CN101970941A - 供热系统及控制该供热系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种供热系统，该供热系统包括：热泵，其具有通过制冷剂管路连接成回路的蒸发器(14)、压缩机(15)、冷凝器(25)和膨胀装置(13)；供热流体管路，其通过所述冷凝器(25)以在制冷剂和供热流体之间交换热量；由所述供热流体分别供热至第一设定温度和第二设定温度的至少第一对象(40，41)和第二对象；阀(32)，其至少能够在第一位置和第二位置之间切换，所述第一位置用于提供供热流体以向所述第一对象(40，41)供热，而所述第二位置用于提供供热流体以向所述第二对象供热；至少两个传感器(60，63)，其分别用于检测所述第一对象和所述第二对象处的第一实际温度和第二实际温度，以及控制装置，其被配置成在基于需求的模式下至少基于所述第一设定温度和所述第一实际温度确定第一需求，并至少基于所述第二设定温度和所述第二实际温度确定第二需求，并且被配置成基于所述第一需求与所述第二需求的比较将所述阀切换到所述第一位置和所述第二位置。此外，本发明还公开了用于控制上述供热系统的方法。

Description

供热系统及控制该供热系统的方法

技术领域

本发明涉及供热系统及控制该供热系统的方法。然而，应当理解的是：本发明还可以应用于组合的制热和制冷设备，用于在制热模式下控制该设备。更具体地说，本发明涉及一种供热系统，该供热系统包括：热泵，具体地说是空气源热泵，其具有通过制冷剂管路连接成回路的室外蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀装置；供热流体管路，其通过冷凝器以在制冷剂和热流体之间交换热量；以及要由所述供热流体加热至第一设定温度和第二设定温度的至少第一对象和第二对象。

背景技术

在现有系统中，基于设定的优先级来控制这种供热系统。即，如果第一和第二对象都具有热需求，即，需要供应供热流体，则用户手工输入首先服务第一和第二对象中的哪一个。然后独立地根据优先对象所需热量的量为该优先对象服务，而使另一对象等待，直到满足了优先对象的需求为止。

在将生成家用热水设为优先的情况下，室内温度有可能会降低到舒适水平以下。在将房间供热设为优先的情况下，如果热水生成不足，则可能会在家用热水生成上出现不便。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是提供上述简介部分所描述的供热系统和用于控制供热系统的方法，其不仅能够防止例如待供热的房间内的温度的严重下降，还能够同时向例如热水容器中的热水进行足够的供热，且尽可能地高效。

通过权利要求1中限定的供热系统和权利要求9中限定的控制该供热系统的方法而实现这个目的。

本发明的实施方式在从属权利要求中限定。

技术方案

本发明的基本构思是向所述供热系统提供一种自适应控制装置，该自适应控制装置基于第一和第二对象的供热需求的比较来控制向待供热的第一和第二对象供应的供热流体。因此，本发明考虑了待供热的对象双方的供热需求，比较这些需求，并基于该比较确定首先为第一和第二对象中的哪一个服务，即，向其提供供热流体。

本发明的供热系统包括热泵，其具有通过制冷剂管路连接成回路的蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀装置。应当理解的是：组合供热和制冷设备中的热泵也可以在制冷模式下工作，这与制热模式相比反转。在制冷模式下，蒸发器将用作热泵的冷凝器、而冷凝器将用作热泵的蒸发器。此外，本发明的供热系统包括供热流体管路，其通过所述冷凝器以在制冷剂和供热流体之间交换热量，以及分别要由所述供热流体加热到第一设定温度和第二设定温度的至少第一对象和第二对象。此外，为了选择性地提供供热流体以向第一对象或第二对象供热，本发明的供热系统包括阀，其至少能够在第一位置和第二位置之间切换，所述第一位置用于提供供热流体以向所述第一对象供热，而所述第二位置用于提供供热流体以向所述第二对象供热。此外，设置了至少两个传感器，其分别用于在所述第一对象和所述第二对象处检测第一实际温度和第二实际温度。本发明的供热系统的控制装置被配置成：在基于需求的模式下，至少基于所述第一设定温度和所述第一实际温度确定第一需求并至少基于所述第二设定温度和所述第二实际温度确定第二需求，并且基于所述第一需求和所述第二需求将所述阀切换到所述第一位置和所述第二位置，以服务所述第一对象或者第二对象，由此满足所述第一需求或者所述第二需求(供热需求)。应当理解的是，至少基于第一设定温度和第一实际温度来确定第一需求，但是还可以考虑其他参数来确定这些需求，例如同时考虑时间和温度。如果除所述温度之外的这些参数是足够重要的，也可以仅基于这些参数来确定需求。此外，可以至少基于设定温度和实际温度之间的差来确定第一需求和第二需求。

在一个优选实施方式中，所述控制装置被配置为：如果所述第一需求高于所述第二需求，则将所述阀切换到所述第一位置，并且如果所述第二需求高于所述第一需求，则将所述阀切换到所述第二位置。不言而喻，所述控制装置被配置为：如果不存在第二需求，则将所述阀切换到所述第一位置，并且如果不存在第一需求，则将所述阀切换到所述第二位置。然而，即使存在第一和第二需求，根据本优选实施方式，所述控制装置切换所述阀以为较高的需求服务。

如前所述，优先考虑的是，所述第一对象是要供热的房间内设置的至少一个散热器，其中该散热器在其上游侧经由所述阀连接到所述供热流体管路。根据一个优选实施方式，散热器包括地板供热回路，或者可以全部由地板供热回路构成。然而，辐射器和地板供热回路的组合也可以形成本发明的散热器。

在本实施方式中，优选的是，第一实际温度是到散热器的实际流温度，即，供热流体到散热器的流温度，而第一设定温度是到散热器的期望流温度，可能需要该温度来获得期望室温。

此外，如前所述，第二对象是容纳在热水容器中的水。根据一个实施方式，上游侧经由所述阀连接到供热流体管路的管道的一部分连接到用于将来自供热流体的热量传递给所述水的热交换器。根据另一实施方式，所述管道的一部分形成热交换器并以例如以盘管形式通过热水容器的内部，由此将来自供热流体的热量传递给水。

在该实施方式中，优选的是所述第二实际温度是容纳在所述热水容器中并要加热的水的实际温度，而所述第二设定温度是所述水的期望温度。

此外，为了使用户能够在基于优先需求的模式和优先模式之间选择，所述控制装置具有用于选择模式的输入装置，其中，在优先模式中针对第一和第二对象手动设置优先级。该输入装置还可以包括诸如按钮的用于在需要的情况下选择加速模式的输入元件，在该加速模式中，热水容器中的附加加热器被手动启动以迅速对容器中的水进行供热。

此外，如前所述，本发明还提供了一种控制上述供热系统的方法。所述控制方法包括下述步骤：至少基于所述第一设定温度和所述第一实际温度计算第一需求、并且至少基于所述第二设定温度和所述第二实际温度计算第二需求，比较第一需求和第二需求，并且基于所述比较向所述第一对象或所述第二对象供热，即，向所述第一对象或所述第二对象提供供热流体。

本发明的方法的实施方式对应于上述供热系统的优选实施方式，从而为了避免重复，仅参照从属权利要求和上述描述。

附图说明

由结合附图对优选实施方式所进行的详细描述，本发明的附加特征及优点将变得清楚。

图1是可以实施本发明的房间供热和制冷设备的立体图；

图2是用于示意性地解释图1所示设备的组成的系统框图。

具体实施方式

以下，根据在如下设备中的实施来描述本申请：该设备能够对预定空间(房间)进行供热和制冷、并能够对热水容器中的水进行加热，该水经由管路50用于清洁目的，例如水龙头52、沐浴喷头51等(见图1)。然而，应当理解的是：本发明还可以在除图1和图2中所示设备之外的合适的其他设备中实施。

图1中所示设备由三个主要部分构成，室外单元10、室内单元20和热水容器30。室外单元10连接到管路11、12，管路11、12将室外单元10连接到室内单元20。室外单元10包括制冷剂管路的入口/出口12和出口/入口11。室内单元20包括制冷剂管路的入口/出口24和出口/入口23。此外，室内单元具有用于使流体在流体回路中循环的出口21和入口22(取决于模式，流体是供热流体或供冷流体)。该流体可以是水或者盐溶液。出口21的管路下游经由阀32连接到管路31和管路35。管路31以盘管的形式通过热水容器30的内部(见图1)，并经由管路34(其连接到通往入口22的管路36)离开热水容器30。阀32下游的管路35通往散热器41和/或地板下供热回路40，然后经由管路36和入口22返回室内单元。

可以看出，到室外单元10的连接11、12和到室内单元的连接23、24可以根据系统运行的模式(即，制热模式或制冷模式)分别反转。

如图2所示，室外单元包括蒸发器和/或冷凝器14、四通阀16、压缩机15和膨胀装置13(其可以是电动阀或毛细管节流装置)。室内单元20除其他部件外还包括冷凝器/蒸发器25。这些部件形成了热泵。因此，蒸发器/冷凝器14、压缩机15、冷凝器/蒸发器25和膨胀装置13通过制冷剂管路17、18而顺序地连接成回路或环路。通过压缩机18使制冷剂在制冷剂管路17、18中循环。在制热模式下，在图2中制冷剂沿顺时针方向循环。因此，离开冷凝器25且在膨胀装置13的上游具有第一温度Ti的制冷剂通过膨胀装置13，压力减小。之后，制冷剂通过蒸发器14并被蒸发，在蒸发器14的下游具有高于第一温度的第二温度T2。制冷剂在离开蒸发器14之后通过压缩机，压力增加。最后，制冷剂在冷凝器25中再次被冷凝到第一温度Ti，其中，来自制冷剂的热量传递到经由连接部(入口22和出口21)连接到室内单元的管路中的水或者盐溶液(流体)。

在制冷模式下，该过程相反，其中，部件14用作冷凝器而部件25用作蒸发器。然后制冷剂在图2中沿逆时针方向循环。

室内单元20还包括泵27和备用加热器26。泵用于使流体(供热或供冷流体)在流体回路(21，31，34，35，36，22)中循环。备用加热器26的用途在于应对上述热泵不能满足全部供热需求的情况(非常低温时，例如，低于-10摄氏度)。该备用加热器26在某些情况下可以省略。

在制热模式下，流体(供热流体)通过入口22进入室内单元20，通过冷凝器25，其中，热量从制冷剂传递到该流体，然后流过备用加热器26(在该加热器26中，如果需要还可以对该流体进行额外的加热)，最后通过使流体在流体回路中循环的泵27。然后通过控制阀32，将流体提供给地板供热回路40和散热器41(见图1)或者提供给热水容器管路(31、34)。在后一情况下，流体可以通过管路31进入热水容器30，经过热水容器30内部的供热盘管，从而将热量从流体传递给热水容器30内容纳的水，随后通过管路34和36返回回路，最后再通过入口22回到室内单元。同样，流体还可以提供给图1中示出的作为散热器的地板供热回路40或者辐射器41，然后通过入口22返回室内单元。在流体温度不足以加热热水容器中的热水时，可以在热水容器中设置附加(加速)加热器33。

如前所述，供冷模式下流体的循环相同，只是热泵的循环(制冷剂的流向)相反。

此外，该系统还包括温度传感器60，其检测从室内单元流出的供热流体的温度，该温度在以下作为供热流体的实际流温度。设置附加温度传感器63来检测热水容器30中的热水的温度。

以下解释根据本发明的实施方式的控制装置。

通常设置在室内单元内或室内单元上的输入装置(未示出)用于输入到散热器40、41的供热流体的期望流温度(第一设定温度)和热水容器30中的期望水温(第二设定温度)。

可选地，还可以基于室外温度(环境温度)和/或要供热的房间内的室温自动地调节流温度。即，如果室外温度降低，则提高流温度，反之亦然，和/或如果流温度对于要供热的房间来说过高，导致向散热器供给供热流体和不向散热器供给供热流体之间的转换率过高，则降低流温度，反之亦然。

在运行时，控制装置通过传感器60、63检测流出室内单元的供热流体的流温度，作为第一实际温度，并检测热水容器30中的热水的温度，作为第二实际温度。

控制装置基于第一设定温度和第二设定温度以及第一实际温度和第二实际温度，确定散热器40、41的第一需求和热水容器30的第二需求。该计算或确定可以包括计算或确定第一设定温度与第一实际温度之间的差、以及第二设定温度与第二实际温度之间的差。其他参数也会影响第一和第二需求的结果。这些参数可以从能够由安装者选择的现场设置组中选择。

如果只有散热器40、41或者只有热水容器30需要热量，即，供热流体提供给散热器40、41或者热水容器30，则满足该需求。如果散热器40、41和热水容器30都需要热量，则控制装置比较第一需求与第二需求，并根据哪个需求更高来为散热器40、41或者热水容器30服务。即，如果第一需求更高，则阀32切换到第一位置，经由管路35将供热流体提供给散热器40、41。在第二需求高于第一需求的情况下，阀32切换到第二位置，经由管路31将供热流体提供给热水容器30，供热流体通过热水容器30内的供热盘管，并经由管路32和36返回室内单元，由此通过将流过供热盘管的供热流体的热量传递给热水容器30中的水来加热热水容器30中的热水。

如果用户通过前述供热系统的输入装置(未示出)选择了优先模式，则控制装置从上述基于需求的模式改变为优先模式，其中，用户需要设定向房间供热(即，向散热器40、41提供供热流体)优先，或者设定向热水容器30中的热水供热(即，向热水容器30提供供热流体)优先。此外，该系统可以包括选择“加速模式”的按钮，该加速模式能够启动热水容器30中的附加加热器以迅速加热热水容器中的水，以便迅速获得期望温度(第二设定温度)。在基于需求的模式下，如果第一需求高于第二需求，供热流体提供给散热器40、41而不是热水容器30，并且如果传感器63测量的实际温度下降到低于容器中热水的期望温度(第二设定温度)的预定温度以下，则还可以通过控制装置来启动该附加加热器33，以便同时在热水容器30中获得期望的水温。

尽管针对组合供热和制冷设备描述了本发明，但本发明还可以应用于不具备制冷能力的供热系统。此外，还将散热器40、41和热水容器30作为第一对象和第二对象对本发明进行了描述。然而，应当理解的是：除上述对象之外本发明还可以用于对其他对象进行供热。

Claims (12)

1.一种供热系统，该供热系统包括：

热泵，其具有通过制冷剂管路连接成回路的蒸发器(14)、压缩机(15)、冷凝器(25)和膨胀装置(13)；

供热流体管路，其通过所述冷凝器(25)以在制冷剂和供热流体之间交换热量；

要由所述供热流体分别供热到第一设定温度和第二设定温度的至少第一对象(40，41)和第二对象；

阀(32)，其至少能够在第一位置和第二位置之间切换，所述第一位置用于提供供热流体以向所述第一对象(40，41)供热，所述第二位置用于提供供热流体以向所述第二对象供热；

至少两个传感器(60，63)，其分别用于检测所述第一对象和所述第二对象处的第一实际温度和第二实际温度，以及

控制装置，其被配置为在基于需求的模式下，至少基于所述第一设定温度和所述第一实际温度确定第一需求并至少基于所述第二设定温度和所述第二实际温度确定第二需求，并且被配置成基于所述第一需求与所述第二需求的比较将所述阀切换到所述第一位置和所述第二位置。

2.如权利要求1所述的供热系统，其中，所述控制装置被配置为：如果所述第一需求高于所述第二需求，则将所述阀(32)切换到所述第一位置，而如果所述第二需求高于所述第一需求，则将所述阀切换到所述第二位置。

3.如权利要求1或2所述的供热系统，其中，所述第一对象是设置在要供热的房间内的至少一个散热器(40，41)，该散热器在其上游侧经由所述阀(32)连接到所述供热流体管路。

4.如权利要求3所述的供热系统，其中，所述散热器包括地板供热回路(40)。

5.如权利要求3或4所述的供热系统，其中，所述第一实际温度是到所述散热器(40，41)的实际流温度(To)，所述第一设定温度是到所述散热器的期望流温度。

6.如前述权利要求中任何一项所述的供热系统，其中，所述第二对象是容纳在热水容器(30)中的水，其中，下述管道的一部分连接到用于将热量传递给所述水的热交换器，或者形成通过所述热水容器(30)内部的热交换器，该管道的上游侧经由所述阀(32)连接到所述供热流体管路的管道的一部分。

7.如权利要求6所述的供热系统，其中，所述第二实际温度是容纳在所述热水容器(30)中并要被加热的水的实际温度，所述第二设定温度是所述水的期望温度。

8.如前述权利要求中任何一项所述的供热系统，其中，所述控制装置具有用于在所述基于需求的模式和优先模式之间进行选择的输入装置，在所述优先模式中，手动设定所述第一对象或者所述第二对象优先。

9.一种控制供热系统的方法，

该供热系统包括热泵、供热流体管路和要由所述供热流体的热量分别供热到第一设定温度和第二设定温度的至少第一对象(40，41)和第二对象，其中所述热泵具有通过制冷剂管路连接成回路的蒸发器(14)、压缩机(15)、冷凝器(25)和膨胀装置(13)，所述供热流体管路通过所述冷凝器以在制冷剂和供热流体之间交换热量，所述方法包括：

分别检测所述第一对象和所述第二对象的第一实际温度和第二实际温度，

至少基于所述第一设定温度和所述第一实际温度计算第一需求，并且至少基于所述第二设定温度和所述第二实际温度计算第二需求，

比较所述第一需求和所述第二需求，以及

基于所述比较向所述第一对象(40，41)或者所述第二对象进行供热。

10.如权利要求9所述的方法，其中，在所述第一需求高于所述第二需求时，向所述第一对象(40，41)供热，在所述第二需求高于所述第一需求时，向所述第二对象供热。

11.如权利要求9或10所述的方法，其中，所述第一对象是设置在要供热的房间内的散热器(40，41)，并且所述第一实际温度是到所述房间内的所述散热器的实际流温度，所述第一设定温度是到所述散热器的期望流温度。

12.如权利要求9到11中任何一项所述的方法，其中，所述第二对象是容纳在热水容器(30)中的水，所述第二实际温度是容纳在所述热水容器(30)中并且要加热的水的实际水温，所述第二设定温度是所述水的期望温度。

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