CN105180246B - 一种余热源热泵供暖控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种余热源热泵供暖控制系统，包括气候补偿器(1)、供暖用户(10)以及余热源热泵供暖系统(13)，其中所述气候补偿器包括连接到所述供暖用户和/或室外的信号采集装置和连接到所述余热源热泵供暖系统的控制装置，所述余热源热泵供暖系统(13)包括多个不同品位的余热源和与每个余热源分别相对应连接的制热设备，所述制热设备的输出端与所述供暖用户连接。根据本发明的余热源热泵供暖控制系统，能够使得气候补偿器在不同气象条件下，余热源热泵供热系统进行不同品位热源梯级利用以及热泵设备启停的调节，实现系统的优化控制。本发明还涉及具有该控制系统的控制方法。

Description

一种余热源热泵供暖控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种余热源热泵供暖控制系统及控制方法。

背景技术

现有热力系统设备选型时，通常是根据最冷天气条件下的最大热负荷情况下选定的，热力设备不能随时调节自身的热输出，导致供热系统热量输出远大于实际需求，楼宇用户房间过热现象非常普遍，造成了巨大的能源浪费。现有气候补偿器可根据气象参数及室内温度控制供暖水阀门开度，以实现调节供暖水的温度和流量的目的。

现有气候补偿器仅根据气象参数及室内温度控制供暖水阀门开度来实现供暖水温度和流量的调节，对于工业余热源热泵系统，通常拥有不同品位的余热源，并且利用热泵设备进行提升，常规的气候补偿器无法满足不同气象条件下，供热系统不同品位热源梯级优化利用以及热泵设备启停调节等需求。

由于现有技术中的供热系统存在无法满足不同气象条件下，供热系统不同品位热源梯级优化利用以及热泵设备启停调节等需求的技术问题，因此本发明研究设计出一种余热源热泵供暖控制系统及控制方法。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的常规的气候补偿器无法满足不同气象条件下，余热源热泵供热系统不同品位热源梯级利用以及热泵设备启停调节等需求的缺陷，从而提供一种余热源热泵供暖控制系统及控制方法。

本发明提供一种余热源热泵供暖控制系统，包括气候补偿器、供暖用户以及余热源热泵供暖系统，其中，所述气候补偿器包括连接到所述供暖用户和/或室外的信号采集装置和连接到所述余热源热泵供暖系统的控制装置，所述余热源热泵供暖系统包括多个不同品位的余热源和与每个余热源分别相对应连接的制热设备，所述制热设备的输出端与所述供暖用户连接。

优选地，多个不同品位的所述余热源包括低温余热源、中温余热源和高温余热源。

优选地，所述多个不同品位的余热源还包括蒸汽余热源。

优选地，所述制热设备包括压缩式热泵机组、溴化锂热泵机组和水水板式换热器。

优选地，所述制热设备还包括汽水板式换热器。

优选地，当多个不同品位的所述余热源包括低温余热源时，所述低温余热源与所述压缩式热泵机组相连接。

优选地，当多个不同品位的所述余热源包括中温余热源时，所述中温余热源与所述溴化锂热泵机组相连接。

优选地，当多个不同品位的所述余热源包括高温余热源时，所述高温余热源与所述水水板式换热器相连接。

优选地，当多个不同品位的所述余热源包括蒸汽热源时，所述蒸汽热源与所述汽水板式换热器相连接。

优选地，所述蒸汽热源还与溴化锂机组驱动侧相连接。

优选地，所述气候补偿器的信号采集装置包括室外信号采集器和室内信号采集器。

优选地，所述室外信号采集器包括室外温度采集器、室外风速、风向采集器、太阳辐射采集器、气象预报参数接收器中的一个或多个。

优选地，所述室内信号采集器包括室内温度采集器。

优选地，所述气候补偿器的控制装置包括气候补偿控制器。

一种余热源热泵供暖控制方法，其包括前述的余热源热泵供暖控制系统，利用气候补偿器对余热源热泵供暖系统各余热源及其对应制热设备的运行情况进行控制。

优选地，气候补偿控制器通过采集到的室外信号数据以及室内信号数据，计算当前供暖系统所需的总供热负荷及其未来变化趋势，然后根据供暖负荷需求，调节余热源热泵供暖系统各热源及其对应制热设备的运行情况。

优选地，控制系统计算当前实际供暖负荷需求，与当前系统供热量进行比较，计算其偏差量，根据偏差量的正负执行打开或关闭制热设备的动作。

优选地，如果供暖负荷小于当前供热量，则关闭相应能力的制热设备；如果供暖负荷大于当前供热量，则开启相应能力的制热设备。

优选地，通过不同品位热源及其对应制热设备启停的组合，制定多种控制方案，计算每个运行方案的运行费用和一次能源消耗率，通过设定的判定指标判断得出最优的运行方案以对系统进行控制调节。

优选地，判定指标是单纯的运行费用最小或者一次能源消耗率最小，或者是二者按照一定的比例的组合。

本发明提供的余热源热泵供暖控制系统及控制方法具有如下有益效果：

1.能够使得气候补偿器在不同气象条件下，余热源热泵供热系统进行不同品位热源梯级利用以及热泵设备启停的调节，实现系统的优化控制；

2.能够通过气候补偿器控制余热源热泵供暖系统各余热源及其对应设备的运行情况，实现系统的优化控制和余热源的梯级利用；

3.还能针对余热源热泵供暖系统，制定灵活有效的运行费用及一次能源消耗率评价指标以对系统进行控制调节。

附图说明

图1是本发明的余热源热泵供暖控制系统的结构及原理示意图。

图中附图标记表示为：

1—气候补偿器，2—气候补偿控制器，3—室外温度采集器，4—风速、风向采集器，5—太阳辐射采集器，6—气象预报参数接收器，7、8、9—室内温度采集器，10—供暖用户，11、12—供暖建筑，13—余热源热泵供暖系统，14、15、16—低温余热源，17、18、19—压缩式热泵机组，20、21、22—中温余热源，23、24、25—溴化锂热泵机组，26、27、28—高温余热源，29、30、31—水水板式换热器，32—汽水板式换热器，33—蒸汽热源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种余热源热泵供暖控制系统，包括气候补偿器1、供暖用户10(所述供暖用户可以进一步包括一个或多个的供暖建筑或需暖设备)，以及余热源热泵供暖系统13，其中所述气候补偿器包括连接到所述供暖用户和/或室外的信号采集装置和连接到所述余热源热泵供暖系统的控制装置，所述余热源热泵供暖系统13包括多个不同品位的余热源和与每个余热源分别相对应连接的制热设备，所述制热设备的输出端与所述供暖用户连接。通过所述气候补偿器的与所述供暖用户和/或室外信号连接的信号采集装置采集得到室内和/或室外的多个参数，计算当前供暖系统所需的总供热负荷及其未来变化趋势，然后根据供暖负荷需求，通过与所述余热源热泵供暖系统信号连接的控制装置控制调节余热源热泵供暖系统多个不同品位的余热源及其对应制热设备的运行情况，最终将制热设备从余热源吸收的不同梯级的热量输送至供暖用户，以实现对系统的优化控制和余热源的梯级利用。

优选地，多个不同品位的所述余热源包括低温余热源14、15、16、中温余热源20、21、22和高温余热源26、27、28。这样能够将余热源分成高、中、低的不同品位的余热源，对于工业领域的余热或废热实现了有效的梯度分级，从而为不同品位热源梯级优化利用提供了有效的前提条件。

优选地，所述多个不同品位的余热源还包括蒸汽余热源33。这样能够针对尤其是工业领域的蒸汽余热源进行回收利用的作用。

优选地，所述制热设备包括压缩式热泵机组17、18、19、溴化锂热泵机组23、24、25和水水板式换热器29、30、31，通过包括多种不同种类的制热设备，能够根据各个制热设备的性能和适用条件来对不同品位的余热源进行相应的吸热回收的作用。

优选地，所述制热设备还包括汽水板式换热器32，通过汽水板式换热器能够有效地对尤其是但不限于蒸汽余热源的余热进行吸收并利用。

优选地，一般情况下，当多个不同品位的所述余热源包括低温余热源14、15、16时，所述低温余热源与所述压缩式热泵机组17、18、19相连接，通过压缩式热泵机组对低温余热源进行吸热降温的作用。

优选地，一般情况下，当多个不同品位的所述余热源包括中温余热源20、21、22时，所述中温余热源与所述溴化锂热泵机组23、24、25相连接，通过溴化锂热泵机组23、24、25对中温余热源进行吸热降温的作用。

优选地，一般情况下，当多个不同品位的所述余热源包括高温余热源26、27、28时，所述高温余热源与所述水水板式换热器29、30、31相连接，通过水水板式换热器29、30、31对高温余热源进行吸热降温的作用。

优选地，一般情况下，当多个不同品位的所述余热源包括蒸汽热源33时，所述蒸汽热源33与所述汽水板式换热器32相连接，通过汽水板式换热器32对蒸汽热源33进行吸热降温的作用。

优选地，所述蒸汽热源33还与溴化锂机组驱动侧相连接，作为溴化锂机组的驱动热源，对溴化锂机组进行驱动作用。由于溴化锂机组有用燃气驱动的，也有用蒸汽驱动的，如果有免费的蒸汽废热，用来驱动溴化锂机组是很好的利用方式。。

优选地，所述气候补偿器1的信号采集装置包括室外信号采集器和室内信号采集器，这样能够对室内、外的信号均进行采集作用，以期根据实际检测出的数据来进行相应的操作。

优选地，所述室外信号采集器包括室外温度采集器3、室外风速、风向采集器4、太阳辐射采集器5、气象预报参数接收器6中的一个或多个，这样不仅可以检测出室外温度，还能检测出室外风速、风向，太阳辐射强度以及气象预报参数等，改善了原有检测参数的单一性和局限性，能够根据实际需求选择何种信号而进行相应采集，使得适用范围更加的广泛。

优选地，所述室内信号采集器包括室内温度采集器7、8、9，这样能够有效地对室内的温度进行检测，以期根据实际检测出的室内温度进行相应的操作。

优选地，所述气候补偿器1的控制装置包括气候补偿控制器2，通过气候补偿控制器能够根据采集得来的信号进行分析，对余热源热泵供暖系统输出相应的信号以启动或关闭相应的制热设备来达到吸热供暖的作用。

本发明还提供一种余热源热泵供暖控制方法，其包括前述的余热源热泵供暖控制系统，利用气候补偿器对余热源热泵供暖系统各余热源及其对应制热设备的运行情况进行控制，以实现系统的优化控制和余热源的梯级利用。

优选地，气候补偿控制器通过采集到的室外信号数据(包括室外温度、室外风速、风向、太阳辐射、气象预报参数)以及室内信号数据(包括供暖用户室内温度数据)，计算当前供暖系统所需的总供热负荷及其未来变化趋势，然后根据供暖负荷需求，调节余热源热泵供暖系统各热源及其对应制热设备的运行情况。这样能够准确有效地达到对不同品位热源进行梯级优化利用，以及满足热泵设备启停调节等需求。

优选地，一种较为通用的具体控制方法如下：控制系统计算当前实际供暖负荷需求，与当前系统供热量进行比较，计算其偏差量，根据偏差量的正负执行打开或关闭制热设备的动作。这是最基本也是最通用的控制条件和控制方法，即根据实际供暖量和供暖负荷需求之间的关系来确定是打开还是关闭制热设备，以使得实际供暖量能够尽可能地达到预期的供暖负荷需求。

优选地，如果供暖负荷小于当前供热量，则关闭相应能力的制热设备(包括热泵机组或者换热器及对应水泵)，这样能够减小供热量，使其与供暖负荷需求之间尽可能地达到一致。一般情况下，宜优先关闭低温热源对应的压缩式热泵机组及对应水泵，其次关闭中温热源对应溴化锂热泵机组及对应水泵，最后关闭高温热源对应水水板式换热器及对应水泵；

如果供暖负荷大于当前供热量，则开启相应能力的制热设备(包括热泵机组或者换热器及对应水泵)，这样能够增大供热量，使其与供暖负荷需求之间尽可能地达到一致。一般情况下，宜优先开启高温热源对应水水板式换热器及对应水泵，其次开启中温热源对应溴化锂热泵机组及对应水泵，最后开启低温热源对应的压缩式热泵机组及对应水泵。蒸汽热源关闭与开启条件可根据其来源为废热还是燃料燃烧进行具体分析，若来源为废热，可优先开启；若来源为燃料，且单位供热量消耗燃料价格高于采用电驱动供热的用电费用，则优先关闭。

优选地，系统控制调节原则为：通过不同品位热源及其对应制热设备启停的组合，制定多种控制方案，计算每个运行方案的运行费用和一次能源消耗率，通过设定的判定指标判断得出最优的运行方案以对系统进行控制调节。这样能够针对余热源热泵供暖系统，制定灵活有效的运行费用及一次能源消化率评价指标以对系统进行控制调节。

优选地，判定指标是单纯的运行费用最小或者一次能源消耗率最小；或者是二者按照一定的比例的的组合：如单位供热量运行费用不超过特定值时，一次能源消耗率最小，或者一次能源消耗率不超过特定值时，单位供热量运行费用最小。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种余热源热泵供暖控制系统，包括气候补偿器(1)、供暖用户(10)以及余热源热泵供暖系统(13)，其特征在于：所述气候补偿器包括连接到所述供暖用户和/或室外的信号采集装置和连接到所述余热源热泵供暖系统的控制装置，所述余热源热泵供暖系统(13)包括多个不同品位的余热源和与每个余热源分别相对应连接的制热设备，所述制热设备的输出端与所述供暖用户连接。

2.根据权利要求1所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：多个不同品位的所述余热源包括低温余热源(14、15、16)、中温余热源(20、21、22)和高温余热源(26、27、28)。

3.根据权利要求2所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：所述多个不同品位的余热源还包括蒸汽余热源(33)。

4.根据权利要求1-3之一所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：所述制热设备包括压缩式热泵机组(17、18、19)、溴化锂热泵机组(23、24、25)和水水板式换热器(29、30、31)。

5.根据权利要求4所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：所述制热设备还包括汽水板式换热器(32)。

6.根据权利要求4所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：当多个不同品位的所述余热源包括低温余热源(14、15、16)时，所述低温余热源与所述压缩式热泵机组(17、18、19)相连接。

7.根据权利要求4所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：当多个不同品位的所述余热源包括中温余热源(20、21、22)时，所述中温余热源与所述溴化锂热泵机组(23、24、25)相连接。

8.根据权利要求4所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：当多个不同品位的所述余热源包括高温余热源(26、27、28)时，所述高温余热源与所述水水板式换热器(29、30、31)相连接。

9.根据权利要求5所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：当多个不同品位的所述余热源包括蒸汽热源(33)时，所述蒸汽热源(33)与所述汽水板式换热器(32)相连接。

10.根据权利要求9所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：所述蒸汽热源(33)还与溴化锂机组驱动侧相连接。

11.根据权利要求1-3、5-10之一所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：所述气候补偿器(1)的信号采集装置包括室外信号采集器和室内信号采集器。

12.根据权利要求11所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：所述室外信号采集器包括室外温度采集器(3)、室外风速、风向采集器(4)、太阳辐射采集器(5)、气象预报参数接收器(6)中的一个或多个。

13.根据权利要求11所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：所述室内信号采集器包括室内温度采集器(7、8、9)。

14.根据权利要求1-3、5-10、12-13之一所述的余热源热泵供暖控制系统，其特征在于：所述气候补偿器(1)的控制装置包括气候补偿控制器(2)。

15.一种余热源热泵供暖控制方法，其特征在于：包括权利要求1-14之一所述的余热源热泵供暖控制系统，利用气候补偿器对余热源热泵供暖系统各余热源及其对应制热设备的运行情况进行控制。

16.根据权利要求15所述的余热源热泵供暖控制方法，其特征在于：气候补偿控制器通过采集到的室外信号数据以及室内信号数据，计算当前供暖系统所需的总供热负荷及其未来变化趋势，然后根据供暖负荷需求，调节余热源热泵供暖系统各热源及其对应制热设备的运行情况。

17.根据权利要求16所述的余热源热泵供暖控制方法，其特征在于：控制系统计算当前实际供暖负荷需求，与当前系统供热量进行比较，计算其偏差量，根据偏差量的正负执行打开或关闭制热设备的动作。

18.根据权利要求17所述的余热源热泵供暖控制方法，其特征在于：如果供暖负荷小于当前供热量，则关闭相应能力的制热设备；如果供暖负荷大于当前供热量，则开启相应能力的制热设备。

19.根据权利要求15-18之一所述的余热源热泵供暖控制方法，其特征在于：通过不同品位热源及其对应制热设备启停的组合，制定多种控制方案，计算每个运行方案的运行费用和一次能源消耗率，通过设定的判定指标判断得出最优的运行方案以对系统进行控制调节。

20.根据权利要求19所述的余热源热泵供暖控制方法，其特征在于：判定指标是单纯的运行费用最小或者一次能源消耗率最小；或者是二者按照一定的比例的组合。