CN103370577B - 加热器和用于控制加热器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加热器，该加热器包括：流动回路，该流动回路用于使设定流动温度（Ts）下的工作流体流动至散热部段；电力驱动热泵（20），该电力驱动热泵具有第一换热器（22），该第一换热器连接于流动回路用以将热量传递至工作流体；燃料燃烧锅炉（10），该燃料燃烧锅炉具有第二换热器，该第二换热器连接于流动回路，用以将热量传递至第一换热器（22）下游的工作流体；以及控制件，该控制件构造成确定热泵关于Ts的性能系数（COPTs）以及电价除以燃料价格再乘以锅炉热效率的收支平衡性能系数（BECOP），并将该COPTs与BECOP进行比较，其中，如果COPTs小于BECOP，则控制件构造成在第一混合模式中确定COPTi高于BECOP的中间流动温度（Ti）并操作热泵（20）以将流体加热至Ti以及操作锅炉（10）以将流体从Ti加热至Ts。本发明还涉及相对应的控制方法。

Description

加热器和用于控制加热器的方法
技术领域
本发明涉及用于空间加热的加热器以及用于控制此种加热器的方法。具体地说，本发明涉及一种所谓的混合加热器，该混合加热器具有作为第一热源的电力驱动热泵和作为第二热源的燃料燃烧锅炉。
背景技术
例如从WO-A-2010/058397A1中已知此种混合加热器。该系统构造成当热泵的操作比传统加热系统的操作便宜时操作热泵，而当传统加热系统的操作比热泵的操作便宜时操作传统加热系统。
该系统的缺点在于热泵和传统加热系统是交替操作的。然而，热泵系统的操作从环境保护的观点来看是较佳的。此外，可进一步改进成本有效性。
此外，US-A-2010/0090017A1也披露了一种混合加热系统，其中甚至在无法满足热负荷的较低室外温度的情形下也可操作热泵，并且诸如燃气炉之类的一种其它热源用于应付无法由热泵提供的剩余热负荷。此种系统的缺点在于，热泵甚至会在极低的性能系数（COP）下操作，这会导致低效且如果考虑操作成本则该系统是很费钱的。
[引用列表]
[专利文献]
[文献1]
WO-A-2010/058397A1
[文献2]
US-A-2010/0090017A1
发明内容
鉴于上文所述，本发明的目的是提供一种混合加热器和用于控制此种混合加热器的方法，该混合加热器在考虑操作成本方面改进成本有效性，同时尽可能环境友好。
解决技术问题的方案
通过具有权利要求1所述特征的加热器以及如权利要求11所述的用于控制此种加热器的方法来达成该目的。
在从属权利要求中披露本发明的实施例。
本发明的基本原理在于，即使在燃料燃烧锅炉的操作比热泵操作更具成本有效性的情形下，由热泵提供至少加热所需的热负荷比例，较佳地提供较大比例。在此种模式中，加热器同时操作热泵和锅炉，从而一起将工作流体加热至所需的流动温度。
因此，本发明提出一种加热器、尤其是用于空间加热的加热器。然而，除了空间加热以外，本发明的加热器也可用于冷却目的和/或提供家用热水。
关于空间加热，加热器包括流动回路，用以使诸如水之类的工作流体在设定的流动温度下流动至用于空间加热的散热部段。该散热部段可包括暖气片、地热和/或对流式加热器，并且会位于诸如住宅楼之类待加热的空间中。流动温度是被限定为在工作流体被热源加热之后以及（紧接着的）在供给至散热部段之前的工作流体的温度，流动温度也可被限定为供给温度。离开散热部段并且在被热源加热之前的工作流体的温度被称为回流温度。流动温度可以是由使用者设定的数值，但较佳地是由控制件基于环境（室外）温度设定的数值。确定流动温度时考虑的又一参数是由使用者设定的期望室温。也就是说，如果环境温度升高，则流动温度会降低。如果环境温度降低，则流动温度升高，从而可获得设定的空间（房间）温度。为此，较佳的是，加热器还包括室外传感器，用以测量环境（室外）温度。
本发明的加热器包括电力驱动的热泵。此种热泵可包括电力驱动压缩机（可变频率，尤其是逆变器控制的压缩机）、第四换热器（在加热模式中用作蒸发器）、膨胀机构以及第一换热器（在加热模式中用作冷凝器），这些构件在包含制冷剂的热泵循环中相连接。制冷剂可例如是R410A。在加热器的加热模式中，并且如果空气热泵用作热泵，则热量从室外空气中提取并借助第四换热器传递至制冷剂。热量随后借助第一换热器从制冷剂传递至工作流体，以加热工作流体。
根据本发明还设有燃料燃烧锅炉，较佳地是传统气体锅炉，甚至更佳的是气体冷凝锅炉。此种锅炉经由第二换热器将来自燃烧和冷凝的热量（经排出部冷凝的燃料气体）传递至工作流体，以加热工作流体。第二换热器可例如由穿过或围绕或构成燃烧室一部分的管件形成。管件可由用于供水的供给管线形成或者可独立于该供给管线。
在本发明的一个实施例中，散热部段的出口可与第一换热器的进口流体连通，且第一换热器的出口可与第二换热器的进口流体连通，而第二换热器的出口可与散热部段的进口流体连通。
在一实施例中，工作流体流动所处的流动回路在锅炉和热泵之间液压地隔开。此种分开可借助平衡容器来实现，该平衡容器置于第一换热器的出口和第二换热器的进口以及第二换热器的出口和散热部段的进口之间。或者，可使用又一（第五）换热器来用于液压分开，例如板式换热器。在此种情形下，穿过锅炉的工作流体可甚至选择不同于流过热泵和散热部段的工作流体。此外，锅炉可具有第三换热器，用以加热家用热水。第三换热器可以是板式换热器，该板式换热器连接于穿过或围绕或构成锅炉燃烧室一部分的管件，并且将热量传递至热水供给用管件。或者，第三换热器可由穿过或围绕或构成锅炉燃烧室一部分的热水供给用管件形成。
根据本发明，第二换热器从散热部段的出口至散热部段的进口设置在第一换热器下游。术语“下游”在此指代工作流体在流动回路中的流动方向。
此外，本发明的加热器包括控制件，用以控制热泵和锅炉的操作。为了确定从操作成本的角度来看哪个热源、即热泵还是锅炉是最有效的，控制件构造成确定对于设定流动温度的热泵性能系数（COP设定流动温度）。该性能系数（COP设定流动温度）可取决于环境温度和设定流动温度。目前，较佳的是基于热泵的全负荷条件（即，在全负荷条件下驱动压缩机，即最高可能频率）来计算热泵的COP设定流动温度，以简化计算。然而，也可在热泵的实际条件下计算热泵的COP设定流动温度。该COP设定流动温度可从等式或可从关于具体流动温度的COP图表中并且基于环境温度计算而得。如果设定流动温度位于较高和较低流动温度的两个图表之间，则在测得的环境温度下从两个图表中计算得到两个COP。在设定流动温度下的实际COP在上述两个COP之间插值计算出。
此外，控制件构造成确定收支平衡性能系数（BECOP）。收支平衡性能系数通过电价除以燃料价格、例如气体价格再乘以锅炉的热效率Etath计算而得。锅炉的热效率Etath较佳的是固定数值。或者，该热效率Etath可以是取决于流动温度和/或回流温度和/或环境温度的数值。电价和燃料价格可由使用者经由输入单元输入，或者可从由电力和燃料提供者例如经由网络且较佳地通过无线连接而在线持续地提供的数据中电子处理而得。如果价格由使用者输入，则可考虑按照白天和晚上来区分价格，或者更通常如果提供者具有24小时的不同价格，则可关于白天/晚上的相对应时间输入不同的价格。时间表甚至可以随着日期变化而不同。例如，价格可在周末和一周之间改变。
如果COP设定流动温度和BECOP已确定或计算而得，则通过控制件来对这两个数值进行比较。在现有技术中，如果COP设定流动温度小于BECOP，即从操作成本的角度来看燃料燃烧锅炉更有效，则仅仅操作燃料燃烧锅炉。相反，根据本发明，在该情形下，控制件构造成在第一混合模式下确定中间流动温度，热泵在该中间流动温度下的COP中间流动温度高于上述BECOP。该中间流动温度被限定为第一换热器和第二换热器之间的温度，也就是在第一换热器出口处的温度。在第一混合模式的多数情形下，热泵会在部分负荷下被驱动，即压缩机会在比最高频率低的频率下驱动，但热泵当然也可在全负荷下驱动。换言之，在第一混合模式下，全负荷操作和部分负荷操作都是可能的。
此外，控制件构造成操作热泵，使得工作流体由第一换热器加热至中间流动温度，并且控制件构造成操作锅炉，使得工作流体由第二换热器从中间流动温度加热至设定流动温度。
由于本发明的构造，热负荷的某些部分由热泵提供，这从环境角度来看是有益的。该部分主要基于热泵的一COP计算而得，热泵在该COP下在操作成本方面比燃料锅炉更成本有效，且仅仅剩余部分由燃料燃烧锅炉提供。因此，本发明将成本有效的加热器甚至更成本有效且更环境友好的优点组合起来。
为了进一步增大由热泵提供的热负荷的比例，根据一实施例，本发明提出在第一混合模式中控制使工作流体在流动回路中循环的泵（可变流量泵），以减小工作流体的流量。如果工作流体的流量减小，则使得回流至第一换热器的工作流体的回流温度降低。回流温度的降低具有各种优点。首先，回流温度首先可设定一中间温度，COP中间流动温度在该中间温度下高于BECOP。也就是说，如果使COP中间流动温度首先高于BECOP的中间流动温度T中间流动低于回流温度T回流，则可不设定该中间流动温度。然而，降低回流温度可使得T中间流动>T回流。其次，回流温度越低，则由热泵提供的热量比例越高。也就是说，如果回流温度T回流例如是30摄氏度且中间流动温度T中 间流动例如是35摄氏度，则由热泵提供的热量是5摄氏度。如果回流温度降低至例如T回流=25摄氏度，则由热泵提供的热量是10摄氏度。第三，降低回流温度在选择中间流动温度方面提供更大的灵活度。如果例如回流温度T回流例如是30摄氏度，则第一COP中间流动温度35摄氏度首先高于BECOP。然而，虽然第二COP中间流动温度30摄氏度高于第一COP中间流动温度35摄氏度，但在回流温度是30摄氏度的情形下是不可能的，因为T中间流动必须高于T回流。如果回流温度降低至例如35摄氏度，则30摄氏度和35摄氏度的中间温度都是可能的。因此，控制件具有选择中间温度的灵活度，以实现最大成本节约或最大环境友好的操作。上述示例中最有效的操作是30摄氏度，这是因为COP中间流 动温度30摄氏度由于较低的流动温度而高于COP中间流动温度35摄氏度。然而，热泵的比例在30摄氏度会下降，仅仅将加热流体加热5摄氏度。.更低效的操作是35摄氏度，因为COP中间流动温度30摄氏度由于较低的流动温度而高于COP中间流动温 度35摄氏度。然而，热泵的比例在35摄氏度会增大，将加热流体加热10摄氏度。热泵的效率（COP）和比例都会影响成本节约。从上文来看，控制件构造成选择中间温度，使得系统尽可能成本有效地或者尽可能环境友好地工作。此外，由于在较高的流动温度下的COP已超过BECOP，因而中间流动温度可设定得较高（较早）。因此，该特定的实施例将由热泵提供的热负荷的比例进一步增大至热泵比燃料燃烧锅炉更成本有效的水平，使得加热器比上文所述更成本有效且环境友好。
然而，如果回流温度降低，则散热部段的温度、也就是进入和离开散热部段的散热器的工作流体的温度的平均温度下降，从而产生较低的散热能力。为了补偿此种散热能力损失，根据本发明的控制件构造成在工作流体的流量减小之后逐步地（至少两个步骤）升高设定流动温度，其中两个相继步骤之间具有一定的时间间隔。由于流动温度并非在一个步骤中而是逐步地从实际流动温度升高至到达散热部段的散热器所需平均温度所需的流动温度，因而直到到达为获得所需散热能力所需的设定流动温度的时间间隔会延长。在该时间阶段，由热泵提供的热负荷的比例高于如果设定流动温度仅仅在一个步骤中升高的情形下提供的热负荷比例，因为较低的回流温度会保持较长的时间段（回流温度随着流动温度的升高而升高）。
此外，较佳的是，加热器包括室温传感器，用以测量待加热空间中的空间（房间）温度。较佳的是，例如仅仅在待加热空间的起居室中提供此种室温传感器。如果多个房间设有室温传感器，则计算每个房间的温度。此外，待加热空间中的或这待加热空间的不同房间中的使用者设定待加热空间或待加热的每个房间所期望的室温。这可通过例如在起居室中中央地设定期望室温和/或通过对每个房间设定单独的期望室温来实现。在该较佳实施例中，每个步骤的数值、也就是流动温度升高或降低的温差和/或两个相继步骤之间的每个时间间隔的长度取决于期望室温和测得室温之间的温差。在每个房间存在不同的情形下，可选择最高温差。或者，可计算平均温差。如果温差较小，则步骤的数值会较小和/或时间间隔的长度会较长，而如果温差较大，则步骤的数值会较高和/或时间间隔的长度会较短。也就是说，如果存在较高的加热需求并且为了防止空间中损失舒适性，会加速对所需流动温度的匹配过程，而如果仅仅存在较低的加热需求，则会减缓对于所需流动速度匹配过程，只要保持由热泵提供的热负荷的比例即可。
然而，如果到达最大许可流动温度、也就是例如到达锅炉的最大流动温度或者由散热部段的特定散热器给定的温度且测得的室温仍低于期望室温，则较佳的是逐步地（至少两个步骤）增大流量以满足热量需求。该步骤较佳的是固定步骤，但如上所述也可是可变的。此外，一旦测得室温等于或高于期望室温，则较佳的是再次减小流量（然而，较佳地在一个步骤中），此外，流动温度则可再次如上所述逐步地下降。
此外，通常已知加热器对待加热空间进行加热，直到期望室温超过特定数值、例如1或2摄氏度为止。因此，较佳的是，如果期望室温超过特定数值，则设定流动温度再次逐步地降低，以再次增大由热泵提供的热负荷的比例。此外，该步骤和时间间隔再次较佳地取决于待加热空间的期望室温和测得室温之间的温差。也就是说，如果期望室温比测得室温低得多，则数值会较大和/或时间间隔的长度会缩短。如果温差仅仅较小也就是实际室温仅仅略高于期望室温，则数值会较小和/或时间间隔的长度会较长。
流动温度的升高/降低还可提供更稳定的操作并且防止在待加热房间或空间中提供的温度调节装置的高循环率。
根据本发明的又一实施例，控制件还构造成确定热泵是否能够满足将工作流体加热至设定流动温度或中间流动温度所需要的热量需求，并基于确定结果来确定操作。也就是说，控制件较佳地基于由室外传感器测得的室外温度和设定流动温度来确定是否热泵（在全负荷下）能否在没有锅炉的条件下将工作流体加热至设定流动温度或中间流动温度。
也就是说，在本发明中，控制件较佳地构造成，如果热泵能够满足将工作流体至少加热至中间流动温度（并且当COP设定流动温度小于BECOP时）所需的加热需求，则在第一混合模式中操作热泵和锅炉。如果热泵无法满足将工作流体加热至COP中间流动温度高于BECOP的中间流动温度所需的加热需求，则控制件构造成在只用锅炉模式中仅仅操作锅炉，或者构造成降低回流温度，以使得热泵能将工作流体加热至COP中间流动温度高于BECOP的中间流动温度。
与较佳实施例相比并且根据该较佳实施例，如果COP设定流动温度高于BECOP，控制件构造成在热泵模式下仅仅操作热泵，也就是说热泵更具成本有效性，且热泵仅仅能够满足将工作流体加热至设定流动温度的加热需求。如果热泵在该情形下无法满足将工作流体加热至设定流动温度所需的加热需求，则控制件构造成在第二混合模式中操作锅炉和热泵，其中热泵尽可能在全负荷下加热工作流体，且剩余的热负荷由较低成本有效的锅炉来提供。
在冷却模式下，控制件构造成仅仅操作热泵。然而，在该情况中，热泵在逆循环中操作，也就是制冷剂沿相反方向流动，使得热量从工作流体中析出，从而工作流体被冷却且热量传递至室外空气。在该逆循环中，第一换热器用作蒸发器，而设置在室外的又一换热器用作冷凝器。
除了上述加热器以外，本发明还提出了一种用于控制此种加热器的方法。然而，为了避免重复，参照上述解释，其中构造加热器的控制件的步骤在本发明或者本发明特定实施例的方法中执行。
当考虑实施本发明的特定实施例的下文描述时，可结合上述一个或多个特征实施的本发明又一些特征和优点对于本领域技术人员会显而易见。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的加热器的示意图。
图2是根据本发明第二实施例的加热器的示意图。
图3是根据本发明的用于控制图1或图2所示加热器的方法的示意流程图，以及
图4示出解释基于T环境来计算T流动温度的曲线图。
具体实施方式
所有附图中一致性地使用附图标记来表示加热器的相同或类似部件。如果关于一个实施例来描述一个元件，则在其它实施例中省略对于相同元件的描述且参照之前关于该实施例的描述。
图1示出根据本发明一实施例的加热器的示意图。该加热器包括锅炉单元10、热泵单元20以及散热部段30。
在大多数情形中并且如果加热器用于住宅加热时，散热部段（散热部分）30包括诸如暖气片、地热和/或对流式加热器之类的多个散热器，这些散热器位于表示待加热空间的多个房间中。在图1中，由附图标记31示意地指代散热器。在待加热空间中进一步包括一个或多个温度调节装置32，这些温度调节装置具有温度传感器33，用以测量温度传感器33所处房间中的温度。在散热部段用于对构成待加热空间的多个房间进行加热的情形下，温度调节装置可位于每个房间或大部分房间中，且每个温度调节装置32会具有室温传感器33。使用者可经由温度调节装置32来设定所期望的室温，各个房间的温度设定可是不同的。此外，可中央地为待加热空间设定期望的室温。室温传感器33测量相应房间中的实际室温。
热泵单元20包括传统的热泵回路21，该热泵回路21在流动回路中连接压缩机、冷凝器、膨胀机构以及蒸发器。在加热模式中，冷凝器由第一换热器22形成。蒸发器未示出并且位于室外单元23中。在图1中未示出压缩机和扩展装置。较佳地用在本发明中的热泵是空气热泵，使得位于室外单元23中的蒸发器从室外空气/环境空气吸取热量，借此回路21中流动的制冷剂蒸发并流至用于冷凝的换热器22。在冷凝过程中，制冷剂的热量传递至工作流体（参见下文）。热泵的压缩机较佳地是能以可变频率驱动的压缩机，使得热泵既可在全负荷下驱动也可在部分负荷下驱动。室外温度传感器24可与室外单元23相关联。然而，室外传感器24同样可设置在能可靠地测量室外温度的不同位置处。本实施例中的锅炉单元10较佳地是传统燃气式冷凝锅炉，该气体燃料冷凝锅炉具有燃烧器（11）和第二换热器（未示出），第二换热器用以将来自燃烧和冷凝的热量传递至工作流体（参见下文）。此外，锅炉单元包括第三换热器12，该第三换热器用于产生家用热水40。当第三换热器被使用时，家用热水在第三换热器中直接加热。或者，工作流体可在由锅炉（加热器）加热之后例如借助第二换热器下游的三通阀分出来，随后穿过热水容器（储箱）内的盘管，用以加热容纳在储箱中的水。
此外在锅炉单元10中容纳有泵13，该泵用于使工作流体流过用于产生家用热水的第三换热器12或流过平衡容器（37）。锅炉单元10还具有入水管线14，该入水管线连接于第三换热器12的出口和容纳在燃烧器11中的第二换热器的进口。还设有出水管线15，该出水管线经由三通阀16连接于燃烧器11的第二换热器的出口和第三换热器12的进口。
热泵单元20同样具有第一进口管线25，该第一进口管线经由三通阀27连接于第一换热器27的进口并且连接于旁通第一换热器22的旁通部26。还设有第一出口管线28，该第一出口管线连接于第一换热器22的出口和旁通部26。热泵单元20还包括第二进口管线29，该第二进口管线经由泵35和流传感器36连接于第二出口管线34。热泵单元20的第一出口管线28和锅炉单元10的进口管线14以及锅炉单元10的出口管线15和热泵单元20的第二进口管线29经由平衡容器37彼此连接。平衡容器用于将锅炉单元从热泵单元液压地脱开。泵13和35在没有平衡容器的情形下串联连接，从而产生非操作系统。可使用诸如板式换热器之类的换热器来替代平衡容器。在该情形下，锅炉管线14和15在流体连通方面从管线25、28、29、34、38和39完全脱开。
此外，热泵单元20的第二出口管线34连接于散热部段30的进口管线38，而散热部段30的出口管线39连接于热泵单元20的第一进口管线25。
第一温度传感器41位于散热部段的进口管线38中，或者在进口管线38的上游位于热泵单元20的第二出口管线34中。第二温度传感器42位于散热部段30的出口管线39中，或者在出口管线39的下游位于热泵单元20的第一进口管线25中。第三温度传感器43位于第一换热器22下游在热泵单元20的第一出口管线28中并且较佳地位于第一出口管线28和旁通部26的连接部的下游。
管线39、25、28、14、15、29、34和38形成流动回路，用以使诸如水之类的工作流体流至散热部段。温度传感器41测量经由管线38进入散热部段30的工作流体的实际流动温度。温度传感器42测量离开散热部段30的工作流体的实际回流温度。温度传感器43测量热泵单元20的第一换热器22下游的温度。泵35用于使工作流体在流动回路内循环。流传感器36测量工作流体的流动。
图2中示出加热器的第二实施例，使用与图1中相同的附图标记，并且将仅仅解释第二实施例与第一实施例相比的不同之处。剩余部分则参照上文描述。
主要不同在于，热泵单元20和锅炉单元10直接连接，从而省略平衡容器。取而代之的是，在下文描述的热泵（仅仅）模式中，提供旁通管线56用以旁通锅炉单元。为了在管线之间进行切换而设置了三通阀16。此外，显而易见的是，管线14和15连接起来，穿过或围绕形成第二换热器的燃烧器11的燃烧室。
此外，省略泵13，且用于家用热水供给51的管线穿过或围绕形成第三换流器的燃烧器11的燃烧室。
第二实施例的剩余部分都与第一实施例相同。
在下文中并且参见图1至3，对图1所示加热器的功能和控制方法进行更详细地描述。
首先，使用者经由温度调节装置33设定期望室温。可附加地或替代地在中央控制件中设定所有房间的共同期望室温。此外，在本实施例中，使用者经由未示出的输入装置来将气体价格和电价输入到控制件中。在本实施例中，白天和晚上的电价不同，例如能量价格在早上7点至晚上8点都是相同的，而在晚上8点至早上7点则下降，但也可基于日/小时而不同。因此，使用者不仅输入电价，而且输入该电价有效的时间。或者，控制件可从提供者得到价格，从而使用者无需输入任何价格以及价格有效的任何时间。
控制件基于测得的环境温度（传感器24）确定为获得（期望）舒适室温所需的流动温度。也就是说，在控制件中获得待加热空间的加热曲线。基于测得的室外温度、在图4所示的示例中是2摄氏度，控制件计算出为了提供待加热空间的热负荷、即将空间加热至期望空间温度则需要例如43摄氏度的流动温度。
热泵的性能系数（COP）取决于环境温度和由工作流体的温度传感器42测得的回流温度（第一换热器进口处的温度）之间的温差，该回流温度则又取决于设定流动温度。在一个实施例中，为了在步骤101中推出热泵在设定流动温度下的性能系数（COP设定流动温度），在控制件中可采用多条曲线、例如用于不同流动温度下且热泵全负荷下的COP的五条曲线。在本示例中，这些曲线设置成用于30摄氏度、35摄氏度、40摄氏度、45摄氏度以及50摄氏度的流动温度。
如上所述并且如图3所示，设定流动温度是43摄氏度的流动温度，该流动温度位于用于40摄氏度和45摄氏度的曲线之间。
用于40摄氏度流动温度的曲线的函数例如是以下等式，其中T环境是由传感器24测得的温度：
COP流动温度40摄氏度=0.0012xT环境 2+0.0664xT环境+2.6918
45摄氏度下的COP的等式如下，其中T环境是由传感器24测得的温度：
COP流动温度45摄氏度=0.0011xT环境 2+0.0554xT环境+2.3838
为了计算COP流动温度43摄氏度，根据以下等式在COP流动温度40摄氏度和COP流动 温度45摄氏度之间插值计算出COP：
COP设定流动温度43摄氏度=COP设定流动温度40摄氏度+(COP设定流动温度45摄氏度-COP设定流动 温度40摄氏度)/(45摄氏度–40摄氏度)(43摄氏度–40摄氏度)
因此，COP流动温度43摄氏度是热泵在设定流动温度下的COP设定流动温度。
此外，控制件根据以下等式在步骤102中计算收支平衡性能系数（BECOP）：
BECOP白天=(电价白天/气体价格)xEtath
BECOP晚上=(电价晚上/气体价格)xEtath
Etath:=锅炉单元10的热效率
根据实际时间，控制件选择相对应的BECOP白天或BECOP晚上。或者当电价在整个白天都改变时选择所处时间有效的能量价格。
此外，控制件将COP设定流动温度和BECOP白天/晚上进行比较（步骤103）。
如果如图2所示COP设定流动温度>BECOP，则控制件还得出热泵是否能将工作流体加热至设定流动温度（步骤104）。也就是说，确定此种热泵是否能够满足待加热空间的热负荷，即热泵是否可在全负荷下将工作流体加热至设定流动温度。如果是的话，则控制件仅仅操作热泵，而除非需要家用热水，否则锅炉不运行操作。在此种只用热泵模式中，工作流体经由回流管线39离开散热器31和散热部段30，经由管线25进入热泵单元20，穿过第一换热器22（旁通管线26经由阀27关闭）并且被加热至设定流动温度，经由管线28进入平衡容器37。在该第一实施例中，经加热的水经由管线29离开平衡容器37，例如上文示例所述，在例如43摄氏度的设定流动温度下经由管线38进入到散热器31和散热部段30中。工作流体在该情形下并不穿过锅炉单元10。如果在该情形中需要产生热水，则控制器也操作燃烧器11，其中工作流体借助泵13泵送到锅炉11中，进入第三换热器12并再次进入锅炉，其中换热器如上所述利用储水容器40中的水执行。在该情形中，没有工作流体通入到锅炉单元10的管线15中。在该第二实施例中，经加热的水沿着旁通过锅炉单元10的旁通部56流动，并且例如上文示例所述在例如43摄氏度的设定流动温度下进入管线29，并经由管线38进入到散热器31和散热部段30中。工作流体在该情形下并不穿过锅炉单元10。如果在该情形中需要产生热水，则控制件附加地操作燃烧器11，待加热的水在该燃烧器循环并穿过用于热交换的燃烧器11。
如果热泵相反无法满足热负荷，也就是说热泵无法将工作流体加热至设定流动温度，则控制件切换至第二混合模式。在第二混合模式中，热泵在全负荷在工作。然而，工作流体在温度传感器43处的温度低于设定流动温度。在该第二混合模式中，第一实施例中工作流体因此经由管线14离开平衡容器37，而在第二实施例中直接进入管线14，穿过燃烧器11中的第二换热器，工作流体在第二换热器中加热至设定流动温度。随后，工作流体经由管线进入平衡容器37（第一实施例）或直接进入管线15（第二实施例）。之后，工作流体在设定流动温度下再次穿过管线29和34，以经由管线38进入散热部段30。
在COP设定流动温度低于BECOP的情形中，控制件如图3所示得到是否可借助热泵进行预热（步骤105）。具体地说，得到是否可设定中间流动温度，在该中间流动温度下COP中间流动温度高于之前计算出的BECOP。如果是的话，控制件切换至第一混合模式。在一较佳实施例中，第一混合模式中的控制件也如下文所述使回流温度下降。如果不可设定使COP中间流动温度高于之前计算出的BECOP的中间流动温度，则控制件切换至只用锅炉模式。在只用锅炉模式中，工作流体经由阀27和管线26旁通过第一换热器22，经由管线28（平衡容器37，仅仅在第一实施例中）和进口管线14进入锅炉单元10。在该情形下，工作流体由燃烧器11及其第二换热器加热至设定流动温度，随后在设定流动温度下经由管线15（平衡容器37，仅仅在第一实施例中）和管线29、34和38进入散热部段30。
与此相反，在该第一混合模式中，控制件设定中间设定点，如上所述计算出的在该中间设定点下的COP中间设定点高于事先计算出的BECOP。在该模式中，经由管线39离开散热部段30的工作流体进入第一换热器22，并且由热泵加热至在温度传感器43处测得的中间流动温度。在第一混合模式的多数情形中，热泵会在部分负荷下驱动，即压缩机会在低于最高频率的频率下驱动，但热泵在全负荷下驱动也可。换言之，全负荷和部分负荷操作在第一混合模式中都是可能的。在由热泵（第一换热器）加热之后，工作流体经由管线28离开热泵单元20，并且（经由平衡容器37，仅仅在第一实施例中）进入到锅炉单元10中，该锅炉单元将已加热的工作流体加热至设定流动温度。然后，工作流体在设定流动温度下经由管线56（平衡容器37，仅仅在第一实施例中）以及管线29、34和38通入到散热部段30中。
如前所述，热泵的COP和比例取决于温度传感器42处的工作流体回流温度。回流温度越低，热泵的COP会越高（参见上文）。因此，为了在高COP下提高在第一混合模式中由热泵提供的热负荷比例，并且根据本发明的较佳实施例，泵35被控制成减小第一混合模式中流动回路中工作流体的流量。此种减小的流量会降低第一换热器进口处的回流水温度。因此，由于中间流动温度需要高于回流温度，因而较低的中间流动温度是可能的。然后，由于较低中间流动温度的COP中间流动温度因流动温度较低而高于较高中间流动温度的COP中间流动温度，因而较低的中间流动温度提供更有效的操作。然而，热泵的比例在较低中间流动温度下比在较高中间流动温度下低。热泵的效率（COP）和比例都会影响成本节省。上述控制件构造成选择中间温度，使得系统尽可能成本有效的或尽可能环境友好地工作。
然而，减小的回流温度也会导致散热器31的减小散热能力。也就是说，如果回流温度降低，则散热器31的平均温度也会降低。这会导致室温降低。为了补偿散热能力损失，控制件较佳地构造成提高设定流动温度。然而，如果流动温度升高，则回流温度升高且热泵的热负荷比例减小。为了防止由于回流温度降低而产生上述中间效应损失，本发明在一特点实施例中建议仅仅逐步地升高设定流动温度，其中每两个相继步骤之间具有一定时间间隔。在降低回流温度和流动温度升高至产生散热器31的所需热负荷的数值期间，由热泵提供的热负荷比例会高于在一个步骤中会发生增长的情形，从而提供改进且更环境友好的系统。
此外，较佳地是使每个步骤的数值和/或两个步骤之间的时间间隔取决于由传感器33在待加热空间中测得的实际室温。具体地说，实际室温基于温度传感器33的测量值确定，而期望温度基于温度调节装置32中设定的温度计算而得。然后，在实际测得室温和实际期望室温之间计算出温差。取决于温差大小，每个步骤的数值或大或小。具体地说，如果存在较大温差，即期望室温比实际测得室温高得多，则步骤的数值会较高，以防止待加热空间损失舒适性。替代地或附加地，可将两个步骤之间选择的时间间隔选定的较小，使得流动温度更快速地升高。与此相反，如果温差仅仅极小，步骤的数值可较小和/或两个步骤之间的间隔会较长，因为使用者不会由于不舒适而感受到较小温差。因此，在该情形中，由热泵提供的热负荷比例会在较长时间内变大。
此外，大多数加热系统构造成将空间加热至期望室温以上的特定数值。因此，本发明在特定实施例中建议在实际测得室温超出期望室温的情形下，流动温度在此逐步地降低以再次减小回流温度并增大由热泵提供的热负荷的比例。同样在该情形下，期望室温和实际测得室温之间的温差可用于确定步骤的数值和/或两个步骤之间的时间间隔。在该情形下，如果实际测得温度比期望室温高得多，数值可较高，也就是说流动温度可降低较大数值。附加地或替代地，时间间隔可缩短。与此相反，如果温差仅仅较小，也就是说实际室温仅仅略高于期望室温，则步骤的数值可较低和/或时间间隔可较长以防止室温快速下降。
此外，当期望室温保持低于测得的室温且设定流动温度增大至达到最大许可流动温度的水平时，控制件可构造成增大流量，因此使回流温度升高，但满足加热需求。这同样较佳地逐步地进行。在该点上，固定步骤（数值）是较佳的，但同样可设想相对于流动温度和时间间隔解释的可变适应性。如果到达期望室温，流量再次减小，然而较佳地并非逐步地而是在一个步骤中减小，从而马上增大由热泵提供的热量比例。随后，流动温度可如上所述逐步地减小。
除了上述模式以外，还可设想用于冷却空间的供暖系统。在该冷却模式中，仅仅操作热泵，但热泵在回路21中以逆循环操作，也就是在流动回路21中图1所示流动方向逆转。在该情形中，第一换热器22用作热泵的蒸发器，以从工作流体吸取热量。因此，工作流体在进入散热器31之前冷却，因此可同样用于冷却。
工业适用性
显然基于本发明的特定和较佳实施例来描述本发明。然而，也可不同地实践本发明。例如，除了气体以外的其它燃料也可用于锅炉。此外，也可使用除了冷凝气体锅炉以外的传统气体锅炉。此外，虽然空气热泵是较佳的，但也可使用其它类型的热泵，例如地源热泵等等。此外如上所述，除了输入相对应的燃料价格和电价以外，也可提供在线连接，以例如经由网络从提供者在线更正价格。
附图标记列表
10锅炉单元（燃料燃烧锅炉）
20热泵单元（热泵）
22第一换热器
30散热段（散热部段）
33温度传感器（室温传感器）
35泵

Claims (17)

1.一种加热器，包括：
流动回路，所述流动回路用于使设定流动温度下的工作流体流动至散热部段(30)，用于进行空间加热；
电力驱动热泵(20)，所述电力驱动热泵具有第一换热器(22)，所述第一换热器连接于所述流动回路用以将热量传递至所述工作流体；
燃料燃烧锅炉(10)，所述燃料燃烧锅炉具有第二换热器，所述第二换热器连接于所述流动回路，用以将热量传递至所述第一换热器(22)下游的工作流体；以及
控制件，所述控制件构造成确定所述热泵的关于所述设定流动温度的性能系数COP设定流动温度以及电价除以燃料价格再乘以所述锅炉的热效率的收支平衡性能系数BECOP，并将所述COP设定流动温度与所述BECOP进行比较，其中如果所述COP设定流动温度小于所述BECOP，则所述控制件构造成在第一混合模式中确定中间流动温度，在所述中间流动温度COP中间流动温度高于所述BECOP，并操作所述热泵(20)使所述工作流体由所述第一换热器(22)加热至所述中间流动温度，并且操作所述锅炉(10)使所述工作流体由所述第二换热器从所述中间流动温度加热至所述设定流动温度。
2.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，还包括泵(35)，其中所述控制件构造成在所述第一混合模式中控制所述泵(35)以减小所述工作流体的流量，藉此降低回流至所述第一换热器(22)的工作流体的回流温度。
3.如权利要求2所述的加热器，其特征在于，所述控制件构造成在所述第一混合模式中在所述工作流体的流量已减小之后、逐步地升高或降低所述设定流动温度，其中在两个相继步骤之间具有时间间隔。
4.如权利要求3所述的加热器，其特征在于，还包括室温传感器(33)，所述室温传感器用于测量待加热空间中的室温，其中每个步骤的数值和/或每个时间间隔的长度取决于待加热空间中期望室温和测得室温之间的温差。
5.如权利要求4所述的加热器，其特征在于，所述控制件构造成，当已达到最大许可流动温度且待加热空间中的测得室温低于期望室温时，控制所述泵(35)以逐步地提高所述工作流体的流量。
6.如前述权利要求中任一项所述的加热器，其特征在于，所述控制件构造成确定所述热泵(20)是否能够满足将所述工作流体加热至所述设定流动温度或所述中间流动温度所需的加热需求，并且基于确定结果来确定操作模式。
7.如权利要求6所述的加热器，其特征在于，如果所述热泵(20)能够满足将所述工作流体加热至所述中间流动温度所需的加热需求，则所述控制件构造成在所述第一混合模式中操作所述热泵(20)和所述锅炉(10)。
8.如权利要求6所述的加热器，其特征在于，如果所述COP设定流动温度高于所述BECOP且所述热泵能够满足将所述工作流体加热至所述设定流动温度所需的加热需求，则所述控制件构造成在所述热泵模式中仅仅操作所述热泵(20)。
9.如权利要求6所述的加热器，其特征在于，如果所述COP设定流动温度高于所述BECOP且所述热泵无法满足将所述工作流体加热至所述设定流动温度所需的加热需求，则所述控制件构造成在第二混合模式中操作所述锅炉(10)和所述热泵(20)。
10.如权利要求6所述的加热器，其特征在于，如果所述COP设定流动温度小于所述BECOP且所述热泵无法满足将所述工作流体加热至中间流动温度所需的加热需求，则所述控制件构造成在只用锅炉(10)模式中仅仅操作所述锅炉。
11.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，流体回路在所述热泵(20)和所述锅炉(10)之间液压地隔开。
12.一种用于控制加热器的方法，所述加热器包括：
流动回路，所述流动回路用于使设定流动温度下的工作流体流动至散热部段，用于进行空间加热；
电力驱动热泵(20)，所述电力驱动热泵具有第一换热器(22)，所述第一换热器连接于所述流动回路用以将热量传递至所述工作流体；
燃料燃烧锅炉(10)，所述燃料燃烧锅炉具有第二换热器，所述第二换热器连接于所述流动回路，用以将热量传递至所述第一换热器下游的工作流体；
所述方法包括以下步骤：
确定所述热泵关于所述设定流动温度的性能系数COP设定流动温度；
确定收支平衡性能系数BECOP，所述收支平衡性能系数是电价除以燃料价格再乘以所述锅炉的热效率，并将所述COP设定流动温度与所述BECOP进行比较；以及
如果所述COP设定流动温度小于所述BECOP，则在第一混合模式中确定中间流动温度，在所述中间流动温度COP中间流动温度高于所述BECOP，并操作所述热泵使得所述工作流体由所述第一换热器加热至所述中间流动温度，并且操作所述锅炉使得所述工作流体由所述第二换热器从所述中间流动温度加热至所述设定流动温度。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第一混合模式中减小所述工作流体的流量，藉此降低回流至所述第一换热器的工作流体的回流温度。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：在所述工作流体的流量已减小之后，在所述第一混合模式中逐步地升高或降低所述设定流动温度，其中在两个相继步骤之间具有时间间隔。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：用于测量待加热空间中的室温，其中每个步骤的数值和/或每个时间间隔的长度取决于待加热空间中期望室温和测得室温之间的温差。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：当已达到最大许可流动温度且待加热空间中的测得室温低于期望室温时，在所述第一混合模式中逐步地提高所述工作流体的流量。
17.如权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：确定所述热泵是否能够满足将所述工作流体加热至所述设定流动温度或所述中间流动温度所需的加热需求，并且如果所述热泵能够满足将所述工作流体加热至所述中间流动温度所需的加热需求，则在所述第一混合模式中操作所述热泵和所述锅炉，和/或如果所述COP设定流动温度高于所述BECOP且所述热泵能够满足将所述工作流体加热至所述设定流动温度所需的加热需求则在热泵模式中仅仅操作所述热泵，和/或如果所述COP设定流动温度高于所述BECOP且所述热泵无法满足将所述工作流体加热至所述设定流动温度所需的加热需求则在第二混合模式中操作所述锅炉和所述热泵，和/或如果所述COP设定流动温度小于所述BECOP且所述热泵无法满足将所述工作流体加热至中间流动温度所需的加热需求则在只用锅炉模式中仅仅操作所述锅炉。
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