供暖系统的控制方法与流程

1.本发明涉及暖通技术领域，具体涉及一种供暖系统的控制方法。


背景技术：

3.为实现该目标，我国目前农村或者没有集中供暖的区域采取的供暖方式由燃煤改为了热泵采暖或者暖风机采暖。虽然上述供暖方式解决了碳排放问题，但也不可避免地带来如下缺陷：就热泵采暖而言，直接采用空调制热，出风温度高、出风干燥、出风范围不均匀，导致人体非常不舒服，而且热泵制热需要多末端室内机，还存在成本高、冷媒泄漏等问题。
4.相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述至少一个问题，即为了解决现有热泵制热存在的成本高、冷媒泄漏风险大的问题，本技术提供了一种供暖系统的控制方法，所述供暖系统包括热泵循环和水路循环，所述热泵循环包括通过冷媒管路连通的变容压缩机、管式换热器、节流装置和蒸发器，所述水路循环包括通过换热管路连通的室内散热器和所述管式换热器，所述热泵循环中的冷媒与所述水路循环中的循环水在所述管式换热器内进行热交换，所述变容压缩机具有两个压缩缸，所述控制方法包括：
6.获取室外环境温度；
7.根据室外环境温度所处的温度区间，确定所述变容压缩机的工作模式；
8.基于所述工作模式，控制所述变容压缩机运行；
9.其中，所述变容压缩机的工作模式包括双缸模式和双级模式，所述双缸模式下，所述变容压缩机的两个所述压缩缸单独压缩冷媒，所述双级模式下，所述变容压缩机的两个所述压缩缸先后压缩冷媒。
10.在上述供暖系统的控制方法的优选技术方案中，“根据室外环境温度所处的温度区间，确定所述变容压缩机的工作模式”的步骤进一步包括：
11.如果所述室外环境温度大于等于第一温度阈值，则确定所述变容压缩机的工作模式为双级模式。
12.在上述供暖系统的控制方法的优选技术方案中，所述控制方法还包括：
13.根据室内环境温度对所述变容压缩机进行pid控制。
14.在上述供暖系统的控制方法的优选技术方案中，“根据室外环境温度所处的温度区间，确定所述变容压缩机的工作模式”的步骤进一步包括：
15.如果所述室外环境温度小于所述第一温度阈值且大于等于第二温度阈值，则确定所述变容压缩机的工作模式为所述双缸模式。
16.在上述供暖系统的控制方法的优选技术方案中，“根据室外环境温度所处的温度区间，确定所述变容压缩机的工作模式”的步骤进一步包括：
17.如果所述室外环境温度小于所述第二温度阈值，则确定所述变容压缩机的工作模式为所述双级模式。
18.在上述供暖系统的控制方法的优选技术方案中，所述第一温度阈值为4～10℃中的任意值；并且/或者
19.所述第二温度阈值为-10～0℃中的任意值。
20.在上述供暖系统的控制方法的优选技术方案中，所述冷媒与所述循环水在管式换热器中采取对流换热。
21.在上述供暖系统的控制方法的优选技术方案中，所述换热管路上还设置有水箱，所述水箱内设置有液位传感器，所述水箱上设置有补水阀，所述补水阀与水源连通，所述控制方法还包括：
22.获取所述水箱的实际液位；
23.比较所述实际液位与液位下限阈值的大小；
24.在所述实际液位小于所述液位下限阈值时，控制所述补水阀打开，直至所述水箱内的液位达到液位上限阈值。
25.在上述供暖系统的控制方法的优选技术方案中，所述换热管路上还设置有泄压阀，所述换热管路上还设置有压力传感器，所述控制方法还包括：
26.获取所述换热管路的实际压力；
27.比较所述实际压力与预设压力阈值的大小；
28.在所述实际压力大于所述预设压力阈值时，控制所述泄压阀打开，直至所述换热管路的压力小于所述预设压力阈值。
29.在上述供暖系统的控制方法的优选技术方案中，所述换热管路上还设置有循环水泵，所述控制方法还包括：
30.在所述变容压缩机工作的过程中，控制所述循环水泵运行。
31.本技术的技术方案，通过采用热泵循环来加热水路循环，能够达到与集中供暖相同的效果，并且相较于多末端空调来说成本低，冷媒不参与室内循环，不存在冷媒泄漏风险。通过设置变容压缩机，并且基于室外环境温度所处的温度区间确定变容压缩机的工作模式，使得供暖过程中可以基于负载对变容压缩机进行容量控制，使得压缩机始终处于最佳运行状态高效运行，制热效果佳。
附图说明
32.下面参照附图来描述本技术。附图中：
33.图1为本技术的供暖系统的系统图(双缸模式)；
34.图2为本技术的供暖系统的系统图(双级模式)；
35.图3为本技术的供暖系统的控制方法的流程图；
36.图4为本技术的供暖系统的控制方法的一种可能的实施过程的逻辑图。
37.附图标记列表
38.1、变容压缩机；11、第一压缩缸；12、第二压缩缸；13、第一端口；14、第二端口；15、第三端口；16、第四端口；17、排气口；2、管式换热器；3、节流装置；4、蒸发器；5、换热管路；6、室内散热器；71、第一四通阀；72、第二四通阀；8、气液分离器；91、水箱；92、泄压阀；93、循环
水泵。
具体实施方式
39.下面参照附图来描述本技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本技术的技术原理，并非旨在限制本技术的保护范围。例如，下述实施例中虽然将各个步骤按照先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本技术的保护范围之内。
40.需要说明的是，本技术的实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。另外，本技术实施例中描述的“多个”指两个或两个以上。
41.还需要说明的是，在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
42.首先参照图1和图2，对本技术的供暖系统进行描述。
43.如图1和图2所示，本技术的供暖系统包括热泵循环和水路循环。热泵循环包括通过冷媒管路连通的变容压缩机1、第二四通阀72、管式换热器2、节流装置3和蒸发器4，水路循环包括通过换热管路5连通的室内散热器6和管式换热器2，热泵循环中的冷媒与水路循环中的循环水在管式换热器2内进行热交换，从而实现室内散热器6对室内温度进行调节。其中，管式换热器2在本技术中可以为套管换热器，也可以为管壳式换热器。
44.优选地，变容压缩机1具有两个压缩缸。具体而言，变容压缩机1内部设置有第一压缩缸11和第二压缩缸12，压缩机壳体上开设有四个端口和一个排气口17，其中第一端口13与第一压缩缸11的进气口连通，第二端口14与第一压缩缸11的出气口连通，第三端口15与第二压缩缸12的进气口连通，第二压缩缸12的出气口与排气口17连通，第四端口16通过壳体内部与排气口17连通。
45.变容压缩机1还配置有第一四通阀71，第一四通阀71具有四个接口a、b、c、d，其中第一接口a与第四端口16连通，第二接口b与第二端口14连通，第三接口c与第三端口15连通。四通阀内部设置有移动件，当四通阀通电或断电时，移动件在四通阀内移动，实现不同接口之间的连通和阻断。
46.变容压缩机1还配置有气液分离器8，气液分离器8的进口与第二四通阀72连通，气液分离器8的出口分别与变容压缩机1的两个压缩缸连通。其中，气液分离器8的一个出口与第一端口13直接连通，气液分离器8的另一个出口通过第一四通阀71的第四接口d连通，间接实现与第三端口15的连通。
47.在上述设置方式下，变容压缩机1的工作模式包括双缸模式和双级模式。其中，参见图1，第一四通阀71断电时为双缸模式，该模式下，变容压缩机1的两个压缩缸单独压缩冷媒。具体地，由蒸发器4排出的冷媒一部分通过气液分离器8后从第一端口13进入第一压缩缸11，由第一压缩缸11压缩后由第二端口14排出，然后经过第一四通阀71的第二接口b和第
一接口a进入壳体内并最终由排气口17排出。另一部分冷媒通过气液分离器8后经由第一四通阀71的第四接口d和第三接口c，从第三端口15进入第二压缩缸12，在第二压缩缸12压缩后由排气口17排出。
48.参见图2，第一四通阀71上电时为双级模式。该模式下，变容压缩机1的两个压缩缸先后压缩冷媒。具体地，第一四通阀71的第一接口a与第四接口d之间被移动件隔断，由蒸发器4排出的冷媒通过气液分离器8后全部经由第一端口13进入第一压缩缸11，由第一压缩缸11压缩后由第二端口14排出，然后经过第一四通阀71的第二接口b和第三接口c后，由第三端口15进入第二压缩缸12，经过第二压缩缸12的二次压缩后，由排气口17排出。
49.水路循环中，换热管路5上还设置有水箱91、泄压阀92和循环水泵93。水箱91内设置有液位传感器，水箱91上设置有补水阀，补水阀与水源连通，当换热管路5内水量减少时，可以通过补水阀向水箱91内补水。换热管路5上还设置有压力传感器，压力传感器检测换热管路5的压力，在换热管路5压力过高时，通过泄压阀92来对换热管路5泄压，维持压力稳定。循环水泵93用于带动换热管路5内的水进行循环，以将套管换热器的热量转移至室内散热器6，对室内温度调节。
50.本领域技术人员可以理解的是，上述空调器的设置方式仅仅为优选地，本领域技术人员可以在不偏离本技术原理的前提下，对上述空调器的结构进行调整，以便本技术适用于更加具体的应用场景。举例而言，变容压缩机1的双缸模式和双极模式之间的切换可以不通过第一四通阀71，而是设置多个阀门组，通过控制阀门组内各个阀门的开闭来实现。再如，变容压缩机1的具体结构形式并非一成不变，在能够实现双缸模式和双级模式之间的切换的前提下，本领域技术人员可以调整变容压缩机1的结构，例如改变端口数量、位置、连接关系等。再如，水箱91、泄压阀92、循环水泵93的设置并非必须，本领域技术人员可以根据具体需求选择。再如，第二四通阀72也可以不设置。
51.下面参照图3，对本技术的供暖系统的控制方法进行介绍。
52.如图3所示，为了解决现有热泵制热存在的成本高、冷媒泄漏风险大的问题，本技术的供暖系统的控制方法包括：
53.s101，获取室外环境温度。举例而言，通过设置在室外的温度传感器来获取室外环境温度。
54.s103，根据室外环境温度所处的温度区间，确定变容压缩机的工作模式。举例而言，压缩机的工作模式包括双缸模式和双级模式，双缸模式下冷媒分别流经压缩机的两个压缩缸进行压缩，双级模式下，冷媒依次流经压缩机的两个压缩缸进行压缩。根据室外环境温度所处的区间，来选择压缩机的工作模式，以使得压缩机与当前制热负载相适配。
55.s105，基于工作模式，控制变容压缩机运行。举例而言，在确定工作模式后，控制压缩机以该工作模式运行。
56.本技术的技术方案，通过采用热泵循环来加热水路循环，能够达到与集中供暖相同的效果，并且相较于多末端空调来说成本低，冷媒不参与室内循环，不存在冷媒泄漏风险。通过设置变容压缩机，并且基于室外环境温度所处的温度区间确定变容压缩机的工作模式，使得供暖过程中可以基于负载对变容压缩机进行容量控制，使得压缩机始终处于最佳运行状态高效运行，制热效果佳。
57.下面对本技术的优选实施方式进行介绍。
58.一种实施方式中，“根据室外环境温度所处的温度区间，确定变容压缩机的工作模式”的步骤进一步包括：如果室外环境温度大于等于第一温度阈值，则确定变容压缩机的工作模式为双级模式；如果室外环境温度小于第一温度阈值且大于等于第二温度阈值，则确定变容压缩机的工作模式为双缸模式；如果室外环境温度小于第二温度阈值，则确定变容压缩机的工作模式为双级模式。
59.具体地，第一温度阈值为4～10℃中的任意值，第二温度阈值为-10～0℃中的任意值。本技术以下实施方式中，以第一温度阈值为7℃，第二温度阈值为-5℃为例进行说明。在室外环境温度大于等于7℃时，室内环境的负载小，此时控制压缩机以双级模式运行，可以通过对冷媒进行双级压缩，来降低压缩机运行频率和运行噪音，减少压缩机热量损失，实现压缩机的高效、节电运行。在室外环境温度小于7℃且大于等于于-5℃时，室外环境温度有所降低，室内负载变大，需要更大的制热量，此时控制压缩机以双缸模式运行，在同等频率下可以达到更大的排气量，从而提升制热效果和供暖效果。在室外环境温度小于-5℃时，室外环境温度低，室内负载大，需要提供足够高的冷凝温度来实现换热，普通压缩机在低温环境下会通过拉高压缩比来实现，但压缩比的增大不仅不会使排气温度增加太多，还会导致冷媒存在泄露风险，反而会降低制热效果。而本技术将压缩机工作模式切换为双级模式，可以在更低的运行频率下，实现更大的压缩比，从而满足冷凝温度需求。
60.当然，上述温度区间的划分和压缩机工作模式的选取仅仅为优选地，在其他实施方式中，本领域技术人员可以调整温度区间的划分方式，如划分更多的温度区间或缩减为更少的温度区间，然后针对每个温度区间有针对性地调整压缩机的工作模式，以实现压缩机的高效稳定运行。
61.一种实施方式中，控制方法还包括：在室外环境温度大于等于第一温度阈值时，根据室内环境温度对变容压缩机进行pid控制。
62.具体地，室外环境温度大于等于7℃时，室内环境的负载小，压缩机工作稳定，仅需通过室内环境温度进行压缩机的pid控制，便可完全满足制热和供暖需求。
63.本领域技术人员可以理解，采用pid控制压缩机的频率，仅仅为一种优选的技术方案，本领域技术人员可以选择其他控制方式。
64.一种实施方式中，冷媒与循环水在管式换热器中采取对流换热。具体地，冷媒在管式换热器中的流动方向与循环水在管式换热器的流动方向相反，即二者采用对流换热，可以提高换热效果。优选地，冷媒在管式换热器中上到下流动，可以利用重力作用减少冷媒压力损失，提高冷媒系统的效率。循环水在管式换热器中从下往上流动，进口冷水先与中温中压冷媒对流换热后再与高温高压的冷媒对流换热，被加热到高温热水进入室内。
65.可以理解，对流换热仅仅是一种优选的实施方式，本领域技术人员也可以采用其他换热方式实现冷媒与循环水之间的换热。
66.一种实施方式中，控制方法还包括：获取水箱的实际液位；比较实际液位与液位下限阈值的大小；在实际液位小于液位下限阈值时，控制补水阀打开，直至水箱内的液位达到液位上限阈值。
67.具体地，在水箱实际液位低于液位下限阈值时，换热管路内水量不足，需要补充，此时打开补水阀，向水箱内补水，维持换热管路内水量充足。
68.当然，自动补水仅仅是优选的实施方式，在其他实施方式中，也可以省略补水的步
骤，通过人工方式补水。
69.一种实施方式中，控制方法还包括：获取换热管路的实际压力；比较实际压力与预设压力阈值的大小；在实际压力大于预设压力阈值时，控制泄压阀打开，直至换热管路的压力小于预设压力阈值。
70.具体地，换热管路的压力过大容易导致循环管路爆裂泄漏，通过获取换热管路的压力并在实际压力大于预设压力阈值时，打开泄压阀进行泄压，直至换热管路压力小于预设压力阈值，可以维持换热管路压力稳定，避免管路爆裂。
71.当然，通过泄压阀来泄压的步骤并非必须，本领域技术人员可以基于具体应用场景进行选择。
72.一种实施方式中，控制方法还包括：在变容压缩机工作的过程中，控制循环水泵运行。具体地，由于冷媒与循环水在管式换热器中采用逆流换热，而循环水是下进上出，因此通过控制循环水泵运行，可以保证换热的稳定性，及时将热量循环至散热器。
73.当然，循环水泵的设置并非必须，在不设置循环水泵时，换热管路内的循环水也可以在温度差的作用下循环。
74.下面结合图4，对本技术的空调器的一种可能的运行过程进行简要说明。
75.如图4所示，在一种可能的运行过程中：
76.s201，在热泵循环制热过程中，获取室外环境温度tout，然后执行s202。
77.s202，判断tout≥7℃是否成立？如果成立，则执行s204；否则如果不成立，则执行s203。
78.s203，进一步判断tout＜-5℃是否成立？如果成立，则执行s206否，则如果不成立，则执行s205。
79.s204，控制压缩机运行双级模式，并且压缩机的频率根据室内环境温度进行pid调节。
80.s205，控制压缩机运行双缸模式。
81.s206，控制压缩机运行双级模式。
82.需要说明的是，尽管上文详细描述了本技术方法的详细步骤，但是，在不偏离本技术的基本原理的前提下，本领域技术人员可以对上述步骤进行组合、拆分及调换顺序，如此修改后的技术方案并没有改变本技术的基本构思，因此也落入本技术的保护范围之内。
83.本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本技术的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
84.需要说明的是，尽管上文详细描述了本技术方法的详细步骤，但是，在不偏离本技术的基本原理的前提下，本领域技术人员可以对上述步骤进行组合、拆分及调换顺序，如此修改后的技术方案并没有改变本技术的基本构思，因此也落入本技术的保护范围之内。
85.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本技术的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本技术的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种供暖系统的控制方法，其特征在于，所述供暖系统包括热泵循环和水路循环，所述热泵循环包括通过冷媒管路连通的变容压缩机、管式换热器、节流装置和蒸发器，所述水路循环包括通过换热管路连通的室内散热器和所述管式换热器，所述热泵循环中的冷媒与所述水路循环中的循环水在所述管式换热器内进行热交换，所述变容压缩机具有两个压缩缸，所述控制方法包括：获取室外环境温度；根据室外环境温度所处的温度区间，确定所述变容压缩机的工作模式；基于所述工作模式，控制所述变容压缩机运行；其中，所述变容压缩机的工作模式包括双缸模式和双级模式，所述双缸模式下，所述变容压缩机的两个所述压缩缸单独压缩冷媒，所述双级模式下，所述变容压缩机的两个所述压缩缸先后压缩冷媒。2.根据权利要求1所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，“根据室外环境温度所处的温度区间，确定所述变容压缩机的工作模式”的步骤进一步包括：如果所述室外环境温度大于等于第一温度阈值，则确定所述变容压缩机的工作模式为双级模式。3.根据权利要求2所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：根据室内环境温度对所述变容压缩机进行pid控制。4.根据权利要求2所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，“根据室外环境温度所处的温度区间，确定所述变容压缩机的工作模式”的步骤进一步包括：如果所述室外环境温度小于所述第一温度阈值且大于等于第二温度阈值，则确定所述变容压缩机的工作模式为所述双缸模式。5.根据权利要求4所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，“根据室外环境温度所处的温度区间，确定所述变容压缩机的工作模式”的步骤进一步包括：如果所述室外环境温度小于所述第二温度阈值，则确定所述变容压缩机的工作模式为所述双级模式。6.根据权利要求5所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，所述第一温度阈值为4～10℃中的任意值；并且/或者所述第二温度阈值为-10～0℃中的任意值。7.根据权利要求1至6中任一项所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，所述冷媒与所述循环水在管式换热器中采取对流换热。8.根据权利要求1至6中任一项所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，所述换热管路上还设置有水箱，所述水箱内设置有液位传感器，所述水箱上设置有补水阀，所述补水阀与水源连通，所述控制方法还包括：获取所述水箱的实际液位；比较所述实际液位与液位下限阈值的大小；在所述实际液位小于所述液位下限阈值时，控制所述补水阀打开，直至所述水箱内的液位达到液位上限阈值。9.根据权利要求1至6中任一项所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，所述换热管路上还设置有泄压阀，所述换热管路上还设置有压力传感器，所述控制方法还包括：
获取所述换热管路的实际压力；比较所述实际压力与预设压力阈值的大小；在所述实际压力大于所述预设压力阈值时，控制所述泄压阀打开，直至所述换热管路的压力小于所述预设压力阈值。10.根据权利要求1所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，所述换热管路上还设置有循环水泵，所述控制方法还包括：在所述变容压缩机工作的过程中，控制所述循环水泵运行。

技术总结
本发明涉及暖通技术领域，具体涉及一种供暖系统的控制方法。本申请旨在解决现有热泵制热存在的成本高、冷媒泄漏风险大的问题。为此目的，本申请的供暖系统包括热泵循环和水路循环，热泵循环包括通过冷媒管路连通的变容压缩机、管式换热器、节流装置和蒸发器，水路循环包括通过换热管路连通的室内散热器和管式换热器，热泵循环中的冷媒与水路循环中的循环水在管式换热器内进行热交换，变容压缩机具有两个压缩缸，控制方法包括：获取室外环境温度；根据室外环境温度所处的温度区间，确定变容压缩机的工作模式；基于工作模式，控制变容压缩机运行。本申请采暖效果好，成本低、泄漏风险小，热泵制热效果佳。泵制热效果佳。泵制热效果佳。


技术研发人员：罗荣邦 崔俊
受保护的技术使用者：青岛海尔空调电子有限公司 青岛海尔智能技术研发有限公司 海尔智家股份有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/9