CN107676858B - 供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种供热系统，其包括供热机组和控制系统；所述供热机组包括空气能加热组件和电加热组件，所述空气能加热组件的数量为多个，所述多个空气能加热组件之间相互并联，然后与所述电加热组件串联；所述控制系统用于控制所述供热机组。本发明通过串联的空气能加热组件和电加热组件，当环境温度高时，可以仅通过空气能加热组件工作即可以实现热水的供应，当环境温度低时，通过空气能加热组件和电加热组件的联合工作，使得热水的出水温度恒定，使得用户体验较好。

Description

供热系统
技术领域
本发明涉及一种采暖设备，尤其涉及一种供热系统。
背景技术
空气能是一种清洁能源因其高效的热能利用效率，被广泛应用于各种供热机组和采暖设备。
但是，在低温环境下，例如环境温度低于-10℃时，采用空气能的供热机组将不能从空气中吸收大量的热，使得其热效率下降，严重情况下，可能无法达到供热机组的热水出水温度，即越是寒冷的天气，出水温度越低，造成了用户使用的体验较差。
发明内容
本发明目的是提供一种供热系统，其采用空气能和电能的结合，解决了上述技术问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种供热系统，其包括供热机组和控制系统；
所述供热机组包括空气能加热组件和电加热组件，所述空气能加热组件的数量为多个，所述多个空气能加热组件之间相互并联，然后与所述电加热组件串联；
所述空气能加热组件包括散热器、压缩机和换热器；
所述散热器包括散热片和散热管，所述散热片的数量为多个，所述多个散热片平行设置；所述多个散热管并联设置，且每一个散热管均穿过所有的散热片，并被固定于所述散热片上；
所述散热器的散热管的一端与所述压缩机的进气口连通，所述压缩机的排气口通过四通阀连接于换热器的第一进口，所述换热器的第一出口与散热器的散热管的另一端连通；
所述换热器的第二进口用于连接冷水管道，所述换热器的第二出口连接于进水管，所述进水管与电加热组件连接；
所述电加热组件包括加热内胆、电加热器和换热管，所述换热管设置于所述加热内胆内，其下端与所述进水管连接，所述换热管的上端即为热水出口；所述加热内胆内填充有加热工质，所述电加热器插入所述加热内胆内，用于对所述加热工质进行加热；
所述控制系统包括控制器、显示屏、通讯模块、回水温度传感器、出水温度传感器、环境温度传感器、第一电机控制模块、电流传感器和继电器；
所述显示屏信号连接于所述控制器，并在所述控制器的控制下显示系统的操作界面；
所述通讯模块与所述控制器信号连接；
所述出水温度传感器和回水温度传感器信号连接于所述控制器；所述出水温度传感器将其检测的出水温度传递至所述控制器，所述回水温度传感器将其检测的回水温度发送至所述控制器；
环境温度传感器信号连接于所述控制器，将其检测的室内和室外环境的温度传递给所述控制器；
所述第一电机控制模块与所述控制器信号连接，所述第一电机控制模块与压缩机的电机电路连接，在所述控制器的控制下，控制所述压缩机的电机的启停和转速；
所述电流传感器安装于所述压缩机的电机接入电源的电缆上，所述电流传感器信号连接于所述控制器；
所述继电器信号连接于所述控制器，所述控制器能够控制所述继电器的通断，电加热器的通过继电器的开关连接于电源。
可选的，所述多个散热片每两个为一组，在同一组中的两个散热片的下端固定在一起，所述两个散热片之间形成向上的开口，且两个散热片之间的夹角为60-120°，在所述开口处设置有风机，当所述风机工作时，将空气吹向所述散热片；
所述控制系统还包括第二电机控制模块，所述第二电机控制模块与所述控制器信号连接，所述第二电机控制模块还与风机的电机电路连接，在所述控制器的控制下，控制风机的电机的启停和转速。
可选的，所述空气能加热组件还包括除霜管，所述除霜管穿过所有的散热片，并被固定于所述散热片上，且位于所述散热管的下部；所述除霜管的一端与所述四通阀的一个接口连通，所述除霜管的另一端通过电动截止阀与所述压缩机的入口连通。
可选的，所述四通阀的一个接口通过单向阀连接于压缩机的进气口。
可选的，所述控制器为工控机或者单片机。
本发明具有如下有益效果：本发明的供热系统通过室内温度、室外温度、出水温度和回水温度掌握供热机组的运行状况，实时调整空气能和电能的最佳节能运行平衡线，真正实现在保证设备稳定运行状况下节能最大化，并保持稳定的热水输出，提升了用户体验，并通过手机和PC实现远程实时监控，使用户使用简单方便。
附图说明
图1为本发明的供热机组的结构示意图；
图2为本发明的供热机组的另一结构示意图；
图3为本发明的控制系统的结构示意图；
图中标记示意为：1-散热片；2-散热管；3-压缩机；4-换热器；5-四通阀； 6-冷水管道；7-加热内胆；8-电加热器；9-进水管；10-出水管；11-换热管；12-除霜管；13-单向阀；14-电动截止阀。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种供热系统，其包括供热机组和控制系统，所述控制系统用于对所述机组进行控制。
本实施例中，所述供热机组包括空气能加热组件和电加热组件，所述空气能加热组件与所述电加热组件相串联。
本实施例中，所述空气能加热组件的数量可以为多个，例如其数量为4个，所述多个空气能加热组件之间相互并联，然后均与所述电加热组件串联。
所述空气能加热组件包括散热器、压缩机和换热器；所述散热器包括散热片和散热管，所述散热片的数量为多个，所述多个散热片平行设置；所述多个散热管并联设置，且每一个散热管均穿过所有的散热片，并被固定于所述散热片上，以当所述散热管内流动传热工质时，通过所述散热片吸收空气中的热量，并将所述散热管内的液体气化。
所述散热器的散热管的一端与所述压缩机的进气口连通，所述压缩机的排气口通过四通阀连接于换热器的第一进口，所述换热器的第一出口与散热器的散热管的另一端连通。本实施例中，所述换热器的第一出口通过电子膨胀阀与散热器的散热管的另一端连通，以使得传热工质经过电子膨胀阀后，变成液态。
所述换热器的第二进口用于连接冷水管道，所述换热器的第二出口连接于进水管，所述进水管与电加热组件连接。
本实施例中，所述电加热组件包括加热内胆、电加热器和出水管，所述进水管与所述加热内胆连通，并且连通处位于所述加热内胆的底壁上，以使得冷水在向上流动的过程中被逐步加热。
所述电加热器插入于所述加热内胆中，用于对加热器的水进行加热，所述出水管与所述加热器的内胆连通，并且所述出水管与所述加热器的连通处位于所述加热内胆的顶壁上。
当然，所述电加热组件也可以包括加热内胆、电加热器和换热管，所述换热管设置于所述加热内胆内，其下端与所述进水管连接，所述换热管的上端即为热水出口；所述加热内胆内填充有加热工质，所述电加热器插入所述加热内胆内，用于对所述加热工质进行加热。
本实施例中，所述四通阀的一个接口通过单向阀连接于压缩机的进气口，所述单向阀仅允许气体流向压缩机的进气口，以防止压缩机出口的气体压力过高，影响压缩机的寿命。
而且所述空气能加热组件还包括除霜管，所述除霜管穿过所有的散热片，并被固定于所述散热片上，且位于所述散热管的下部，即位于所述散热片的最底部，以当在寒冷的季节使用时，所述散热片上容易在底部结霜，通过所述除霜管的设置，能有效地解决底部结霜的问题，且所述除霜管所散发的热量能够被与其相邻的散热管所吸收，并不会耗费太多能量。此时，所述除霜管的一端与所述四通阀的一个接口连通，所述除霜管的另一端通过电动截止阀与所述压缩机的入口连通。
本实施例中，所述四个散热片每两个为一组，在同一组中的两个散热片的下端固定在一起，且两个散热片之间的夹角为60-120°，即所述两个散热片之间形成向上的开口，在所述开口处设置有风机，当所述风机工作时，将空气吹向所述散热片，以加速散热片的空气流动，提高散热片吸收热量的效率。
所述控制系统包括控制器、显示屏、通讯模块、回水温度传感器、出水温度传感器、环境温度传感器、第一电机控制模块、电流传感器、第二电机控制模块和继电器。
所述控制器可以采用工控机或者单片机等设备实现，所述显示屏信号连接于所述控制器，以在所述控制器的控制下显示系统的操作界面；本实施例中，所述显示屏可以为触摸屏，以通过所述触摸屏实现控制参数的输入。
所述通讯模块与所述控制器信号连接，以使得所述控制器通过所述通讯模块与其他设备通信，例如所述通讯模块可以为WIFI模块，从而可以使得本控制系统通过WIFI模块与其他手机通信，并随时随地掌握机组运行状况，并通过手机对本控制系统进行控制。
所述出水温度传感器和回水温度传感器信号连接于所述控制器；本实施例中，所述回水温度传感器用于检测回水(进入供热机组的水)的温度，所述出水温度传感器用于检测出水(从供热机组流出的水)的温度，所述出水温度传感器将其检测的出水温度传递至所述控制器，同时，所述回水温度传感器将其检测的回水温度发送至所述控制器。
环境温度传感器信号连接于所述控制器，以将其检测的室内和室外环境的温度传递给所述控制器，以当温度低于某一阈值时，所述控制器停止压缩机，并且当温度大于某一阈值时，所述控制器停止电加热器。
所述第一电机控制模块与所述控制器信号连接，并且，所述第一电机控制模块与压缩机的电机电路连接，以在所述控制器的控制下，能够控制所述压缩机的电机的启停和转速，以使得所述压缩机工作在最佳状态。
所述电流传感器用于检测压缩机的电机的电流，也就是说，所述电流传感器安装于所述压缩机的电机接入电源的电缆上，且本实施例中，所述电流传感器信号连接于所述控制器，以使得所述控制器能够有效地控制所述压缩机的电机的运动。
所述第二电机控制模块与所述控制器信号连接，所述第二电机控制模块还与风机的电机电路连接，以在所述控制器的控制下，能够控制所述风机的电机的启停和转速，以提高散热器的工作效率。
所述继电器信号连接于所述控制器，所述控制器能够控制所述继电器的通断，所述电加热器通过继电器的开关连接于电源，以当所述继电器闭合时，所述加热器开始工作。
本发明的供热系统通过室内温度、室外温度、出水温度和回水温度掌握供热机组的运行状况，实时调整空气能和电能的最佳节能运行平衡线，真正实现在保证设备稳定运行状况下节能最大化，并保持稳定的热水输出，提升了用户体验，并通过手机和PC实现远程实时监控，使用户使用简单方便。
本实施例的空气能加热组件运用逆卡诺循环原理，采用电能驱动，通过传热工质把自然界的空气低温热源中无法利用的热能有效吸收，并将吸收回来的热能经压缩机提升至可用的高品位热能并释放到水中。
空气能加热组件在运行中，散热器从空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升，高温蒸气通过换热器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了换热器中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到散热器，然后再被蒸发，如此循环往复。
所述传热工质是一种特殊物质，常压下其沸点为零下40℃，凝固点为零下 100℃以下，该传热工质冷的时候是液体，但很容易被蒸发成气体，反之亦然。该传热工质的蒸发极限温度为零下29℃左右，因此相对-20℃的环境温度对如此低的温度也是“热”的，仍可交换一些热能。
在不同工况下每消耗1KW电能就能从低温热源空气中吸收2～6KW的免费热量，节能效果非常显著。
本发明通过串联的空气能加热组件和电加热组件，当环境温度高时，可以仅通过空气能加热组件工作即可以实现热水的供应，当环境温度低时，通过空气能加热组件和电加热组件的联合工作，使得热水的出水温度恒定，使得用户体验较好。
本供热系统解决了空气能只能做单系统小型低温供热设备的弊端，实现了空气能+电能多系统大功率供热设备应用，使空气能等节能设备有了更广阔使用市场，可用在任何大面积建筑物中提供集中供暖和高温热水。由于本供热系统由多个空气能加热和电能加热合理的结合为一体，通过强大的控制系统，实时掌握室内外环境温度、进出水温度、系统压力(采用压力传感器实现)等参数，通过数据分析来调控本供热系统的运行状况，实时调整空气能和电能的最佳节能运行平衡线，真正实现在保证设备稳定运行状况下节能最大化，并通过手机和PC实现远程实时监控，使用户使用简单方便。
其中，空气能加热组件的冷媒的最低蒸发温度可达-29℃，故室外温度 -20℃时它与外界温度存在温差，冷媒在散热器内吸收外界温度后汽化，通过压缩机压缩制热，变成高温高压气体，再经换热器与水交换热量后，经电子膨胀阀释放压力，回到低温低压的液化状态，通过冷媒的不断循环并与水交换热量，将水加热，再经循环泵将热量输送到用户终端。
而且，所述压缩机的启动和停止受环境温度和水温控制，根据其最佳运行工况要求环境温度大于-10℃的特性，当控制系统探测到环境温度大于-10℃时，空气能加热组件全负荷工作，当控制系统探测到水温度大于设定温度时，空气能加热组件和电加热组件停止加热。
所述空气能加热组件的能效比最高的水温加热温度40℃，40℃以上其能效比会逐渐下降。所以当控制系统探测到环境温度大于-10℃，设定出水温度小于40℃时，供热系统只是启动空气能加热组件的压缩机，此时电加热组件处于待机状态；所以当控制系统探测到环境温度大于-20℃，设定出水温度大于40℃时，这时空气能加热组件的压缩机优先启动，将水温加热至 40度时，控制系统通过回水温度传感器探测到电能加热系统启动温度值40度时，电加热组件全部启动继续提升热水温度，直至达到用户设定热水温度的上限，电加热组件逐级停止加热，以此循环恒温供热。
当控制系统通过环境温度传感器探测到环境温度小于-20℃，设定出水温度大于40℃时，此时空气能加热组件的工况条件最差，频繁除霜，能效比最低，无法保证正常供热需求，控制系统自动关闭空气能加热组件，全负荷启动电能加热部分来满足供热需求。
电加热组件不受环境温度的影响，启动30-40分钟内就可达到60℃以上出水温度，能持续地供出热量，最大出水温度可以达到85摄氏度。
本实施例的供热系统的好处是环境温度适宜时，超低温空气能热泵发挥其巨大的热效优势，环境温度低于-20摄氏度时，自动切换电能供热，始终保证正常工作。智能控制，低噪音，高寿命，综合使用寿命可以达到15年。
本实施例的电加热组件的内胆内注满高效合成油介质并设有多组换热管，内胆的上封板设有多组电加热器，对加热工质(介质油)进行恒温加热，介质油在温度到达100度以上后，由中心向外做逆时针快速运动，多组运动涡流相互摩擦碰撞，并快速冲刷换热管，高效合成油介质分子结构不断变化和分解，使介质温度自身快速升温，达到高效节能的效果。冷水经内胆底部集水封头进入换热管并作顺时针旋转向上快速运动，与高温运动中的高效合成油介质进行快速摩擦换热，充分换热后的热水到达内胆顶部集水封头经出水管送出，完成快速制热的效果，能效高达160％以上。
本供热系统解决了以往空气能热泵虽然节能但是受环境影响运行不稳定和出水温度低、普通电锅炉、电热水器能效(一般最高90％-95％)低、使用费用高、运行不稳定等问题。打破了传统的供热设备设计理念及方法，大大提高了热效率，比普通电锅炉省电80％以上，热效率提高2-4倍以上，预热运行时间短，快速供应高温热水，可用在大面积集中供暖，运行稳定并运行费用低是其他空气能单机和普通电锅炉无法媲美的。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种供热系统，其特征在于，包括供热机组和控制系统；
所述供热机组包括空气能加热组件和电加热组件，所述空气能加热组件的数量为多个，所述多个空气能加热组件之间相互并联，然后与所述电加热组件串联；
所述空气能加热组件包括散热器、压缩机、换热器和除霜管；
所述散热器包括散热片和散热管，所述散热片的数量为多个，所述多个散热片平行设置；所述多个散热管并联设置，且每一个散热管均穿过所有的散热片，并被固定于所述散热片上；
所述散热器的散热管的一端与所述压缩机的进气口连通，所述压缩机的排气口通过四通阀连接于换热器的第一进口，所述换热器的第一出口与散热器的散热管的另一端连通；
所述除霜管穿过所有的散热片，并被固定于所述散热片上，且位于所述散热管的下部；所述除霜管的一端与所述四通阀的一个接口连通，所述除霜管的另一端通过电动截止阀与所述压缩机的入口连通；
所述换热器的第二进口用于连接冷水管道，所述换热器的第二出口连接于进水管，所述进水管与电加热组件连接；
所述电加热组件包括加热内胆、电加热器和换热管，所述换热管设置于所述加热内胆内，其下端与所述进水管连接，所述换热管的上端即为热水出口；所述加热内胆内填充有加热工质，所述电加热器插入所述加热内胆内，用于对所述加热工质进行加热；
所述控制系统包括控制器、显示屏、通讯模块、回水温度传感器、出水温度传感器、环境温度传感器、第一电机控制模块、电流传感器和继电器；
所述显示屏信号连接于所述控制器，并在所述控制器的控制下显示系统的操作界面；
所述通讯模块与所述控制器信号连接；
所述出水温度传感器和回水温度传感器信号连接于所述控制器；所述出水温度传感器将其检测的出水温度传递至所述控制器，所述回水温度传感器将其检测的回水温度发送至所述控制器；
环境温度传感器信号连接于所述控制器，将其检测的室内和室外环境的温度传递给所述控制器；
所述第一电机控制模块与所述控制器信号连接，所述第一电机控制模块与压缩机的电机电路连接，在所述控制器的控制下，控制所述压缩机的电机的启停和转速；
所述电流传感器安装于所述压缩机的电机接入电源的电缆上，所述电流传感器信号连接于所述控制器；
所述继电器信号连接于所述控制器，所述控制器能够控制所述继电器的通断，电加热器的通过继电器的开关连接于电源；
所述多个散热片每两个为一组，在同一组中的两个散热片的下端固定在一起，所述两个散热片之间形成向上的开口，且两个散热片之间的夹角为60-120°，在所述开口处设置有风机，当所述风机工作时，将空气吹向所述散热片；
所述控制系统还包括第二电机控制模块，所述第二电机控制模块与所述控制器信号连接，所述第二电机控制模块还与风机的电机电路连接，在所述控制器的控制下，控制风机的电机的启停和转速。
2.根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于，所述四通阀的一个接口通过单向阀连接于压缩机的进气口。
3.根据权利要求2所述的供热系统，其特征在于，所述控制器为工控机或者单片机。
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