CN105423408A - 一种热泵智能恒温供水系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热泵智能恒温供水系统，包括冷水进水管路(1)，在冷水进水管路(1)的末端分支设置有第一换热管路(2)和第二换热管路(3)，第一换热管路(2)上设置有与之进行热交换的空气源热泵(4)，第二换热管路(3)上设置有与之进行热交换的水源热泵(5)，且经过与空气源热泵(4)换热后的第一换热管路(2)与经过水源热泵(5)换热后的第二换热管路(3)进行汇合后连接到热水出水管路(6)，再连接到用户用水端(7)。通过本发明能使热水始终保持恒温且高温大量地供应，在高温或低温工况下均具有较好的适应性；通过对整个系统进行智能控制，能使整个系统的能效比达到最大。本发明还涉及具有该供水系统的控制方法。
Description
技术领域
本发明属于热能转换、储存、利用及余热回收技术领域，具体涉及一种热泵智能恒温供水系统及其控制方法。
背景技术
现有技术中的热泵供水系统多数采用空气源热泵热水器，(也称空气能热水器)，通常是把空气中的低温热量吸收进来，将制冷剂介质气化，然后通过压缩机压缩后升温增压，再通过换热器给冷水加热，压缩后的高温热能以此来加热冷水使其升温从而达到制取热水的目的。此种系统在室外环境温度较高的情况下能够实现恒温热水的大量供应，但是如果室外环境空气温度较低时，空气源热泵从室外环境空气温度中能吸收的热量便很有限，导致热泵的工作效率有所降低，最终使得制取出的热水无法达到高温的要求，且热水水量严重不足，满足不了恒温高温热水大量供应的需求。
由于现有技术中的热泵供水系统存在无法满足恒温高温热水大量的供应，在低温工况下适应性较差等的技术问题，因此本发明研究设计出一种热泵智能恒温供水系统及其控制方法。
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热泵供水系统存在无法满足恒温高温热水大量的供应，在低温工况下适应性较差的缺陷，从而提供一种热泵智能恒温供水系统及其控制方法。
本发明提供一种热泵智能恒温供水系统，其包括冷水进水管路，在冷水进水管路的末端分支设置有第一换热管路和第二换热管路，所述第一换热管路上设置有与之进行热交换的空气源热泵，所述第二换热管路上设置有与之进行热交换的水源热泵，且经过与空气源热泵换热后的第一换热管路与经过水源热泵换热后的第二换热管路进行汇合后连接到热水出水管路，进而再连接到用户用水端。
优选地，所述第一换热管路包括相互并联的多个第一换热支路，每个第一换热支路上均设置有一个与之进行热交换的空气源热泵。
优选地，所述第二换热管路包括相互并联的多个第二换热支路，每个第二换热支路上均设置有一个与之进行热交换的水源热泵。
优选地，在所述热水出水管路和用户用水端之间还设置有储水箱，所述热水出水管路中的热水被送入储水箱中储存，所述储水箱的热水出口与所述用户用水端相连。
优选地，所述储水箱的热水出口设置于所述储水箱的顶部。
优选地，所述储水箱包括多个储热水箱，多个所述的储热水箱之间相互串联。
优选地，多个所述的储热水箱中，彼此相连的两个水箱之间储水温度相对较高的储热水箱在其底部通过管路将水连通至储水温度相对较低的储热水箱的顶部。
优选地，多个所述的储热水箱的个数为4个。
优选地，多个所述储热水箱中储水温度最低的储热水箱的底部通过低温水管路连通至所述冷水进水管路的末端，储水温度最高的储热水箱的顶部通过高温水管路连通至所述用户用水端。
优选地，多个所述储热水箱的底部均设置有辅助加热管路，多个辅助加热管路汇合后再连通至所述用户用水端。
优选地，每个辅助加热管路均设置有温度传感器和电加热器。
优选地，经过所述空气源热泵换热冷却的空气通过通风管路输送至所需换气环境中。
优选地，所述水源热泵的热源水端连接到污水或废水蓄水池。
优选地，经过所述水源热泵进行热交换后的水经过冷水冷量换热器后再连接至排污系统。
优选地，所述冷水冷量换热器中设置风管与所述冷水进行换热，所述风管中的被冷却的风经由风扇被输送至所需换气环境中。
优选地，所述热泵中的制冷剂选择为CO2。
本发明还提供一种热泵智能恒温供水系统的控制方法，其针对前述的热泵智能恒温供水系统进行控制，以使整个系统的能效比达到最大。
优选地，当环境温度大于25度时，开启空气源热泵；当环境温度小于25度时，开启水源热泵。
优选地，当环境温度大于25度时，若开启空气源热泵使得系统热量供应不足时，开启水源热泵，若开启空气源热泵使得系统热量供应充足时，关闭水源热泵。
优选地，当环境温度小于25度时，若开启水源热泵使得系统热量供应不足时，开启空气源热泵，若开启水源热泵使得系统热量供应充足时，关闭空气源热泵。
本发明提供的一种热泵智能恒温供水系统及其控制方法具有如下有益效果：
1.通过本发明提供的一种热泵智能恒温供水系统，能够克服现有技术中的热泵供水系统存在无法满足恒温高温热水的大量供应，在低温工况下适应性较差的缺陷，使得热水能够始终保持恒温、高温且大量的供应，在环境温度较高和较低等情况下均具有较好的适应性，提高了热泵的工作效率；
2.通过将储水箱热水出口设置于其顶部能够高效地利用了上层的高温水的能量，有效地利用并获得了高温热水热源，提高了供热水效率；
3.通过多个相互串联的储热水箱能够有效地实现水温分层、根据不同水温满足不同温度热水的供应需求，能够实现间歇性地进行大量高温热水的供应，或长期小量温度的高温热水供应；且还避免了制造较大的水箱从而有效地较低了成本，且操作使用灵活方便；
4.利用空气源热泵被换热冷却后的冷风和水源热泵被冷却后的热水再进行换热形成的冷风连通至所需换气环境，能够有效地利用了冷量，除了对所需换气环境中的温度进行降温换热以外，还能加速所需换气环境内部空气的流通，改善空气的质量；
5.通过将水源热泵的热源水端连接到污水或废水蓄水池能够有效地对污水中的余热进行回收，避免了热能的浪费；
6.通过对整个系统进行智能控制作用，能够使得整个系统的能效比达到最大。
附图说明
图1是本发明的热泵智能恒温供水系统的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1-冷水进水管路，2-第一换热管路，21-第一换热支路一，22-第一换热支路二，3-第二换热管路，31-第二换热支路一，32-第二换热支路二，4-空气源热泵，5-水源热泵，6-热水出水管路，7-用户用水端，8-储水箱，81-第一储热水箱，82-第二储热水箱，83-第三储热水箱，84-第四储热水箱，9-低温水管路，10-高温水管路，11-通风管路，12-所需换气环境，13-冷水冷量换热器，14-风管，15-风扇，16-污水或废水蓄水池，17-排污系统。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种热泵智能恒温供水系统，其包括冷水进水管路1，在冷水进水管路1的末端分支设置有第一换热管路2和第二换热管路3，所述第一换热管路2上设置有与之进行热交换的空气源热泵4，所述第二换热管路3上设置有与之进行热交换的水源热泵5，且经过与空气源热泵4换热后的第一换热管路2与经过水源热泵5换热后的第二换热管路3进行汇合后连接到热水出水管路6，进而再连接到用户用水端7。
通过本发明提供的一种热泵智能恒温供水系统，既能够在环境空气温度较高时开启空气源热泵工作，对整个系统进行制取热水，还能在环境空气温度较低时开启水源热泵工作，对整个系统进行制取热水，能够克服现有技术中的热泵供水系统存在无法满足恒温高温热水大量的供应，在低温工况下(尤其是在冬季低温时)适应性较差的缺陷，使得热水能够始终保持恒温高温大量的供应，在环境温度较高和较低等情况下均具有较好的适应性，提高了热泵的工作效率。
优选地，所述第一换热管路2包括相互并联的多个第一换热支路，每个第一换热支路上均设置有一个与之进行热交换的空气源热泵。通过设置多个第一换热支路且在每个换热支路上设置空气源热泵，即设置多个空气源热泵分别对每个换热支路中的水进行换热，提高了制取热水的效率，可根据实际热水温度高低和/或流量大小来进行选择开启其中的一个多个，以满足不同条件情况的需求。进一步优选第一换热支路的个数为2个，分别为第一换热支路一21和第一换热支路二22。
优选地，所述第二换热管路3包括相互并联的多个第二换热支路，每个第二换热支路上均设置有一个与之进行热交换的水源热泵。通过设置多个第二换热支路且在每个换热支路上设置水源热泵，即设置多个水源热泵分别对每个换热支路中的水进行换热，提高了制取热水的效率，可根据实际热水温度高低和/或流量大小来进行选择开启其中的一个多个，以满足不同条件情况的需求。进一步优选第二换热支路的个数为2个，分别为第二换热支路一31和第二换热支路二32。
优选地，在所述热水出水管路6和用户用水端7之间还设置有储水箱8，所述热水出水管路6中的热水被送入储水箱8中储存，所述储水箱8的热水出口与所述用户用水端7相连。通过在热水出水管路和用户用水端之间设置储水箱，能够有效地对被制取的高温热水进行储存作用，以实现根据实际热水需求量大小的不同而调节储水箱输送热水水量大小的目的，有效地提高了供水系统的可调节性和适应性，能实现间歇性地进行大量高温热水的供应，或长期小量温度的高温热水供应。进一步优选地在储水箱热水出口设置有可调节水量大小的控制阀。
优选地，所述储水箱8的热水出口设置于所述储水箱8的顶部。由于根据流体(包括液体和气体)的温度分布情况，温度较高的流体密度较小，通常处于上层的位置，而温度较低的流体密度较大，通常处于下层的位置，通过将储水箱热水出口设置于其顶部能够高效地利用了上层的高温水的能量，有效地利用并获得了高温热水热源，提高了供热水效率；避免了热水出口设置在其他位置而导致出水的温度不高或较低的情况发生。
优选地，所述储水箱8包括多个储热水箱，多个所述的储热水箱之间相互串联。通过设置多个相互串联的储热水箱能够有效地实现水温分层、根据不同水温满足不同温度热水的供应需求，且避免了制造较大的水箱从而有效地较低了成本，且操作使用灵活方便。
优选地，多个所述的储热水箱中，彼此相连的两个水箱之间储水温度相对较高的储热水箱在其底部通过管路将水连通至储水温度相对较低的储热水箱的顶部。通过将温度较高的储热水箱底部的水连通至温度较高的储热水箱的顶部能够有效且进一步地实现了水温的精细化分层，进一步地能够根据不同的水温满足不同温度热水的供应需求。
优选地，多个所述的储热水箱的个数为4个。按照储水温度从高到低依次为第一储热水箱81、第二储热水箱82、第一储热水箱83、第一储热水箱84。这是储热水箱的一种优选个数和优选实施方式。
优选地，多个所述储热水箱中储水温度最低的储热水箱的底部通过低温水管路9连通至所述冷水进水管路1的末端，储水温度最高的储热水箱的顶部通过高温水管路10连通至所述用户用水端7。将储水温度最低的储热水箱的底部连通至冷水进水管路末端能够将分层后温度最低的水再次送入第一、第二换热管路中进行加热作用，有效提高了对水的利用效率；将储水温度最高的储热水箱的顶部连通至用户用水端能够保证将最高温储热水箱中顶部最高温的热水输送至用户使用，提高了热水的利用效率。
优选地，多个所述储热水箱的底部均设置有辅助加热管路，多个辅助加热管路汇合后再连通至所述用户用水端7。通过在储热水箱底部设置辅助加热管路的方式能够有效地对底部出来的温度较低的水进行辅助加热，进而供给给用户，满足在热水量需求较大情况下用户的需求。
优选地，每个辅助加热管路均设置有温度传感器和电加热器。通过设置温度传感器能够有效地起到对辅助加热管路中的水温进行检测的作用，并且根据检测出的水温调节电加热器的加热程度，实现了有效精细化控制的效果。
优选地，经过所述空气源热泵4换热冷却的空气通过通风管路11输送至所需换气环境12中。通过将被冷却的空气输送至所需换气环境能够利用被冷却的空气能够起到对所需换气环境进行送风降温、清新环境内部污浊空气的作用，还有效地利用了能源。这里的所需换气环境优选可选择为生产车间，下同。
优选地，所述水源热泵5的热源水端连接到污水或废水蓄水池16。通过将水源热泵的热源水端连接到污水或废水蓄水池，一方面能够有效地对污水或废水蓄水池中的余热进行回收，另一方面还能利用污水或废水的余热完成水源热泵的热循环过程。
优选地，经过所述水源热泵5进行热交换后的水经过冷水冷量换热器13后再连接至排污系统17。通过设置冷水冷量换热器能够起到对经过水源热泵冷却后的水的冷量进行回收的作用。
优选地，所述冷水冷量换热器13中设置风管14与所述冷水进行换热，所述风管14中的被冷却的风经由风扇15被输送至所需换气环境12(优选为生产车间)中。通过设置上述的风管和风扇并将冷风输送至所需换气环境能够最终起到对所需换气环境进行送风降温、清新所需换气环境内部污浊空气的作用。
优选地，所述热泵中的制冷剂选择为CO2。CO2属于一种可清洁能源，使用具有CO2制冷剂的热泵具有环保、高效率、成本低等优点。且使用CO2作为制冷剂的热泵相对于普通制冷剂热泵而言，其还具有以下优势：1)在环境温度大于或等于25℃时，使得热泵的COP值能够大于4.0；2)在环境温度小于或等于-10℃时，使得热泵的COP值还能够达到3.0左右；3)在环境温度-20℃以上均可制出65℃以上的高温热水。
进一步优选地，可将用户用水端7中使用完的水排放到污水或废水蓄水池16中，实现了对水资源和水热源的重复循环的利用。
进一步优选地，可将该热泵智能恒温供水系统用于制革业。
本发明还提供一种热泵智能恒温供水系统的控制方法，其针对前述的热泵智能恒温供水系统进行控制，以使整个系统的能效比达到最大。通过使用本发明提供的前述热泵智能恒温供水系统，能够在环境空气温度较高时开启空气源热泵工作，对整个系统进行制取热水，在环境空气较低时开启水源热泵工作，对整个系统进行制取热水，能够克服现有技术中的热泵供水系统存在无法满足恒温热水高温且大量的供应，适应性较差的缺陷，使得热水能够始终保持恒温且高温大量地供应，在环境温度较高或较低等情况下均具有较好的适应性，提高了热泵的工作效率。
优选地，当环境温度大于25度时，此时开启空气源热泵，关闭水源热泵；当环境温度小于25度时，开启水源热泵，关闭空气源热泵。
这是因为当环境温度(即空气温度)大于25摄氏度时，空气源热泵的能效比COP值大于4，此时开启空气源热泵能够有效地提高整个系统的能效比；而当当环境温度(即空气温度)小于25摄氏度时，空气源热泵的能效比COP值小于4，而由于水源热泵的余热水端的温度是恒定的，水源热泵的能效比COP值稳定在4，此时开启水源热泵能够有效地提高整个系统的能效比。这样的控制手段实现了在不同环境温度状态下整个供水系统的能效比的最大化。
优选地，当环境温度大于25度时，若开启空气源热泵使得系统热量供应不足时，开启水源热泵，若开启空气源热泵使得系统热量供应充足时，关闭水源热泵。以满足高温热水恒温大量地持续供应。
优选地，当环境温度小于25度时，若开启水源热泵使得系统热量供应不足时，开启空气源热泵，若开启水源热泵使得系统热量供应充足时，关闭空气源热泵。以满足高温热水恒温大量地持续供应。
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)
1.一种热泵智能恒温供水系统，其特征在于：包括冷水进水管路(1)，在冷水进水管路(1)的末端分支设置有第一换热管路(2)和第二换热管路(3)，所述第一换热管路(2)上设置有与之进行热交换的空气源热泵(4)，所述第二换热管路(3)上设置有与之进行热交换的水源热泵(5)，且经过与空气源热泵(4)换热后的第一换热管路(2)与经过水源热泵(5)换热后的第二换热管路(3)汇合后连接到热水出水管路(6)，进而再连接到用户用水端(7)。
2.根据权利要求1所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：所述第一换热管路(2)包括相互并联的多个第一换热支路，每个第一换热支路上均设置有一个与之进行热交换的空气源热泵。
3.根据权利要求1所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：所述第二换热管路(3)包括相互并联的多个第二换热支路，每个第二换热支路上均设置有一个与之进行热交换的水源热泵。
4.根据权利要求1-3之一所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：在所述热水出水管路(6)和用户用水端(7)之间还设置有储水箱(8)，所述热水出水管路(6)中的热水被送入储水箱(8)中储存，所述储水箱(8)的热水出口与所述用户用水端(7)相连。
5.根据权利要求4所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：所述储水箱(8)的热水出口设置于所述储水箱(8)的顶部。
6.根据权利要求4-5之一所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：所述储水箱(8)包括多个储热水箱，多个所述的储热水箱之间相互串联。
7.根据权利要求6所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：多个所述的储热水箱中，彼此相连的两个水箱之间储水温度相对较高的储热水箱在其底部通过管路将水连通至储水温度相对较低的储热水箱的顶部。
8.根据权利要求6-7之一所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：多个所述的储热水箱的个数为4个。
9.根据权利要求6-8之一所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：多个所述储热水箱中储水温度最低的储热水箱的底部通过低温水管路(9)连通至所述冷水进水管路(1)的末端，储水温度最高的储热水箱的顶部通过高温水管路(10)连通至所述用户用水端(7)。
10.根据权利要求6-9之一所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：多个所述储热水箱的底部均设置有辅助加热管路，多个辅助加热管路汇合后再连通至所述用户用水端(7)。
11.根据权利要求10所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：每个辅助加热管路均设置有温度传感器和电加热器。
12.根据权利要求1-11之一所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：经过所述空气源热泵(4)换热冷却的空气通过通风管路(11)输送至所需换气环境(12)中。
13.根据权利要求1-12之一所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：所述水源热泵(5)的热源水端连接到污水或废水蓄水池(16)。
14.根据权利要求13所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：经过所述水源热泵(5)进行热交换后的水经过冷水冷量换热器(13)后再连接至排污系统。
15.根据权利要求14所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：所述冷水冷量换热器(13)中设置风管(14)与所述冷水进行换热，所述风管(14)中的被冷却的风经由风扇(15)被输送至所需换气环境(12)中。
16.根据权利要求1-15之一所述的热泵智能恒温供水系统，其特征在于：所述热泵中的制冷剂选择为CO2。
17.一种热泵智能恒温供水系统的控制方法，其特征在于：针对权利要求1-16之一所述的热泵智能恒温供水系统进行控制，以使整个系统的能效比达到最大。
18.根据权利要求17所述的热泵智能恒温供水系统的控制方法，其特征在于：当环境温度大于25度时，开启空气源热泵；当环境温度小于25度时，开启水源热泵。
19.根据权利要求18所述的热泵智能恒温供水系统的控制方法，其特征在于：当环境温度大于25度时，若开启空气源热泵使得系统热量供应不足时，开启水源热泵，若开启空气源热泵使得系统热量供应充足时，关闭水源热泵。
20.根据权利要求18所述的热泵智能恒温供水系统的控制方法，其特征在于：当环境温度小于25度时，若开启水源热泵使得系统热量供应不足时，开启空气源热泵，若开启水源热泵使得系统热量供应充足时，关闭空气源热泵。
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