高低温分区CO2跨临界制冷系统能量梯级回收及多级热回收方法与流程

本发明涉及制冷与热泵系统，尤其涉及高低温分区co2跨临界制冷系统能量梯级回收及多级热回收方法。

背景技术：

1、随着含氟制冷剂逐步受限，天然工质co2因其低全球变暖潜能值而获得应用推广，但其跨临界循环存在较大节流损失，且气体冷却器出口的高温显热具有较高可用能品位，为热能分级利用提供了物理基础，同时，冷链、商业制冷及热泵供能等场景中常同时存在不同温度等级的冷热负荷，促使系统设计由单一制冷向冷热联供方向演进。

2、但是现有跨临界高压侧气体冷却器易受设备末端负荷突变冲击，导致冷却水回温剧烈波动致使热泵最优排气压力频繁偏移，而传统pid滞后严重，使得系统cop显著衰减，同时，蒸发器因化霜周期异步引发回气干度畸变，会出现过热度波动幅值加剧的情况，导致蒸发器有效换热量被进一步削弱，在此基础上，中温冷凝器与高温气体冷却器间的热量分配失衡，导致低温段（30~40℃）余热未被捕获，出现浪费的情况，使得整体能效无法随负荷自适应闭环优化，为此，现提出高低温分区co2跨临界制冷系统能量梯级回收及多级热回收方法，以解决上述提出的问题。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的缺点，本发明提供了高低温分区co2跨临界制冷系统能量梯级回收及多级热回收方法，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：本发明提供了高低温分区co2跨临界制冷系统能量梯级回收及多级热回收方法，包括以下步骤：

3、s1、在目标制冷系统中，采集冷媒密度梯度与冷却水进出水温差，构建冷媒密度梯度与冷却水进出水温差的瞬态响应模型，预判负荷突变方向，提前调节电子膨胀阀开度，使排气压力锚定当前负荷下的实时最优值，有效抑制负荷突变对高压侧的冲击扰动，为后续调节提供稳定的压力基准；

4、s2、基于预判的负荷突变方向，在线校正排气压力目标值，抑制冷却水回温剧烈波动，消除pid滞后导致的cop衰减，使高压侧运行于负荷适配的高效区，确保高压侧始终运行于当前负荷下的能效最优点，显著提升系统部分负荷能效；

5、s3、采集各支路回气温度与压力，计算蒸发器各支路的过热度方差判断是否允许蒸发压力主动跟随最高过热度支路，若超预设阈值则主动升压补偿，使蒸发压力跟随最高过热度支路，否则维持原压，将过热度波动锁定于窄带范围，恢复蒸发器有效换热量，消除化霜异步引发的干度畸变，使各支路换热效率同步恢复至正常水平；

6、s4、待高压侧与过热度双参数收敛后，建立能效比与热回收水温需求的动态映射关系，形成三级梯级分配体系，确保能量调配与实时工况精准对应，实现热回收品位与系统实时能效的协同优化，避免能量供给与需求错配；

7、s5、依据三级梯级分配体系，分配高温段制热、中温段再热和低温段预热流量的三级梯级热回收策略，捕获低温段（30~40℃）余热，消除冷凝器与气体冷却器间的热量分配失衡，实现全温区余热有序回收，使低温段热量得到有效利用而非直接散失；

8、s6、根据各蒸发器实时负荷权重，动态调节对应热回收支路冷媒流量比例，构建全工况能量自适应闭环策略，使制冷系统的能效随负荷波动持续锁定最优运行区，形成全局能量自优化的闭环调控能力，使系统在变工况下持续保持高能效运行。

9、优选的，所述s1具体包括：

10、在制冷系统的气体冷却器冷媒出口管路与冷却水进出口管路中部署高频响应温压复合传感器，以不低于10hz的采样频率同步采集冷媒密度梯度时序信号与冷却水进出水温差时序信号，为瞬态响应模型提供高分辨率的数据输入基础；

11、将冷媒密度梯度时序信号与冷却水进出水温差时序信号输入预先构建的冷媒密度梯度与冷却水进出水温差耦合的瞬态响应模型，所述瞬态响应模型基于历史负荷突变样本训练生成负荷突变方向判别因子，输出负荷骤升或骤降的预判标识，使系统具备提前识别负荷变化趋势的能力，变被动响应为主动预判；

12、依据预判标识，在pid控制器介入前生成电子膨胀阀开度的超前补偿量，该超前补偿量以当前负荷下排气压力最优值对应的开度为基准，提前执行开度预调动作，大幅缩短压力波动的响应时间，抑制超调现象。

13、优选的，所述s1还包括：

14、将超前补偿量分解为粗调分量与微调分量，粗调分量依据负荷突变幅值确定开度步长，微调分量依据冷媒密度梯度的瞬时变化率进行连续线性修正，实现不同尺度扰动的分级处理，使调节动作与扰动程度精确匹配；

15、在预调动作执行后，持续监测排气压力的实际响应曲线，计算实际响应曲线与目标响应曲线之间的动态偏差量，并将该动态偏差量作为反馈信号输入电子膨胀阀的闭环调节环节，基于动态偏差量更新瞬态响应模型的内部权重系数，使负荷突变预判的准确率随运行周期累积而逐步提升，通过闭环自学习机制持续优化模型预测精度，使预判能力随运行时间不断增强。

16、优选的，所述s2具体包括：

17、将预判的负荷突变方向作为前馈扰动输入量，输入排气压力目标值在线校正模块，该模块内置基于冷却水回温变化率的自适应修正函数，使校正动作直接响应回温波动根源，提升前馈控制的针对性；

18、依据自适应修正函数的输出量，调整排气压力的设定目标值，该目标值校正方向与负荷突变方向相反，校正幅值与冷却水回温变化率呈正相关关系，确保校正幅值与干扰程度实时匹配，避免过度调节或调节不足；

19、将校正后的排气压力目标值下发至高压侧压力调节执行机构，所述高压侧压力调节执行机构以校正目标值为基准执行pid精细调节，维持高压侧压力在负荷适配的高效压力区间内持续运行，消除传统pid滞后引起的能效衰减，使高压侧始终锁定于高效运行区。

20、优选的，所述s3具体包括：

21、基于各蒸发器回气管路中布置的温度传感器与压力传感器，同步采集每一条蒸发器支路的回气温度值与回气压力值，并依据冷媒物性参数计算各支路对应的过热度数值，为蒸发器组运行状态评估提供实时数据基础；

22、计算全部蒸发器支路过热度数值的总体方差，并将该总体方差值与预设的过热度方差阈值进行比较，判定当前蒸发器组是否存在由化霜周期异步引发的回气干度畸变，量化评价各支路间的热力不均匀程度，准确识别干度畸变状态；

23、当总体方差值超过预设的过热度方差阈值时，生成蒸发压力升压补偿指令；当总体方差值未超过预设的过热度方差阈值时，维持当前蒸发压力设定值不变，仅在确需干预时启动调节动作，避免无谓扰动引起的系统振荡。

24、优选的，所述s3还包括：

25、在生成升压补偿指令后，遍历全部蒸发器支路的过热度数值，筛选出过热度最高的支路，并以该支路的过热度数值作为蒸发压力主动升压的目标追随基准值，以最不利支路为基准进行补偿，确保整体调节以最恶劣工况为收敛目标；

26、依据目标追随基准值与当前蒸发压力所对应的饱和温度之间的差值，计算升压补偿的幅值与速率，控制电子膨胀阀或吸气节流机构执行主动升压动作，使蒸发压力向所述目标追随基准值对应的饱和压力逼近，确保升压过程平稳可控，避免因调节过快引发新的运行风险；

27、在升压动作执行过程中，持续监测各支路过热度数值的实时方差值，当该实时方差值回落至低于所述预设过热度方差阈值的50%时，终止升压补偿并转入稳态维持模式，将蒸发压力锁定于当前值，确保方差降至正常范围后及时退出补偿，防止过度升压导致能效损失。

28、优选的，所述s4具体包括：

29、待高压侧排气压力波动率小于设定收敛阈值且蒸发器过热度总体方差回归预设的过热度方差阈值范围后，激活能效与热回收动态映射机制，采集包括环境温度、冷却水回水温度与中温冷凝器负荷率的三路输入信号，确保映射机制启动时系统已处于稳定可控的运行状态，避免无效计算；

30、将三路输入信号输入预先构建的非线性映射网络，输出当前工况下系统综合能效比与热回收侧目标供水温度之间的对应关系曲线，使热回收温度目标与系统实时能效之间形成精确对应，避免经验设定带来的偏差；

31、依据对应关系曲线将热回收侧划分为包括高温级热回收区间、中温级热回收区间与低温级热回收区间的三级梯级分配体系，并分别为各级区间设定独立的流量分配优先级与温度目标区间，按品位分级分配热量，确保各级热回收温度目标与实时能效最优工况匹配。

32、优选的，所述s5具体包括：

33、依据三级梯级分配体系中的高温级热回收区间、中温级热回收区间与低温级热回收区间，在各级热回收换热器的进水支路上分别配置独立的三通比例调节阀组与变频循环水泵，确保各级热回收流量可独立调节，避免级间耦合干扰；

34、分别采集高温级热回收出水温度、中温级热回收出水温度与低温级热回收出水温度，并将各出水温度值与对应温度目标区间进行比较，生成各级调节阀组的开度修正信号，使各级出水温度始终受控于各自的目标区间，维持热回收品质的稳定；

35、依据开度修正信号，独立调节流经高温段换热器、中温段冷凝器与低温段预热换热器的载热流体流量，使各级出水温度各自趋近于对应的温度目标区间中心值，实现各级热回收量的按需分配，避免某一级过量或不足影响整体能效。

36、优选的，所述s5还包括：

37、在低温段预热换热器的出口管路中设置旁通支路，该旁通支路将捕获的低温余热介质引导至中温冷凝器的进水预加热盘管或蒸发器底部防结霜加热管路，使原本易被忽视的低温余热得到有效利用，拓展热回收的温度下限；

38、采集低温段预热换热器出口处的实际载热流体温度，若该实际载热流体温度高于中温段冷凝器进水温度且低于中温段冷凝器出水温度，则开启旁通支路调节阀执行低温余热定向输送，确保低温余热仅在具备传热驱动力时被引入，避免无效循环；

39、在定向输送过程中，监测中温段冷凝器的热负荷变化率，依据该热负荷变化率同步调节旁通支路调节阀的开度，以维持中温段冷凝器进水预热后的温度稳定在预设预热目标值，使预热供热量实时跟随中温段负荷波动，确保预热温度始终稳定。

40、优选的，所述s6具体包括：

41、采集各蒸发器支路的过热度数值与对应电子膨胀阀的当前开度值，依据过热度偏离标准值的程度与开度值大小分别计算各蒸发器的实时负荷权重系数，使冷媒分配权重随各蒸发器实际负荷需求动态调整，避免固定配比导致的供需失衡；

42、将各蒸发器的实时负荷权重系数作为分配依据，分别计算各热回收支路冷媒流量的理论分配比例，并通过调节各支路冷媒泵的转速或节流元件开度执行流量比例调整，确保各支路冷媒供给量与其当前热负荷精准匹配，消除过供或欠供现象；

43、将各热回收支路实际输出的热量值及蒸发器侧的实际制冷量反馈至瞬态响应模型与动态映射机制，构成全工况滚动优化的能量自适应闭环控制链路，使系统各环节在实时反馈驱动下协同运行，整体能效随负荷变化持续保持最优。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

45、1、该高低温分区co2跨临界制冷系统能量梯级回收及多级热回收方法，通过构建冷媒密度梯度与冷却水进出水温差的瞬态响应模型，在pid控制器动作前提前输出负荷突变预判标识并生成电子膨胀阀超前补偿量，使排气压力调节由被动滞后响应转变为主动前馈预调，抑制冷却水回温剧烈波动，消除传统控制方式因滞后导致的系统能效衰减，使高压侧压力始终锚定于当前负荷工况下的最优运行点。

46、2、该高低温分区co2跨临界制冷系统能量梯级回收及多级热回收方法，通过采集蒸发器各支路过热度并计算总体方差，以方差阈值作为回气干度畸变的量化判定依据，在化霜周期异步引发过热度分布失均时，主动使蒸发压力向过热度最高支路对应的饱和压力逼近，将过热度波动锁定于窄带范围内，恢复蒸发器有效换热量，消除化霜异步对蒸发器换热性能的不利影响。

47、3、该高低温分区co2跨临界制冷系统能量梯级回收及多级热回收方法，在高压侧与蒸发器侧双参数收敛后，建立系统能效比与热回收水温需求的动态映射关系，将热回收侧划分为高温、中温、低温三级梯级分配区间，并为各级设定独立的温度目标范围与流量分配优先级，使能量调配与实时工况精准对应。