CN101165432B - 智能化光能热泵式冷热水节能机组及控制方法 - Google Patents

智能化光能热泵式冷热水节能机组及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效、节能、环保、充分利用太阳能的智能化光能热泵式冷热水节能机组及控制方法。机组包括保温水箱(1)、太阳能集热器(2)、热泵机组(5)、电脑自动控制器、太阳能出水温度传感器(12)、水箱温度传感器(13)、水箱液位传感器(14)，保温水箱(1)、太阳能集热器(2)通过太阳能侧水循环管路(100)相连接组成太阳能加热循环回路，保温水箱(1)、热泵机组(5)通过热泵侧水循环管路(200)相连接组成热泵加热循环回路，电脑自动控制器包括定时器。方法使太阳能集热器(2)比热泵机组(5)对保温水箱(1)内的水有优先加热权，保温水箱(1)的水位分时段控制，太阳能加热停止后，经过设定延时后才允许热泵加热。本发明可应用于节能领域。

Description

智能化光能热泵式冷热水节能机组及控制方法
技术领域
本发明涉及一种智能化光能热泵式冷热水节能机组及控制方法。
背景技术
太阳能是取之不尽的可再生能源，利用太阳能制取热水可以为用户最大限度的节省能耗开支。宾馆、酒店等场所现有的太阳能热水系统需要使用辅助加热器，如电加热器、锅炉等，这是因为这些场所往往需要24小时供应卫生热水，在阴雨天、夜间等特殊天候条件下，单靠太阳能无法满足制取热水的需要，使用辅助加热器需要消耗额外的能源，既不经济又污染环境。目前还有采用热泵系统制取热水的节能装置，虽然比传统的电加热和燃煤、燃油加热方式节能环保，但是对能量的利用仍然不够充分，制取热水需要热泵不断工作，仍然耗费大量不可再生能源。另外，还出现了将太阳能用于热泵热水系统的装置，现有的太阳能热泵热水装置利用太阳能加热使工质升温，利用高温工质携带热量加热制取热水，即无论太阳能系统是否工作，热泵都要运转，或者热泵不运转仍然需要使用辅助加热器，因此耗能仍然较大。现有的热水系统为了保证用户不间断得到热水，往往在热水箱中储存较多的水量，不能根据实际用水情况调节储存的热水量，因此也耗能较多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高效、节能、环保、充分利用太阳能的智能化光能热泵式冷热水节能机组及该装置的控制方法。
本发明所采用的技术方案是：本发明所述智能化光能热泵式冷热水节能机组包括保温水箱、太阳能集热器、热泵机组、电脑自动控制器，其特征在于：所述智能化光能热泵式冷热水节能机组还包括太阳能侧循环泵、太阳能侧止回阀、热泵侧循环泵、热泵侧止回阀、用户供水泵、供水止回阀、太阳能侧进水止回阀、热泵侧进水止回阀、太阳能侧进水电磁阀、热泵侧进水电磁阀、太阳能出水温度传感器、水箱温度传感器、水箱液位传感器、太阳能侧水循环管路、热泵侧水循环管路、用户热水管路、太阳能侧冷水进水管路、热泵侧冷水进水管路，所述保温水箱、所述太阳能集热器通过所述太阳能侧水循环管路相连接组成太阳能加热循环回路，所述保温水箱、所述热泵机组通过所述热泵侧水循环管路相连接组成热泵加热循环回路，所述太阳能侧循环泵、所述太阳能侧止回阀接入所述太阳能侧水循环管路，所述热泵侧循环泵、所述热泵侧止回阀接入所述热泵侧水循环管路，所述用户热水管路与所述保温水箱相连接，所述用户供水泵、供水止回阀接入所述用户热水管路，所述太阳能侧进水止回阀和所述太阳能侧进水电磁阀通过所述太阳能侧冷水进水管路接入所述太阳能侧水循环管路，所述热泵侧进水止回阀和所述热泵侧进水电磁阀通过所述热泵侧冷水进水管路接入所述热泵侧水循环管路，所述太阳能出水温度传感器设置于所述太阳能集热器的出水口处，所述水箱温度传感器、所述水箱液位传感器设置于所述保温水箱上，所述电脑自动控制器包括定时器。
本发明所述智能化光能热泵式冷热水节能机组的控制方法是：所述太阳能集热器比所述热泵机组对所述保温水箱内的水有优先加热权，只要太阳能加热循环进行，热泵加热循环就停止；所述保温水箱的水位分时段控制，根据热水用户的用水特点对各时段的最低水位Lmin进行设置，在天况好的晴天和用水量较大的时段，所述保温水箱有足够的空间接受太阳能加热进水，在天况不好的阴雨天和用水量较少的夜晚时段，所述保温水箱维持在较低的水位，以保证尽可能短的热泵加热循环时间；太阳能加热循环停止后，经过由所述定时器设定的延时时间后，才允许热泵加热循环。
本发明所述智能化光能热泵式冷热水节能机组的控制方法具体包括以下步骤：
(a)实时检测所述保温水箱的水温T1、所述太阳能集热器的出水温度T2及所述保温水箱的水位高度L1；
(b)判断所述保温水箱的水位高度L1是否小于设定的最低水位Lmin，如果L1＜Lmin，则执行步骤(c)，否则执行步骤(d)；
(c)开启所述热泵侧进水电磁阀对所述保温水箱进行热泵侧补水，直到L1≥Lmin时，关闭所述热泵侧进水电磁阀停止补水；
(d)判断所述保温水箱的水位高度L1是否大于或等于设定的最高水位Lmax，如果L1≥Lmax且T2＞T1，则执行步骤(e)，否则执行步骤(f)；
(e)停止热泵侧补水，启动所述太阳能侧循环泵，所述保温水箱内的水通过所述太阳能集热器循环加热，当L1＜Lmax或T2≤T1时停止；
(f)判断所述太阳能集热器的出水温度T2是否大于供应热水设定的最高温度Tmax，如果T2＞Tmax，则执行步骤(g)，否则执行步骤(h)；
(g)如果热泵侧正在补水，则停止热泵侧补水，开启所述太阳能侧进水电磁阀对所述保温水箱进行太阳能侧补水，直到所述太阳能集热器的出水温度T2小于供应热水设定的最低温度Tmin，即T2＜Tmin时，关闭所述太阳能侧进水电磁阀并启动所述定时器，在所述定时器的运行时间段内禁止热泵侧补水；
(h)判断所述保温水箱的水温T1是否小于供应热水设定的最低温度Tmin，如果T1＜Tmin，则执行步骤(i)，否则执行步骤(j)；
(i)启动所述热泵侧循环泵对所述保温水箱内的水进行循环加热，直到T1≥Tmin时，关闭所述热泵侧循环泵停止加热；
(j)判断所述保温水箱的水位高度L1是否小于所述保温水箱在时刻t应该达到的水位L(t)，如果L1＜L(t)且所述定时器已停止运行，则执行步骤(k)，否则进入下一个循环周期；
(k)开启所述热泵侧进水电磁阀对所述保温水箱进行热泵侧补水，直到L1≥L(t)时，关闭所述热泵侧进水电磁阀停止热泵侧补水，进入下一个循环周期。
本发明的有益效果是：由于本发明所述保温水箱、所述太阳能集热器通过所述太阳能侧水循环管路相连接组成太阳能加热循环回路，所述保温水箱、所述热泵机组通过所述热泵侧水循环管路相连接组成热泵加热循环回路，所述太阳能出水温度传感器设置于所述太阳能集热器的出水口处，所述水箱温度传感器、所述水箱液位传感器设置于所述保温水箱上，所述电脑自动控制器包括定时器，本发明利用太阳能加热直接使循环水升温，减少了利用工质交换热量的过程，对太阳能的利用更充分，同时实现了太阳能和热泵各自独立对所述保温水箱进行补水和对所述保温水箱内的水进行加热，即太阳能系统工作时，热泵不必为了制取热水而运转，减少了一部分能耗，另外，本发明不需要使用辅助加热器加热，因此进一步减少了能耗，对太阳能这种可再生能源利用更充分，通过所述电脑自动控制器控制，只要太阳能加热循环进行，热泵加热循环就停止，从而保证所述太阳能集热器中的热水优先进入水箱循环，通过所述电脑自动控制器控制，所述保温水箱的水位分时段控制，根据热水用户的用水特点对各时段的最低水位Lmin进行设置，在天况好的晴天和用水量较大的时段，所述保温水箱有足够的空间接受太阳能加热进水，在天况不好的阴雨天和用水量较少的夜晚时段，所述保温水箱维持在较低的水位，以保证尽可能短的所述热泵机组的加热时间，防止热泵加热循环维持在一个较高的水位而浪费电能，另外，在太阳能加热循环停止后，经过由所述定时器设定的延时时间后，才允许热泵加热循环进水，设置此限制措施，可以更充分地利用太阳能，同时又兼顾到各时段的水位要求，避免了现有技术不能根据实际用水情况调节储存的热水量的弊端，因此节能效果显著，整体运行效率高，经试验对比，本发明平均比常规太阳能加辅助加热节能25％～35％，比常规热泵热水系统节能45％，故本发明高效、节能、环保、充分利用太阳能；
由于本发明尽可能地利用太阳能，比单纯依靠热泵加热进一步降低使用成本，故本发明综合运行成本低。
附图说明
图1是本发明智能化光能热泵式冷热水节能机组的结构示意图；
图2是本发明智能化光能热泵式冷热水节能机组的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述智能化光能热泵式冷热水节能机组包括保温水箱1、太阳能集热器2、热泵机组5、电脑自动控制器，所述智能化光能热泵式冷热水节能机组还包括太阳能侧循环泵3、太阳能侧止回阀4、热泵侧循环泵6、热泵侧止回阀7、用户供水泵8、供水止回阀9、太阳能侧进水止回阀10、热泵侧进水止回阀15、太阳能侧进水电磁阀11、热泵侧进水电磁阀16、太阳能出水温度传感器12、水箱温度传感器13、水箱液位传感器14、太阳能侧水循环管路100、热泵侧水循环管路200、用户热水管路300、太阳能侧冷水进水管路400、热泵侧冷水进水管路500，所述保温水箱1、所述太阳能集热器2通过所述太阳能侧水循环管路100相连接组成太阳能加热循环回路，所述保温水箱1、所述热泵机组5通过所述热泵侧水循环管路200相连接组成热泵加热循环回路，所述太阳能侧循环泵3、所述太阳能侧止回阀4接入所述太阳能侧水循环管路100，所述热泵侧循环泵6、所述热泵侧止回阀7接入所述热泵侧水循环管路200，所述用户热水管路300与所述保温水箱1相连接，所述用户供水泵8、供水止回阀9接入所述用户热水管路300，所述太阳能侧进水止回阀10和所述太阳能侧进水电磁阀11通过所述太阳能侧冷水进水管路400接入所述太阳能侧水循环管路100，所述热泵侧进水止回阀15和所述热泵侧进水电磁阀16通过所述热泵侧冷水进水管路500接入所述热泵侧水循环管路200，所述太阳能出水温度传感器12设置于所述太阳能集热器2的出水口处，所述水箱温度传感器13、所述水箱液位传感器14设置于所述保温水箱1上，所述电脑自动控制器包括定时器。
如图2所示，本发明所述智能化光能热泵式冷热水节能机组的控制方法是：所述太阳能集热器2比所述热泵机组5对所述保温水箱1内的水有优先加热权，只要太阳能加热循环进行，热泵加热循环就停止；所述保温水箱1的水位分时段控制，根据热水用户的用水特点对各时段的最低水位Lmin进行设置，在天况好的晴天和用水量较大的时段，所述保温水箱1有足够的空间接受太阳能加热进水，在天况不好的阴雨天和用水量较少的夜晚时段，所述保温水箱1维持在较低的水位，以保证尽可能短的热泵加热循环时间；太阳能加热循环停止后，经过由所述定时器设定的延时时间后，才允许热泵加热循环。
本发明所述智能化光能热泵式冷热水节能机组的控制方法具体包括以下步骤：
(a)实时检测所述保温水箱1的水温T1、所述太阳能集热器2的出水温度T2及所述保温水箱1的水位高度L1；
(b)判断所述保温水箱1的水位高度L1是否小于设定的最低水位Lmin，如果L1＜Lmin，则执行步骤(c)，否则执行步骤(d)；
(c)开启所述热泵侧进水电磁阀16对所述保温水箱1进行热泵侧补水，直到L1≥Lmin时，关闭所述热泵侧进水电磁阀16停止补水；
(d)判断所述保温水箱1的水位高度L1是否大于或等于设定的最高水位Lmax，如果L1≥Lmax且T2＞T1，则执行步骤(e)，否则执行步骤(f)；
(e)停止热泵侧补水，启动所述太阳能侧循环泵3，所述保温水箱1内的水通过所述太阳能集热器2循环加热，当L1＜Lmax或T2≤T1时停止；
(f)判断所述太阳能集热器2的出水温度T2是否大于供应热水设定的最高温度Tmax，如果T2＞Tmax，则执行步骤(g)，否则执行步骤(h)；
(g)如果热泵侧正在补水，则停止热泵侧补水，开启所述太阳能侧进水电磁阀11对所述保温水箱1进行太阳能侧补水，直到所述太阳能集热器2的出水温度T2小于供应热水设定的最低温度Tmin，即T2＜Tmin时，关闭所述太阳能侧进水电磁阀11并启动所述定时器，在所述定时器的运行时间段内禁止热泵侧补水；
(h)判断所述保温水箱1的水温T1是否小于供应热水设定的最低温度Tmin，如果T1＜Tmin，则执行步骤(i)，否则执行步骤(j)；
(i)启动所述热泵侧循环泵6对所述保温水箱1内的水进行循环加热，直到T1≥Tmin时，关闭所述热泵侧循环泵6停止加热；
(j)判断所述保温水箱1的水位高度L1是否小于所述保温水箱1在时刻t应该达到的水位L(t)，如果L1＜L(t)且所述定时器已停止运行，则执行步骤(k)，否则进入下一个循环周期；
(k)开启所述热泵侧进水电磁阀16对所述保温水箱1进行热泵侧补水，直到L1≥L(t)时，关闭所述热泵侧进水电磁阀16停止热泵侧补水，进入下一个循环周期。
本实施例中，将供应热水设定的最高温度Tmax＝55℃，供应热水设定的最低温度Tmin＝50℃，即本实施例可为用户全天候全自动提供50℃～55℃热水。
本发明将高效的热泵技术和先进的太阳能光热结合，取代太阳能热水系统常规使用的辅助加热，使热水系统使用更加安全可靠，采用太阳能、空气热能和电能三种干净能源，没有使用油、煤、气等矿物燃料所造成的环境污染，是真正的高效节能、绿色环保系统，经试验对比，本发明平均比常规太阳能加辅助加热节能25％～35％，比常规热泵热水系统节能45％。本发明在整个的运行过程中都会对所述保温水箱1的水位进行动态而精确的控制，会根据太阳辐射的强弱进行智能分析，在不同的时刻调节不同的进水量，特别针对宾馆、酒店等用户24小时全天候供应卫生热水的特点，该装置在极大程度地利用太阳能的同时，还借助于高效的空气源热泵保障各种天候下的热水供应，确保每天24小时都有合适温度的热水使用，不受阴晴、昼夜的影响，提供全天候热水智能控制系统，比单纯依靠太阳能加热更能保证供热水的稳定性。采用最优的算法使系统运行电耗达到最低，从而使整个装置系统的运行成本降到最低，并且最大限度提高运行的可靠性，使用年限长，投资回报率高，是真正为用户节省能源开支、提高经济效益的节能装置系统。
本发明可广泛应用于节能领域，特别适用于具有一定采光面积，用水量较大，希望得到最少运行成本的客户，如宾馆、酒店、学校、工厂等。

Claims (3)

1.一种智能化光能热泵式冷热水节能机组，包括保温水箱(1)、太阳能集热器(2)、热泵机组(5)、电脑自动控制器，其特征在于：所述智能化光能热泵式冷热水节能机组还包括太阳能侧循环泵(3)、太阳能侧止回阀(4)、热泵侧循环泵(6)、热泵侧止回阀(7)、用户供水泵(8)、供水止回阀(9)、太阳能侧进水止回阀(10)、热泵侧进水止回阀(15)、太阳能侧进水电磁阀(11)、热泵侧进水电磁阀(16)、太阳能出水温度传感器(12)、水箱温度传感器(13)、水箱液位传感器(14)、太阳能侧水循环管路(100)、热泵侧水循环管路(200)、用户热水管路(300)、太阳能侧冷水进水管路(400)、热泵侧冷水进水管路(500)，所述保温水箱(1)、所述太阳能集热器(2)通过所述太阳能侧水循环管路(100)相连接组成太阳能加热循环回路，所述保温水箱(1)、所述热泵机组(5)通过所述热泵侧水循环管路(200)相连接组成热泵加热循环回路，所述太阳能侧循环泵(3)、所述太阳能侧止回阀(4)接入所述太阳能侧水循环管路(100)，所述热泵侧循环泵(6)、所述热泵侧止回阀(7)接入所述热泵侧水循环管路(200)，所述用户热水管路(300)与所述保温水箱(1)相连接，所述用户供水泵(8)、供水止回阀(9)接入所述用户热水管路(300)，所述太阳能侧进水止回阀(10)和所述太阳能侧进水电磁阀(11)通过所述太阳能侧冷水进水管路(400)接入所述太阳能侧水循环管路(100)，所述热泵侧进水止回阀(15)和所述热泵侧进水电磁阀(16)通过所述热泵侧冷水进水管路(500)接入所述热泵侧水循环管路(200)，所述太阳能出水温度传感器(12)设置于所述太阳能集热器(2)的出水口处，所述水箱温度传感器(13)、所述水箱液位传感器(14)设置于所述保温水箱(1)上，所述电脑自动控制器包括定时器。
2.一种权利要求1所述的智能化光能热泵式冷热水节能机组的控制方法，其特征在于：所述太阳能集热器(2)比所述热泵机组(5)对所述保温水箱(1)内的水有优先加热权，只要太阳能加热循环进行，热泵加热循环就停止；所述保温水箱(1)的水位分时段控制，根据热水用户的用水特点对各时段的最低水位Lmin进行设置，在天况好的晴天和用水量较大的时段，所述保温水箱(1)有足够的空间接受太阳能加热进水，在天况不好的阴雨天和用水量较少的夜晚时段，所述保温水箱(1)维持在较低的水位，以保证尽可能短的热泵加热循环时间；太阳能加热循环停止后，经过由所述定时器设定的延时时间后，才允许热泵加热循环。
3.根据权利要求2所述的智能化光能热泵式冷热水节能机组的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)实时检测所述保温水箱(1)的水温T1、所述太阳能集热器(2)的出水温度T2及所述保温水箱(1)的水位高度L1；
(b)判断所述保温水箱(1)的水位高度L1是否小于设定的最低水位Lmin，如果L1＜Lmin，则执行步骤(c)，否则执行步骤(d)；
(c)开启所述热泵侧进水电磁阀(16)对所述保温水箱(1)进行热泵侧补水，直到L1≥Lmin时，关闭所述热泵侧进水电磁阀(16)停止补水；
(d)判断所述保温水箱(1)的水位高度L1是否大于或等于设定的最高水位Lmax，如果L1≥Lmax且T2＞T1，则执行步骤(e)，否则执行步骤(f)；
(e)停止热泵侧补水，启动所述太阳能侧循环泵(3)，所述保温水箱(1)内的水通过所述太阳能集热器(2)循环加热，当L1＜Lmax或T2≤T1时停止；
(f)判断所述太阳能集热器(2)的出水温度T2是否大于供应热水设定的最高温度Tmax，如果T2＞Tmax，则执行步骤(g)，否则执行步骤(h)；
(g)如果热泵侧正在补水，则停止热泵侧补水，开启所述太阳能侧进水电磁阀(11)对所述保温水箱(1)进行太阳能侧补水，直到所述太阳能集热器(2)的出水温度T2小于供应热水设定的最低温度Tmin，即T2＜Tmin时，关闭所述太阳能侧进水电磁阀(11)并启动所述定时器，在所述定时器的运行时间段内禁止热泵侧补水；
(h)判断所述保温水箱(1)的水温T1是否小于供应热水设定的最低温度Tmin，如果T1＜Tmin，则执行步骤(i)，否则执行步骤(j)；
(i)启动所述热泵侧循环泵(6)对所述保温水箱(1)内的水进行循环加热，直到T1≥Tmin时，关闭所述热泵侧循环泵(6)停止加热；
(j)判断所述保温水箱(1)的水位高度L1是否小于所述保温水箱(1)在时刻t应该达到的水位L(t)，如果L1＜L(t)且所述定时器已停止运行，则执行步骤(k)，否则进入下一个循环周期；
(k)开启所述热泵侧进水电磁阀(16)对所述保温水箱(1)进行热泵侧补水，直到L1≥L(t)时，关闭所述热泵侧进水电磁阀(16)停止热泵侧补水，进入下一个循环周期。
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