蒸发管相互换热地设置在一起组成冷凝器8。本实施例中，低温级压缩机3和高温级压缩机7均为变频压缩机，水泵10为变频水泵10。并且，用户端换热组件包括多组并联设置的用户端换热单元，用户端换热单元包括串连设置的流量调节阀11和用户端换热器12。此外，还包括用于检测外界环境温度的环境温度传感器，用于检测室内温度的室内温度传感器，以及分别设置在冷凝器冷凝管入口端和出口端的载冷剂入口温度传感器和载冷剂出口温度传感器。本实施例中，高温级回路还包括设置在中间换热器冷凝管与高温级压缩机7之间的内部换热器蒸发管和设置在冷凝器蒸发管与高温级膨胀阀9之间的内部换热器冷凝管，内部换热器蒸发管和内部换热器冷凝管相互换热地设置在一起组成内部换热器13。蒸发器1入口端和中间换热器冷凝管入口端连接设置有除霜管路，除霜管路中设置有电磁阀14，在需要除霜时，电磁阀14打开，二氧化碳介质绕过中间换热器4回到蒸发器1。本实施例的二氧化碳复叠式供暖系统的工作方式为：在供暖模式下，电磁阀14关闭，变频风机6，低温级压缩机3和高温级压缩机7开启，变频水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳复叠式供暖系统，其包括低温级回路、高温级回路和供热回路，所述低温级回路包括依次串联设置在环路中的蒸发器、气液分离器、低温级压缩机、中间换热器冷凝管和低温级膨胀阀，所述高温级回路包括依次串联设置在环路中的中间换热器蒸发管、高温级压缩机、冷凝器冷凝管和高温级膨胀阀，所述供热回路包括依次串联设置在环路中的冷凝器蒸发管、用户端换热组件和水泵，所述中间换热器冷凝管与所述中间换热器蒸发管相互换热地设置在一起，所述冷凝器冷凝管和所述冷凝器蒸发管相互换热地设置在一起，其特征在于：所述低温级压缩机和所述高温级压缩机均为变频压缩机，所述水泵为变频水泵。/n

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳复叠式供暖系统，其包括低温级回路、高温级回路和供热回路，所述低温级回路包括依次串联设置在环路中的蒸发器、气液分离器、低温级压缩机、中间换热器冷凝管和低温级膨胀阀，所述高温级回路包括依次串联设置在环路中的中间换热器蒸发管、高温级压缩机、冷凝器冷凝管和高温级膨胀阀，所述供热回路包括依次串联设置在环路中的冷凝器蒸发管、用户端换热组件和水泵，所述中间换热器冷凝管与所述中间换热器蒸发管相互换热地设置在一起，所述冷凝器冷凝管和所述冷凝器蒸发管相互换热地设置在一起，其特征在于：所述低温级压缩机和所述高温级压缩机均为变频压缩机，所述水泵为变频水泵。


2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳复叠式供暖系统，其特征在于：还包括用于检测外界环境温度的环境温度传感器，用于检测室内温度的室内温度传感器，以及分别设置在所述冷凝器冷凝管入口端和出口端的载冷剂入口温度传感器和载冷剂出口温度传感器。


3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳复叠式供暖系统，其特征在于：所述高温级回路还包括设置在所述中间换热器冷凝管与所述高温级压缩机之间的内部换热器蒸发管和设置在所述冷凝器蒸发管与所述高温级膨胀阀之间的内部换热器冷凝管，所述内部换热器蒸发管和所述内部换热器冷凝管相互换热地设置在一起。


4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳复叠式供暖系统，其特征在于：所述蒸发器入口端和中间换热器冷凝管入口端连接设置有除霜管路，所述除霜管路中设置有电磁阀。


5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳复叠式供暖系统，其特征在于：所述用户端换热组件包括多组并联设置的用户端换热单元，所述用户端换热单元包括串连设置的流量调节阀和用户端换热器。


6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳复叠式供暖系统，其特征在于：所述低温级回路还包括用驱动室外空气于所述蒸发器换热的风机，所述风机为变频风机。


7.一种二氧化碳复叠式供暖系统的控制方法，采用如权利要求1到5中任一项所述的二氧化碳复叠式供暖系统，其特征在于包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘浩，汤晓亮，熊丹，尤军，康强，宋晓飞，
申请(专利权)人：江苏苏净集团有限公司，苏州苏净安发空调有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32