双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法

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1.本发明属于供热技术领域，具体涉及一种双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法。

背景技术：

2.空气源热泵机组吸收室外空气中的热量，实现冬季供暖，具有适用范围广、运行成本低、节能效果突出的优点，但运行效果易受环境温度、湿度影响。供暖季，当室外气温较低时，空气源热泵低温制热，运行效率低；随着室外温度的持续下降，甚至无法运行。
3.当室外空气湿度较大时，空气源热泵蒸发器表面易结霜，降低换热能力甚至损坏设备；为实现空气源热泵全供暖季高能效运行，且避免极端天气下热泵机组无法启动甚至损坏设备，提出一种双介质能互补提高热泵运行稳定性和能效比的方法。

技术实现要素：

4.本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法。
5.本发明的技术方案是：一种双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，包括以下步骤：a.对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度；b.确定风冷换热理论温度值，并记录风冷换热理论温度值；c.确定风冷换热的结霜温度值，并记录结霜温度值；d.判断采集温度与冷换热理论温度值、结霜温度值的大小，确定换热方案；e.对风冷控制组件、水冷控制组件进行控制，进入风冷换热或水冷换热；f.换热持续一个周期，返回步骤a。
6.步骤a对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度中，室外温度的采集周期为12~24h。
7.步骤a对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度中，具体过程如下：首先，采集温度为周期性替换温度值；然后，在进入到下一采集期后，下一采集温度对上一采集温度进行数据覆盖；最后，采集温度保持在任意点时间处，只有一个采集温度。
8.步骤b确定风冷换热理论温度值，并记录冷换热理论温度值，具体过程如下：首先，得到风冷式换热器制热范围值；然后，热泵机组常温制热范围值的下限值即为风冷换热理论温度值；最后，对风冷换热理论温度值进行存储。
9.步骤c确定风冷换热的结霜温度值，并记录结霜温度值，具体过程如下：首先，架设环境温度可调的试验环境；然后，将热泵装置的风冷式换热器置于试验环境中，逐渐降低环境温度；
再后，当风冷式换热器出现结霜时，停止调节环境温度；最后，对此时的环境温度值进行记录，该记录值即为结霜温度值。
10.所述结霜温度值低于风冷换热理论温度值。
11.步骤d判断采集温度与冷换热理论温度值、结霜温度值的大小，确定换热方案，具体过程如下：首先，根据结霜温度值、风冷换热理论温度值划分换热方案温度区间；然后，采集温度大于风冷换热理论温度值时，换热方案为风冷式换热器工作；再后，采集温度小于风冷换热理论温度值且大于结霜温度值时，换热方案为风冷式换热器工作；最后，采集温度小于结霜温度值时，换热方案为水冷式换热器工作。
12.采集温度小于风冷换热理论温度值且大于结霜温度值，换热方案为风冷式换热器工作时，要进行对风冷式换热器进行实际结霜检查，出现风冷式换热器超过一定面积时，切换到水冷式换热器工作。
13.所述风冷式换热器的结霜面积为外表面二分之一时，进行水冷式换热器的切换。
14.步骤e对风冷控制组件、水冷控制组件进行控制，进入风冷换热或水冷换热中，风冷换热和水冷换热只能择一在工作状态。
15.本发明的有益效果如下：本发明将空气源、水源两种热源联合利用，协同互补，与空气作为唯一热源相比，可提高运行能效；与水作为唯一热源相比，可降低运行成本。本发明实现了一台机组双介质能互补运行，满足热泵机组供暖季稳定制热，提高了能源利用率。
16.本发明风冷式换热器和水冷式换热器根据室外环境温度变化交替使用，在供暖初期和末期，室外空气温度较高时，使用风冷式换热器提取空气中的热量。在供暖中期，室外空气温度较低时，使用水冷式换热器提取水源中的热量。本发明避免了热泵超低温运行cop值降低，保障热泵机组在供暖季，全季节能运行，提升运行能效。
17.本发明通过在热泵机组风冷式换热器侧并联一套水冷式换热器，解决空气源热泵在供暖中期室外环境温度较低时，机组表面结霜甚至无法正常运行的问题。保证热泵机组全供暖季不间断稳定制热，保障系统运行稳定性的同时提高机组制热量。
附图说明
18.图1 是本发明的方法流程图；图2 是本发明的结构示意图；其中：1
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风冷式换热器
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水冷式换热器3
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膨胀阀
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压缩机5
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用户侧换热器
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风冷侧电磁阀a7
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风冷侧电磁阀b
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水冷侧电磁阀a9
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水冷侧电磁阀b
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10 制冷剂铜管11 室外风冷换热器风机。
具体实施方式
19.以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：如图1至图2所示，一种双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，包括以下步骤：a.对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度；b.确定风冷换热理论温度值，并记录风冷换热理论温度值；c.确定风冷换热的结霜温度值，并记录结霜温度值；d.判断采集温度与冷换热理论温度值、结霜温度值的大小，确定换热方案；e.对风冷控制组件、水冷控制组件进行控制，进入风冷换热或水冷换热；f.换热持续一个周期，返回步骤a。
20.步骤a对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度中，室外温度的采集周期为12~24h。
21.步骤a对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度中，具体过程如下：首先，采集温度为周期性替换温度值；然后，在进入到下一采集期后，下一采集温度对上一采集温度进行数据覆盖；最后，采集温度保持在任意点时间处，只有一个采集温度。
22.步骤b确定风冷换热理论温度值，并记录冷换热理论温度值，具体过程如下：首先，得到风冷式换热器1制热范围值；然后，热泵机组常温制热范围值的下限值即为风冷换热理论温度值；最后，对风冷换热理论温度值进行存储。
23.步骤c确定风冷换热的结霜温度值，并记录结霜温度值，具体过程如下：首先，架设环境温度可调的试验环境；然后，将热泵装置的风冷式换热器1置于试验环境中，逐渐降低环境温度；再后，当风冷式换热器1出现结霜时，停止调节环境温度；最后，对此时的环境温度值进行记录，该记录值即为结霜温度值。
24.所述结霜温度值低于风冷换热理论温度值。
25.步骤d判断采集温度与冷换热理论温度值、结霜温度值的大小，确定换热方案，具体过程如下：首先，根据结霜温度值、风冷换热理论温度值划分换热方案温度区间；然后，采集温度大于风冷换热理论温度值时，换热方案为风冷式换热器1工作；再后，采集温度小于风冷换热理论温度值且大于结霜温度值时，换热方案为风冷式换热器1工作；最后，采集温度小于结霜温度值时，换热方案为水冷式换热器2工作。
26.采集温度小于风冷换热理论温度值且大于结霜温度值，换热方案为风冷式换热器1工作时，要进行对风冷式换热器1进行实际结霜检查，出现风冷式换热器1超过一定面积时，切换到水冷式换热器2工作。
27.所述风冷式换热器1的结霜面积为外表面二分之一时，进行水冷式换热器2的切换。
28.步骤e对风冷控制组件、水冷控制组件进行控制，进入风冷换热或水冷换热中，风
冷换热和水冷换热只能择一在工作状态。
29.具体的，风冷换热具体过程如下：首先，打开风冷式换热器1侧的风冷侧电磁阀a6、风冷侧电磁阀b7；然后，关闭水冷式换热器2侧的水冷侧电磁阀a8、水冷侧电磁阀b9；再后，从压缩机4排出的高压气态制冷剂进入用户侧换热器5，制冷剂向用户侧释放热量被冷凝成液体；再后，冷凝液在膨胀阀3处节流为低压气液混合物，进入风冷式换热器1中，制冷剂吸收室外空气中的热量气化；最后，气化后的低压气态制冷剂进入压缩机4，形成风冷换热循环。
30.具体的，水冷换热具体过程如下：首先，打开水冷式换热器2侧的水冷侧电磁阀a8、水冷侧电磁阀b9；然后，关闭风冷式换热器侧1的风冷侧电磁阀a6、风冷侧电磁阀b7；再后，从压缩机4排出的高压气态制冷剂进入用户侧换热器5，制冷剂向用户侧释放热量被冷凝成液体；再后，冷凝液在膨胀阀处节流为低压气液混合物，进入水冷式换热器2中，制冷剂吸收水中的热量气化；最后，气化后的低压气态制冷剂进入压缩机4，形成水冷换热循环。
31.本发明中水冷式换热器2的换热面积匹配热泵机组压缩机功率，水冷式换热器2、风冷式换热器侧1两组换热器共用一套热泵机组，等量换热，制冷剂相同。在并联管道上安装四个电磁阀，通过控制电磁阀的启闭来控制制冷剂流向。
32.热泵机组的cop值又称制热系数或制热能效比，供暖季制热时，热泵cop值指制热量与压缩机功率的比值。
33.具体的，热泵机组在供暖初期和末期制热时，若室外空气环境温度在热泵机组常温制热范围内，通过风冷式换热器与空气换热，提取热量，满足用户侧供暖需求。
34.此时，因室外环境温度较高，热泵机组单位功率下的制热量也较高，cop值可保持在较高范围，使用风冷式换热器节能效果仍然明显。
35.在供暖中期，随着室外温度的持续下降，热泵机组若仍采用风冷式换热器提取空气中的热量，机组低温运行，cop值降低。
36.同时受环境湿度的影响，换热器表面则会结霜，不仅增加换热热阻，导致换热能力下降，同时还会堵塞翅片管道，对空气流动形成较大阻力，随着霜层越来越厚，机组甚至无法运行。
37.在极端天气下，室外温度过低还会导致热泵机组无法启动。故在供暖中期，室外温度较低时，为提高系统运行能效，避免低外温环境热泵机组低cop值运行，通过水冷式换热器与水换热，提取水中热量，满足用户侧供暖需求。如此，不仅保障了低外温条件下，热泵机组仍能正常运行，同时避免了热泵机组低外温运行cop值降低，提高了系统运行稳定性，提升了运行能效。
38.如图2所示，一种双介质互补型适应严寒地区的热泵装置，包括用户侧换热器5，所述用户侧换热器5的连接端一侧与膨胀阀3连通，用户侧换热器5的连接端另一侧与压缩机4连通，所述膨胀阀3、压缩机4的自由端与选通型换热机组连通，所述选通型换热机组、膨胀
阀3、用户侧换热器5、压缩机4串联形成闭合回路。
39.所述选通型换热机组包括风冷支路和水冷支路，所述风冷支路和水冷支路并联。
40.所述选通型换热机组的风冷支路包括风冷式换热器1，所述风冷式换热器1的两个连接端与膨胀阀3、压缩机4相连通。
41.所述选通型换热机组的水冷支路包括水冷式换热器2，所述水冷式换热器2的两个连接端与膨胀阀3、压缩机4相连通。
42.所述水冷式换热器2的换热连接端分别与低温水源供水、低温水源回水连通。
43.所述风冷式换热器1的换热连接端与室外风冷换热器风机11连通。
44.所述用户侧换热器5的换热连接端与用户侧回水、用户侧供水连通。
45.所述选通型换热机组包括ⅰ号三通阀，所述ⅰ号三通阀一端与膨胀阀3连通，ⅰ号三通阀的另外两端与风冷式换热器1、水冷式换热器2连通。
46.所述选通型换热机组还包括ⅱ号三通阀，所述ⅱ号三通阀一端与压缩机4连通，ⅱ号三通阀的另外两端与风冷式换热器1、水冷式换热器2连通。
47.所述ⅰ号三通阀、ⅱ号三通阀的管径相同。
48.具体的，所述风冷支路中设置有风冷侧电磁阀a6和风冷侧电磁阀b7，所述风冷侧电磁阀a6和风冷侧电磁阀b7位于风冷式换热器11两侧。
49.具体的，所述风冷侧电磁阀a6和风冷侧电磁阀b7位于ⅰ号三通阀、ⅱ号三通阀之间。
50.具体的，所述风冷侧电磁阀a6和风冷侧电磁阀b7为同开同闭的同步控制。
51.具体的，所述水冷支路中设置有水冷侧电磁阀a8和水冷侧电磁阀b9，所述水冷侧电磁阀a8和水冷侧电磁阀b9位于水冷式换热器2的两侧。
52.具体的，所述水冷侧电磁阀a8和水冷侧电磁阀b9位于ⅰ号三通阀、ⅱ号三通阀之间。
53.所述水冷侧电磁阀a8和水冷侧电磁阀b9为同开同闭的同步控制。
54.所述风冷侧电磁阀a6和风冷侧电磁阀b7为风冷控制组件，所述水冷侧电磁阀a8和水冷侧电磁阀b9为水冷控制组件。
55.所述风冷控制组件、水冷控制组件在同一时间不能多于一组处于打开状态。
56.本发明将空气源、水源两种热源联合利用，协同互补，与空气作为唯一热源相比，可提高运行能效；与水作为唯一热源相比，可降低运行成本。本发明实现了一台机组双介质能互补运行，满足热泵机组供暖季稳定制热，提高了能源利用率。
57.本发明风冷式换热器和水冷式换热器根据室外环境温度变化交替使用，在供暖初期和末期，室外空气温度较高时，使用风冷式换热器提取空气中的热量。在供暖中期，室外空气温度较低时，使用水冷式换热器提取水源中的热量。本发明避免了热泵超低温运行cop值降低，保障热泵机组在供暖季，全季节能运行，提升运行能效。
58.本发明通过在热泵机组风冷式换热器侧并联一套水冷式换热器，解决空气源热泵在供暖中期室外环境温度较低时，机组表面结霜甚至无法正常运行的问题。保证热泵机组全供暖季不间断稳定制热，保障系统运行稳定性的同时提高机组制热量。

技术特征：

1.一种双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：包括以下步骤：（a）对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度；（b）确定风冷换热理论温度值，并记录冷换热理论温度值；（c）确定风冷换热的结霜温度值，并记录结霜温度值；（d）判断采集温度与冷换热理论温度值、结霜温度值的大小，确定换热方案；（e）对风冷控制组件、水冷控制组件进行控制，进入风冷换热或水冷换热；（f）换热持续一个周期，返回步骤（a）。2.根据权利要求1所述的双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：步骤（a）对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度中，室外温度的采集周期为12~24h。3.根据权利要求1所述的双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：步骤（a）对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度中，具体过程如下：首先，采集温度为周期性替换温度值；然后，在进入到下一采集期后，下一采集温度对上一采集温度进行数据覆盖；最后，采集温度保持在任意点时间处，只有一个采集温度。4.根据权利要求1所述的双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：步骤（b）确定风冷换热理论温度值，并记录冷换热理论温度值，具体过程如下：首先，得到风冷式换热器（1）制热范围值；然后，热泵机组常温制热范围值的下限值即为风冷换热理论温度值；最后，对风冷换热理论温度值进行存储。5.根据权利要求1所述的双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：步骤（c）确定风冷换热的结霜温度值，并记录结霜温度值，具体过程如下：首先，架设环境温度可调的试验环境；然后，将热泵装置的风冷式换热器（1）置于试验环境中，逐渐降低环境温度；再后，当风冷式换热器（1）出现结霜时，停止调节环境温度；最后，对此时的环境温度值进行记录，该记录值即为结霜温度值。6.根据权利要求1所述的双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：所述结霜温度值低于风冷换热理论温度值。7.根据权利要求1所述的双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：步骤（d）判断采集温度与冷换热理论温度值、结霜温度值的大小，确定换热方案，具体过程如下：首先，根据结霜温度值、风冷换热理论温度值划分换热方案温度区间；然后，采集温度大于风冷换热理论温度值时，换热方案为风冷式换热器（1）工作；再后，采集温度小于风冷换热理论温度值且大于结霜温度值时，换热方案为风冷式换热器（1）工作；最后，采集温度小于结霜温度值时，换热方案为水冷式换热器（2）工作。8.根据权利要求7所述的双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：采集温度小于风冷换热理论温度值且大于结霜温度值，换热方案为风冷式换热
器（1）工作时，要进行对风冷式换热器（1）进行实际结霜检查，出现风冷式换热器（1）超过一定面积时，切换到水冷式换热器（2）工作。9.根据权利要求8所述的双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：所述风冷式换热器（1）的结霜面积为外表面二分之一时，进行水冷式换热器（2）的切换。10.根据权利要求1所述的双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，其特征在于：步骤（e）对风冷控制组件、水冷控制组件进行控制，进入风冷换热或水冷换热中，风冷换热和水冷换热只能择一在工作状态。

技术总结

本发明公开了一种双介质互补型提高热泵运行稳定性和能效比的供热方法，对室外温度进行周期性采集，并记录采集温度；确定风冷换热理论温度值，并记录风冷换热理论温度值；确定风冷换热的结霜温度值，并记录结霜温度值；判断采集温度与冷换热理论温度值、结霜温度值的大小，确定换热方案；对风冷控制组件、水冷控制组件进行控制，进入风冷换热或水冷换热；换热持续一个周期，返回第一步。本发明将空气源、水源两种热源联合利用，协同互补，与空气作为唯一热源相比，可提高运行能效；与水作为唯一热源相比，可降低运行成本。本发明实现了一台机组双介质能互补运行，满足热泵机组供暖季稳定制热，提高了能源利用率。提高了能源利用率。提高了能源利用率。