一种水源式除湿调温机的控制方法与流程

1.本发明涉及热泵空调的技术领域，特别是涉及一种水源式除湿调温机的控制方法。


背景技术：

2.传统的辐射制冷/热的地暖水源系统采用空气潜热和显热同时处理的方法。在冬季采暖季节，若要精准调节控制室内环境的温湿度，除了运行地暖系统外，还得另行购买除湿机或除湿器对室内环境进行湿度调节。在过渡季节，特别是在具有暖湿气流的回南天时，室内空气处于低温高湿的状态，若开启地暖水源系统进行降温除湿，会导致蒸发器和地板表面结露，容易滋生霉菌，从而对人体健康产生不良影响。在夏季制冷时下，室内环境温湿度在空间上分布不均匀，人体热舒适性较差。
3.cn201910706482.5专利方案在制冷系统中设置了流体驱动磁耦合除湿机组，有效避免建筑物内围结构产生凝露的问题，但该方案仅能解决室内空气与室外空气对流时的湿度调节问题；cn105509146b专利方案提供了一种具有除湿功能的辐射制冷空调及其控制方法，该除湿制冷空调分为室外机与室内机，室内机换热器分为除湿与恒温二个模块，但该方案仅能解决辐射制冷时的湿度调节问题。因此，研发一种在全年工况下对室内温湿度进行精准调节的水源式除湿调温机及其控制系统极为重要。


技术实现要素：

4.基于此，本发明的目的在于，提供一种水源式除湿调温机的控制方法，该方法将室内空气的显热负荷和潜热负荷分开处理，提高整个系统的能效比，同时能够对室内温湿度进行精准调节，有利于提高全年工况下室内环境的热舒适性，具有简单易行、节能环保的优点。
5.本发明通过如下技术方案进行实现的：
6.一种水源式除湿调温机的控制方法，所述水源式除湿调温机包括调温机组、室内换热器和设置于室内的除湿机组，以及连接所述调温机组、所述室内换热器和所述除湿机组的水循环管路；所述除湿机组包括外壳，所述外壳内设置有压缩机、水源侧换热器、空气侧换热器和风机，以及连通所述压缩机、所述水源侧换热器和所述空气侧换热器的冷媒管路；所述水源侧换热器与所述水循环管路连通；所述方法包括如下步骤：
7.获取室内的环境温度和环境湿度，计算所述环境温度和预设温度阈值的差值，计算所述环境湿度和预设湿度阈值的差值；
8.若所述环境温度大于所述预设温度阈值，且所述环境湿度大于所述预设湿度阈值，所述除湿机组开启除湿模式。
9.本发明所述的一种水源式除湿调温机的控制方法，通过调温机组和室内换热器处理室内空气的显热负荷，通过除湿机组处理室内空气的潜热负荷，有利于提高整个系统制冷/制热的能效比，并实现温湿度的精准调节。
10.进一步地，所述除湿机组还包括出风温度补偿器，所述外壳上形成进风口和出风口，所述进风口和所述出风口之间形成风道，所述出风温度补偿器设置于所述风道内；所述方法还包括如下步骤：
11.若所述环境温度小于所述预设温度阈值，且所述环境湿度大于所述预设湿度阈值，所述除湿机组开启除湿模式，并开启出风温度补偿器。
12.通过出风温度补偿器对除湿后的干冷空气进行再热补偿，提高了室内环境的热舒适性。
13.进一步地，所述出风温度补偿器包括温度补偿管路，所述温度补偿管路的两端分别与所述冷媒管路连通；所述除湿机组开启除湿模式时，所述温度补偿管路中的冷媒温度高于通过的空气温度。
14.进一步地，所述除湿机组还包括用于收集冷凝水的储水盒，所述储水盒包括自动排水阀；所述压缩机和所述水源侧换热器之间的冷媒管路包括第一冷凝段，所述第一冷凝段用于与所述储水盒内的冷凝水进行热交换；所述方法还包括如下步骤：
15.所述除湿机组开启除湿运行时，关闭所述自动排水阀。通过储水盒对冷媒进行预冷凝，降低水源侧换热器冷凝时的热负荷，增加了除湿机组的冷凝能力，使冷凝水的低温热能得到循环利用，具有节能环保的优点。
16.进一步地，还包括如下步骤：
17.若所述环境温度小于所述预设温度阈值，且所述环境湿度小于所述预设温度阈值，所述除湿机组开启辅助制暖模式，开启所述自动排水阀。
18.进一步地，还包括如下步骤：
19.所述辅助制暖模式开启时，若所述环境温度与所述预设温度阈值的差值大于等于预设的差值时，所述除湿机组停止运行。
20.进一步地，所述水循环管路包括水流量控制系统，所述方法还包括如下步骤：
21.若所述环境温度与所述预设温度阈值的差值较大，通过所述水流量控制系统增大所述除湿机组中的水流量；若所述环境温度与所述预设温度阈值的差值较小，通过所述水流量控制系统减少所述除湿机组中的水流量。
22.进一步地，所述调温机组包括室外压缩机、室外四通阀、室外水源侧换热器、室外空气侧换热器、室外节流阀、室外风机和温度控制系统，以及连通所述室外压缩机、所述室外四通阀、所述室外水源侧换热器、室外空气侧换热器和室外节流阀的室外冷媒管路；所述温度控制系统与所述室外压缩机、所述室外四通阀、所述室外节流阀和所述室外风机连接；所述水源侧换热器的进水端或出水端设置有水温传感器；所述方法还包括如下步骤：
23.通过所述水温传感器获取所述水源侧换热器的进水端或出水端的水温；
24.通过所述温度控制系统调节所述室外压缩机的运行参数、所述室外四通阀的换向、所述室外节流阀的开度和所述室外风机的运行参数，使所述水温达到所述预设温度阈值。
25.进一步地，还包括如下步骤：
26.通过所述温度控制系统调节所述室外压缩机的运行参数、所述室外四通阀的换向、所述室外节流阀的开度和所述室外风机的运行参数，且通过所述水流量控制系统调节所述除湿机组中的水流量，使所述水温达到所述预设温度阈值。
27.进一步地，所述除湿机组包括风量调节系统，所述风量调节系统与所述风机连接，所述方法还包括如下步骤：
28.若所述环境温度与所述预设温度阈值的差值较大，通过所述风量调节系统增大所述风机机组的循环风量；若所述环境温度与所述预设温度阈值的差值较小，通过所述风量调节系统减少所述风机机组的循环风量。
29.与现有技术相比，本发明提供的一种水源式除湿调温机的控制方法具有下列优势：(1) 除湿机组与调温机组同步工作，将室内空气的显热负荷和潜热负荷分开处理，起到协同增效作用，有效地增加了整个制冷/热系统的能效比；(2)通过温度控制系统、水流量控制系统、循环风量控制系统和出风温度补偿器，共同实现室内温湿度的精准调节，不仅能满足夏季制冷和冬季制热的常规需求，而且能更好地适用于过渡季节的高温低湿和低温高湿工况，提高全年工况下室内的热舒适性。
30.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
31.图1为本发明一实施例提供的一种水源式除湿调温机的管路结构示意图；
32.图2为本发明一实施例提供的除湿机组的内部结构示意图；
33.图3为本发明一实施例提供的除湿机组的正视图；
34.图4为本发明一实施例提供的除湿机组的爆炸图；
35.图5为本发明一实施例提供的除湿机组的风机单元的立体图；
36.图6为本发明一实施例提供的除湿机组的风机单元的正视图；
37.图7为本发明一实施例提供的除湿机组的风机单元的沿a-a截面的剖面图；
38.图8为本发明一实施例提供的除湿机组的储水盒的立体图。
39.附图标记：外壳10，压缩机20，水源侧换热器30，空气侧换热器40，四通阀50，节流元件61，毛细管62，过滤器63，风机单元70，风道底座71，风道底座曲面71a，风道涡舌 72，贯流风机73，贯流风叶73a，第一接水盘81，第二接水盘82，储水盒83，盒体831，自动排水阀831a，上盖832，水位排水开关832a，水位溢出开关832b，压缩机的排气管91，压缩机的进气管92，扩张式消音器91a，扩张式消音器92a，冷媒管路的第一位置93，冷媒管路的第二位置94，控制器110，温度补偿管路120，调温机组130，温度控制系统131，室内换热器140，供水管路151，回水管路152，循环水泵153，水流量控制系统154。
具体实施方式
40.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施例方式作进一步地详细描述。
41.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
43.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
44.下面给出几个具体的实施例，用于详细介绍本技术的技术方案。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
45.请参阅图1，其为本实施例提供的一种水源式除湿调温机的管路结构示意图，该水源式除湿调温机包括调温机组、室内换热器和除湿机组，以及连通所述调温机组、室内换热器和除湿机组的水循环管路。
46.水循环管路包括供水管路、回水管路、循环水泵和水流量控制系统。水流量控制系统至少包括以下一种：流量阀、节流阀和分集水器，在本实施例中，水流量控制系统为分集水器。分集水器分别通过供水管路和回水管路与调温机组连通；循环水泵设置于回水管路，并位于热泵主机和分集水器之间；室内换热器与分集水器的供水支管路连通；除湿机组与室内换热器和分集水器之间的管路连通，除湿机组跟随水循环管路工作，或者说，除湿机组跟随调温机组工作。具体的，室内换热器为辐射式换热器，例如冷/暖气片、地暖管道等。
47.请参阅图2～4，图2为本实施例提供的除湿机组的内部结构示意图，图3为本实施例提供的除湿机组的正视图，图3为本实施例提供的除湿机组的爆炸图。该除湿机组包括外壳10，设置在外壳内的压缩机20、四通阀50、水源侧换热器30、空气侧换热器40、风机单元70、出风温度补偿器、节流单元、储水单元和控制器110，以及连接压缩机20、水源侧换热器30、空气侧换热器40、四通阀50和节流单元的冷媒管路。
48.水源侧换热器30包括进水管31和出水管32，进水管31和供水管路连通，出水管32和回水管路连通。水源侧换热器30用于使冷媒与水进行热交换，空气侧换热器40用于使冷媒和空气进行热交换；在本实施例中，水源侧换热器30为板式换热器，空气侧换热器40为表冷换热器。
49.外壳上形成进风口和出风口，进风口和出风口之间形成空气和冷媒进行热交换的风道。
50.请参阅图5～7，图5为本实施例提供的风机单元70的立体图，图6为本实施提供的风机单元70的正视图，图7为本实施例提供的风机单元沿图5中的a-a截面的剖面图。风机单元70设置于风道内，包括风道底座71、风道涡舌72、贯流风机73和风量控制系统。风道底座71为阿基米德螺线曲面形状71a，风道底座71、空气侧换热器40和风道涡舌72构成一侧开口的半开放空腔；贯流风机73设置于空腔内部，空腔的开口与外壳上的出风口相对；风量控制系统与贯流风机73连接，用于控制贯流风机73的运行参数。
51.请参阅图3和图4，出风温度补偿器设置于风道内，包括温度补偿管路120。温度补偿管路设置于空气侧换热器40和出风口之间；具体的，温度补偿管路120设置于空腔的开口处。温度补偿管路120包括至少一个u型结构。在本实施例中，温度补偿管路20包括一个u型管；在其他实施例中，温度补偿管路120可以包括由多个u型管构成的蛇型管。
52.温度补偿管路120的两端分别与冷媒管路连通。当除湿机组进行除湿模式、空气侧换热器40处于蒸发吸热状态时，温度补偿管路120中的冷媒温度高于通过的空气温度。
53.具体的，温度补偿管路120的一端与冷媒管路的第一位置93连接，温度补偿管路的
另一端与冷媒管路的第二位置94连接；其中，当空气侧换热器40处于蒸发吸热状态时，所述冷媒的流动方向为从第一位置93流向第二位置94。
54.具体的，第一位置93的冷媒温度高于第二位置的冷媒温度94。
55.优选的，第一位置93位于水源侧换热器30与压缩机20之间的冷媒管路上，第二位置94位于水源侧换热器30和空气侧换热器40之间的冷媒管路上。在其他实施例中，第一位置 93和第二位置94均设置于水源侧换热器30与压缩机20之间的冷媒管路上，或者，第一位置93和第二位置94均设置于水源侧换热器3和空气侧换热器40之间的冷媒管路上。
56.请参阅图2，节流单元包括节流元件61和毛细管62。
57.节流元件61设置于温度补偿管路120，并位于压缩机20和水源侧换热器30之间。在本实施例中，节流元件61为电子膨胀阀，在其他实施例中，节流元件61可以为电磁膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管和节流短管。毛细管62设置于水源侧换热器30与空气侧换热器40之间的冷媒管路。在毛细管62和空气侧换热器40之间的冷媒管路还设有过滤器63，用于除去冷媒中的水分。
58.请参阅图4，储水单元包括第一接水盘81、第二接水盘82和储水盒83。
59.第一接水盘81设置于空气侧换热器40的第一排水侧，第二接水盘82设置于空气侧换热器40的第二排水侧；储水盒83设置于第一接水盘81和第二接水盘82的下方，并通过水管路与第一接水盘81和第二接水盘82连通。请参阅图8，其为本实施例提供的储水盒的立体图。储水盒83包括盒体831，以及盖设于盒体的上盖832。盒体的底部设置有自动排水阀831a，上盖832上设置有水位排水开关832a和水位溢出开关832b。
60.储水盒83用于收集水源除湿机除湿过程中的冷凝水。压缩机20与水源侧换热器30之间的冷媒管路91(即压缩机的排气管)包括第一冷凝段；该第一冷凝段包括至少一个弯曲段，用于与储水盒83中的冷凝水进行热交换。优选的，第一冷凝段设置于储水盒内。可选的，压缩机20与空气侧换热器40之间的冷媒管路92(即压缩机的回气管)包括第二冷凝段，该第二冷凝段包括至少一个弯曲段，用于与储水盒中的冷凝水进行热交换，并且第二冷凝段同样设置于储水盒内。
61.调温机组包括室外压缩机、室外四通阀、室外水源侧换热器、室外空气侧换热器、室外节流阀、室外风机、水温传感器和温度控制系统，以及连通室外压缩机、室外四通阀、室外水源侧换热器、室外空气侧换热器和室外节流阀的室外冷媒管路。水温传感器设置于除湿机组中水源侧换热器30的进水端或排水端，用于获取水源侧换热器30的进水端或排水端的水温，并将水温信号发送至温度控制系统。温度控制系统用于获取水温信号，并根据水温信号与预设温度阈值的差值，调节室外压缩机的运行参数、室外四通阀的换向、室外节流阀的开度和以及室外风机的运行参数，使水温信号达到预设温度阈值。
62.控制系统包括控制器110、出风温度传感器、室内温湿度传感器和风量控制系统。
63.其中，控制器110可以是除湿机组本身的控制单元，即实现除湿机组启停以及频率控制的控制单元；控制器110还可以是单独的控制模块，其可以是具有cpu的控制芯片，或者fpga芯片、嵌入式芯片等。
64.出风温度传感器用于检测出风温度，并通过有线传输或无线传输的方式，将出风温度发送控制器110。同样的，控制器110也可以通过有线传输或无线传输的方式与电子膨胀阀61 连接。控制器110用于接收出风温度信号，并将出风温度信号与预设出风温度进行
对比，进而调节电子膨胀阀61的开度，从而改变温度补偿管路120的温度，使出风温度达到预设出风温度。
65.室内温湿度传感器用于检测室内空间的环境温度和环境湿度，并通过有线传输或无线传输的方式，将环境温度和环境湿度发送控制器110。控制器110还用于接收环境温度和环境湿度，并计算环境温度和预设温度阈值的差值，以及计算环境湿度和预设湿度阈值的差值，进而根据计算结果，控制风量控制系统去调节贯流风机73的运行参数，从而改变除湿机组的循环风量。
66.同时，控制器110还与自动排水阀831a、水位排水开关832a和水位溢出开关832b连接，其连接方式可以为有线传输或无线传输。空气侧换热器40用作蒸发器时，控制器用于关闭自动排水阀831a；空气侧换热器30用作冷凝器时，控制器110用于开启自动排水阀831a；控制器还用于根据水位排水开关832的排水信号和/或水位溢出开关832b的溢出信号，打开自动排水阀。
67.可选的，控制器110还与压缩机20、贯流风机73、四通阀50连接。控制器100用于根据预设温度和出风温度的对比，同时调节压缩机20的运行参数、贯流风机73的运行参数、电子膨胀阀61的开度和四通阀的换向。
68.本发明所述的水源式除湿调温机的工作过程如下：
69.(一)除湿模式：调温机组通过水循环管路向水源侧换热器30供给冷水，冷水与经过水源侧换热器30的冷媒进行热交换，再通过水循环管路回到调温机组。在除湿机组中，水源侧换热器30为冷凝器，空气侧换热器40为蒸发器，冷媒走向为：压缩机——四通阀——毛细管和过滤器——空气侧换热器——压缩机。
70.当环境温度大于预设温度阈值，温度补偿管路的电子膨胀阀61关闭，储水盒的自动排水阀831a关闭。室内的高温空气由进风口进入除湿机组的风道，在空气侧换热器40与冷媒进行热交换，冷媒蒸发吸热，使空气温度降至露点温度以下，冷空气直接由出风口散至室内，而水蒸气凝结成水珠，积聚于第一接水盘和第二接水盘，再通过水管路汇聚于储水盒内。而储水盒83积蓄的冷凝水可以用于冷却压缩机20的排气管91和进气管92，增加除湿机组的冷凝能力，提高了制冷系统的能效比。
71.当环境温度小于预设温度阈值，温度补偿管路的电子膨胀阀61开启，储水盒的自动排水阀831a关闭。室内的高温空气进入除湿机组的风道后，在空气侧换热器40降温除湿，然后通过出风温度补偿器进行再热补偿，最后由出风口吹向室内。此时，储水盒的冷凝水同样用于冷却压缩机20的排气管91和进气管92。
72.(二)辅助制热模式：调温机组通过水循环管路向水源侧换热器30供给热水，热水与经过水源侧换热器30的冷媒进行热交换，再通过水循环系统回到调温机组。在除湿机组中，水源侧换热器30为蒸发器，空气侧换热器40为冷凝器。温度补偿管路的节流阀关闭，储水盒的自动排水阀开启。室内的低温空气进入水源除湿机的风道后，在空气侧换热器升温加湿，并直接将热空气经由出风口排到室内。
73.基于上述水源式除湿调温机，本实施例提供了一种水源式除湿调温机的控制方法：
74.s1、通过室内温湿度传感器获取环境温度和环境湿度，通过水温传感器获取水源侧换热器的进水端或出水端的水温，通过出风温度传感器获取除湿机组的出风温度；
75.s2、计算环境温度与预设温度阈值的差值，计算环境湿度与预设湿度阈值的差值，计算水温与预设温度阈值的差值，计算出风温度与预设出风温度的差值；
76.s3、若环境温度大于预设温度阈值，且环境湿度大于预设湿度阈值，除湿机组开启除湿模式，关闭出风温度补偿器，关闭储水盒的自动排水阀；
77.s4、若环境温度小于预设温度阈值，且环境湿度大于预设湿度阈值，除湿机组开启除湿模式，开启出风温度补偿器，关闭储水盒的自动排水阀；
78.s5、若环境温度小于预设温度阈值，且环境湿度小于预设湿度阈值，除湿机组开启辅助制热模式，关闭出风温度补偿器，开启储水盒的自动排水阀；
79.s6、辅助制暖模式开启时，若环境温度与预设温度阈值的差值大于等于预设的差值时，除湿机组停止运行。在本实施例中，该预设的差值为3℃；除湿机组停止运行时，先关闭压缩机，在压缩机关闭30s后关闭贯流风机，最后关闭控制器。
80.可选的，在步骤s3～5任一步骤中，还包括如下步骤：
81.若环境温度与预设温度阈值的差值较大，通过水流量控制系统增大除湿机组中的水流量；若环境温度与预设温度阈值的差值较小，通过水流量控制系统减少除湿机组中的水流量；
82.若水温不满足预设温度阈值，通过温度控制系统调节水温，使其达到预设温度阈值；也可以通过温度调节系统和温度控制系统共同调节水温，使其达到预设温度阈值；
83.若环境温度与预设温度阈值的差值较大，通过风量调节系统增大风机机组的循环风量；若环境温度与预设温度阈值的差值较小，通过风量调节系统减少风机机组的循环风量。
84.本实施例可以具有多种变形方式，如两个接水盘的下方不另外设置一个储水盒，或者储水盒83不用于制冷过程中对压缩机20的排气管和/或进气管进行冷凝，仅需要设置一个出风温度补偿器即可实现调温除湿的功能；类似的，冷媒管路上也可以不设置四通阀，水源除湿机仅用于制冷和除湿，不用于辅助制热；可选的，压缩机20外部设有压缩机消音罩21，压缩机20与水源侧换热器30之间的冷媒管路设有扩张式消声器91a，压缩机20与空气侧换热器40之间设有扩张式消声器92a。此外，除湿机组的数量为多个，分别设置于不同的室内，或者多个除湿机组设置于同一室内。
85.与现有技术相比，本发明提供的一种水源式除湿调温机的控制方法具有下列优势：(1) 除湿机组与调温机组同步工作，将室内空气的显热负荷和潜热负荷分开处理，起到协同增效作用，有效地增加了整个制冷/热系统的能效比；(2)通过温度控制系统、水流量控制系统、循环风量控制系统和出风温度补偿器，共同实现室内温湿度的精准调节，不仅能满足夏季制冷和冬季制热的常规需求，而且能更好地适用于过渡季节的高温低湿和低温高湿工况，提高全年工况下室内的热舒适性。
86.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。