CN111089324B - 一种制热系统及制热系统的控制方法 - Google Patents

一种制热系统及制热系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制热系统及制热系统的控制方法，其中，制热系统包括顺次相连的空气源热泵、蓄热水箱、水源热泵和供热末端；空气源热泵和蓄热水箱通过空气源热泵循环泵形成第一循环回路；蓄热水箱和水源热泵通过水源热泵蒸发侧循环泵形成第二循环回路；水源热泵和供热末端通过供热末端循环泵形成第三循环回路。本发明的制热系统，有效的将空气源热泵和水源热泵相结合，实现低环境的情况下，供热末端高水温的热量输出。满足市场上对高水温的需求，同时制造相较CO2系统技术，制造成本低。

Description

一种制热系统及制热系统的控制方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种制热系统及制热系统的控制方法。
背景技术
空气源热泵，又称空气能热水器，也称空气源热泵热水器；通过把空气中的低温热量吸收进来，经过氟介质气化，然后通过压缩机压缩后增压升温，再通过换热器转化给水加热，压缩后的高温热能以此来加热水温。空气源热泵具有高效节能、利用能效高的特点，在我国北方地区，随着“清洁供暖”相关政策的出台，空气源热泵的使用量增加。
但由于受冷媒特性、技术水平、制造成本等影响，空气源热泵出水温度不能过高，最高往往只能到60℃左右，难以满足市场上对于高水温需求。
目前常规空气能热泵的冷媒包括R22，R32，R410a，R134a，R744(CO2)冷媒；其中受冷媒特性的影响，R22，R32，R410a冷媒，可以适应低环温(-20℃)，但制热水温最高为60℃左右；R134a冷媒制热水温最高可达85℃，但不适应于低环温(-20℃)；R744(CO2)冷媒制热水最高可达90℃左右，也可以适应于低环温(-20℃)，但由于CO2系统技术要求及制造成本高，目前仍未大范围商业化应用。
发明内容
为解决上述至少一个问题，本发明提供一种制热系统，所述制热系统包括顺次相连的空气源热泵、蓄热水箱、水源热泵和供热末端；
所述空气源热泵和所述蓄热水箱通过空气源热泵循环泵形成第一循环回路；
所述蓄热水箱和所述水源热泵通过水源热泵蒸发侧循环泵形成第二循环回路；
所述水源热泵和所述供热末端通过供热末端循环泵形成第三循环回路。
采用上述技术方案，本发明的制热系统，设置了顺次相连的空气源热泵、蓄热水箱、水源热泵和供热末端，适应低环温的空气源热泵和适应高水温的水源热泵，通过蓄热水箱进行连接，由空气源热泵、蓄热水箱、水源热泵将水温加热到用户设定的温度；
其中，空气源热泵和蓄热水箱通过空气源热泵循环泵形成第一循环回路；第一循环回路运行后，空气源热泵与空气侧进行换热后，再继续与蓄热水箱换热，升高蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱；
蓄热水箱和水源热泵通过水源热泵蒸发侧循环泵形成第二循环回路；第二循环回路运行后，蓄热水箱与水源热泵换热，将蓄热水箱的热量传递至水源热泵；
水源热泵和供热末端通过供热末端循环泵形成第三循环回路；第三循环回路运行后，水源热泵为供热末端提供高的实时水温T供热末端的热量输出。
本发明的制热系统，有效的将空气源热泵和水源热泵相结合，实现低环境的情况下，供热末端高水温的热量输出。满足市场上对高水温的需求，同时制造相较CO2系统技术，制造成本低。
可选的，所述蓄热水箱上设有温度传感器。该种结构，通过在蓄热水箱上设有温度传感器，能够实时掌握蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱，便于对供热系统进行控制。
可选的，所述空气源热泵的冷媒为R410a冷媒。该种结构，通过将空气源热泵的冷媒设置为R410a冷媒，便于空气源热泵在低环境温度的情况使用，如可以在-20℃的低环境温度下使用。
可选的，所述水源热泵的冷媒为R134a冷媒。该种结构，通过将水源热泵的冷媒设置为R134a冷媒，便于水源热泵在高水温的情况下使用，如水温最高可达85℃。
可选的，所述空气源热泵采用变频压缩机。由于空气源热泵100所制取的水温不高，空气源热泵100若为定频机组，容易出现到温停机的问题，导致压缩机频繁启停，浪费能源。该种结构，将空气源热泵100采用变频压缩机，能够对变频压缩机进行精确的控制，进而避免出现压缩机频繁启停的问题。
本发明还提供了一种制热系统的控制方法，所述控制方法包括上述任一项所述的制热系统，所述控制方法包括以下步骤：
控制所述空气源热泵循环泵启动后，控制所述空气源热泵运行，运行所述第一循环回路；
当所述蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱达到第一预设温度T1后，控制所述水源热泵蒸发侧循环泵启动后，控制所述水源热泵运行，运行所述第二循环回路；
控制所述供热末端循环泵启动后，控制所述供热末端运行，运行所述第三循环回路。
本发明通过对制热系统中各部分的控制，实现低环境的情况下，供热末端高水温的热量输出。
具体为先通过控制空气源热泵循环泵和空气源热泵，运行第一循环回路；此时，空气源热泵与空气侧进行换热后，再继续与蓄热水箱换热，升高蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱；
当蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱达到第一预设温度T1后，通过控制水源热泵蒸发侧循环泵和水源热泵，运行第二循环回路；此时，蓄热水箱与水源热泵换热，将蓄热水箱的热量传递至水源热泵；
最后，通过控制供热末端循环泵和供热末端，运行第三循环回路；此时，水源热泵为供热末端提供高的实时水温T供热末端的热量输出。
可选的，当所述空气源热泵采用所述变频压缩机时，所述控制方法包括以下步骤：
当所述供热末端的实时水温T供热末端达到第二预设温度T2后，控制所述变频压缩机按照运行频率P压缩机运行，所述运行频率P压缩机由以下公式计算得出：
P压缩机＝(P0+P0×((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1))×μ2
其中，P0为所述变频压缩机运行的最高频率；
T蓄热水箱为蓄热水箱的实时水温；
T供热末端为供热末端的实时水温；
μ1为
Figure BDA0002317985360000041
Tx为蓄热水箱的最大水温，Ts为蓄热水箱的最小水温；
μ2为1/2；
上述中，当((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)＞1时，((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)的值取1；
当((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)＜-1时，((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)的值取-1；
当-1＜((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)＜1时，((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)的值取实际值。
该种方式，当供热末端的实时水温达到第二预设温度T2后，通过对空气源热泵中的变频压缩机进行精确控制，能够有效的维持供热末端的实时水温T供热末端。
可选的，所述最高频率P0的取值范围为：60Hz≤P0≤100Hz。该种方式，由于空气源热泵所制取的水温不高，负荷较小，将最高频率P0的取值范围设置为：60Hz≤P0≤100Hz，即可满足制热系统的需求；P0优选80Hz。
可选的，所述最大水温Tx的取值范围为：25℃≤Tx≤35℃；所述最小水温Ts的取值范围为：15℃≤Ts≤25℃。该种方式，将最大水温Tx的取值范围设置为：25℃≤Tx≤35℃；最小水温Ts的取值范围设置为：15℃≤Ts≤25℃，既能够通过空气源热泵与蓄热水箱换热后，升高蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱到该范围值，又能在蓄热水箱与水源热泵换热的过程，使水源热泵达到最佳工况。最大水温Tx优选30℃，最小水温Ts优选20℃。
可选的，所述第一预设温度T1的取值范围为：20℃≤T1≤30℃。该种方式，将第一预设温度T1的取值范围设置为：20℃≤T1≤30℃，如果第一预设温度T1的取值范围过低，则不利于后续水源热泵与蓄热水箱的换热，如果第一预设温度T1的取值范围过高，则不利于空气源热泵与蓄热水箱的换热。其中第一预设温度T1优选25℃。
附图说明
图1为本发明实施例1中一种制热系统的结构示意图；
图2为本发明实施例2中一种制热系统的控制方法的流程图。
附图标记说明：
100-空气源热泵；200-蓄热水箱；300-水源热泵；400-供热末端；500-空气源热泵循环泵；600-水源热泵蒸发侧循环泵；700-供热末端循环泵；800-温度传感器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种制热系统，制热系统包括顺次相连的空气源热泵100、蓄热水箱200、水源热泵300和供热末端400；
空气源热泵100和蓄热水箱200通过空气源热泵循环泵500形成第一循环回路；
蓄热水箱200和水源热泵300通过水源热泵蒸发侧循环泵600形成第二循环回路；
水源热泵300和供热末端400通过供热末端循环泵700形成第三循环回路。
本发明的制热系统，设置了顺次相连的空气源热泵100、蓄热水箱200、水源热泵300和供热末端400，适应低环温的空气源热泵100和适应高水温的水源热泵300，通过蓄热水箱200进行连接，由空气源热泵100、蓄热水箱200、水源热泵300将水温加热到用户设定的温度；
其中，空气源热泵100和蓄热水箱200通过空气源热泵循环泵500形成第一循环回路；第一循环回路运行后，空气源热泵100与空气侧进行换热后，再继续与蓄热水箱200换热，升高蓄热水箱200的实时水温T蓄热水箱；
蓄热水箱200和水源热泵300通过水源热泵蒸发侧循环泵600形成第二循环回路；第二循环回路运行后，蓄热水箱200与水源热泵300换热，将蓄热水箱200的热量传递至水源热泵300；
水源热泵300和供热末端400通过供热末端循环泵700形成第三循环回路；第三循环回路运行后，水源热泵300为供热末端400提供高的实时水温T供热末端的热量输出。
本发明的制热系统，有效的将空气源热泵100和水源热泵300相结合，实现低环境的情况下，供热末端400高水温的热量输出。满足市场上对高水温的需求，同时制造相较CO2系统技术，制造成本低。
其中，供热末端400包括水箱或暖气片等。
在本实施方式中，蓄热水箱200上设有温度传感器800。该种结构，通过在蓄热水箱200上设有温度传感器800，能够实时掌握蓄热水箱200的实时水温T蓄热水箱，便于对供热系统进行控制。
在本实施方式中，空气源热泵100的冷媒为R410a冷媒。该种结构，通过将空气源热泵100的冷媒设置为R410a冷媒，便于空气源热泵100在低环境温度的情况使用，如可以在-20℃的低环境温度下使用。
在本实施方式中，水源热泵300的冷媒为R134a冷媒。该种结构，通过将水源热泵300的冷媒设置为R134a冷媒，便于水源热泵300在高水温的情况下使用，如水温最高可达85℃。
在本实施方式中，空气源热泵100采用变频压缩机。由于空气源热泵100所制取的水温不高，空气源热泵100若为定频机组，容易出现到温停机的问题，导致压缩机频繁启停，浪费能源。该种结构，将空气源热泵100采用变频压缩机，能够对变频压缩机进行精确的控制，进而避免出现压缩机频繁启停的问题。
实施例2
本发明提供了一种制热系统的控制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图2所示，控制方法包括实施例1的制热系统，具体的，控制方法包括以下步骤：
S1，控制空气源热泵循环泵启动后，控制空气源热泵运行，运行第一循环回路；
S2，当蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱达到第一预设温度T1后，控制水源热泵蒸发侧循环泵启动后，控制水源热泵运行，运行第二循环回路；
S3，控制供热末端循环泵启动后，控制供热末端运行，运行第三循环回路。
本发明通过对制热系统中各部分的控制，实现低环境的情况下，供热末端高水温的热量输出。
具体为先通过控制空气源热泵循环泵和空气源热泵，运行第一循环回路；此时，空气源热泵与空气侧进行换热后，再继续与蓄热水箱换热，升高蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱；
当蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱达到第一预设温度T1后，通过控制水源热泵蒸发侧循环泵和水源热泵，运行第二循环回路；此时，蓄热水箱与水源热泵换热，将蓄热水箱的热量传递至水源热泵；
最后，通过控制供热末端循环泵和供热末端，运行第三循环回路；此时，水源热泵为供热末端提供高的实时水温T供热末端的热量输出。
在本实施方式中，当空气源热泵采用变频压缩机时，控制方法包括以下步骤：
当供热末端的实时水温T供热末端达到第二预设温度T2后，控制变频压缩机按照运行频率P压缩机运行，运行频率P压缩机由以下公式计算得出：
P压缩机＝(P0+P0×((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1))×μ2
其中，P0为变频压缩机运行的最高频率；
T蓄热水箱为蓄热水箱的实时水温；
T供热末端为供热末端的实时水温；
μ1为
Figure BDA0002317985360000081
Tx为蓄热水箱的最大水温，Ts为蓄热水箱的最小水温；
μ2为1/2；
上述中，当((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)＞1时，((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)的值取1；
当((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)＜-1时，((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)的值取-1；
当-1＜((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)＜1时，((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)的值取实际值。
该种方式，当供热末端的实时水温达到第二预设温度T2后，通过对空气源热泵中的变频压缩机进行精确控制，能够有效的维持供热末端的实时水温T供热末端。运行频率P压缩机的计算综合考虑了蓄热水箱、供热末端的参数，能够通过精确控制变频压缩机，达到控制制热系统的目的。
其中，第二预设温度T2为用户设定温度。
在本实施方式中，最高频率P0的取值范围为：60Hz≤P0≤100Hz。该种方式，由于空气源热泵所制取的水温不高，负荷较小，将最高频率P0的取值范围设置为：60Hz≤P0≤100Hz，即可满足制热系统的需求；P0优选80Hz。
在本实施方式中，最大水温Tx的取值范围为：25℃≤Tx≤35℃；最小水温Ts的取值范围为：15℃≤Ts≤25℃。
该种方式，将最大水温Tx的取值范围设置为：25℃≤Tx≤35℃；最小水温Ts的取值范围设置为：15℃≤Ts≤25℃，既能够通过空气源热泵与蓄热水箱换热后，升高蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱到该范围值，又能在蓄热水箱与水源热泵换热的过程，使水源热泵达到最佳工况。最大水温Tx优选30℃，最小水温Ts优选20℃。
在本实施方式中，第一预设温度T1的取值范围为：20℃≤T1≤30℃。该种方式，将第一预设温度T1的取值范围设置为：20℃≤T1≤30℃，如果第一预设温度T1的取值范围过低，则不利于后续水源热泵与蓄热水箱的换热，如果第一预设温度T1的取值范围过高，则不利于空气源热泵与蓄热水箱的换热。其中第一预设温度T1优选25℃。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (4)

1.一种制热系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法应用于制热系统，所述制热系统包括顺次相连的空气源热泵(100)、蓄热水箱(200)、水源热泵(300)和供热末端(400)；
所述空气源热泵(100)和所述蓄热水箱(200)通过空气源热泵循环泵(500)形成第一循环回路；
所述蓄热水箱(200)和所述水源热泵(300)通过水源热泵蒸发侧循环泵(600)形成第二循环回路；
所述水源热泵(300)和所述供热末端(400)通过供热末端循环泵(700)形成第三循环回路；
所述控制方法包括以下步骤：
控制所述空气源热泵循环泵启动后，控制所述空气源热泵运行，运行所述第一循环回路；
当所述蓄热水箱的实时水温T蓄热水箱达到第一预设温度T1后，控制所述水源热泵蒸发侧循环泵启动后，控制所述水源热泵运行，运行所述第二循环回路；
控制所述供热末端循环泵启动后，控制所述供热末端运行，运行所述第三循环回路；
当所述供热末端的实时水温T供热末端达到第二预设温度T2后，控制所述空气源热泵的变频压缩机按照运行频率P压缩机运行，所述运行频率P压缩机由以下公式计算得出：
P压缩机＝(P0+P0×((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1))×μ2
其中，P0为所述变频压缩机运行的最高频率；
T蓄热水箱为蓄热水箱的实时水温；
T供热末端为供热末端的实时水温；
μ1为
Figure FDA0003045644870000021
Tx为蓄热水箱的最大水温，Ts为蓄热水箱的最小水温；
μ2为1/2；
上述中，当((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)>1时，((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)的值取1；
当((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)<-1时，((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)的值取-1；
当-1<((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)<1时，((T蓄热水箱-T供热热末)×μ1)的值取实际值。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述最高频率P0的取值范围为：60Hz≤P0≤100Hz。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述最大水温Tx的取值范围为：25℃≤Tx≤35℃；所述最小水温Ts的取值范围为：15℃≤Ts≤25℃。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述第一预设温度T1的取值范围为：20℃≤T1≤30℃。
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