CN111207434B - 一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统及控制方法，所述供暖系统由太阳能集热系统、空气源热泵系统、储热水箱及末端设备组成，太阳能集热系统与空气源热泵系统两系统之间连接储热水箱。太阳能集热系统包括太阳能集热器通过管路连接到储热水箱，该管路上设置温度探头T1，储热水箱上部和下部分别布置温度探头T2、温度探头T3，储热水箱出水口通过下循环管段连接太阳能侧循环水泵，循环水泵进水处安装温度探头T6，集热系统上循环管段和下循环管段之间通过水管短接，上循环管路、下循环管和短接管路上均安装电动二通阀。本发明解决了现有利用太阳能及空气能供暖技术导致考虑太阳能集热循环侧出现过热、过冷的问题。

Description

一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统及控制方法

技术领域

本发明涉及供暖技术领域，具体涉及一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统及控制方法。

背景技术

在我国的川西地区，海拔多在1000～4500m，气候以严寒和寒冷型为主，是典型的高寒地区，供暖是当地亟待解决的问题。该类地区同时也是太阳能资源最为富集的，日照时间较长，而直接采用太阳能对建筑供暖，会由于太阳能本身间歇性的特点，供暖系统稳定性难以保证。因此，在采用太阳能供暖的实际工程中，常常会给系统设计一套辅助热源，其中以空气源热泵辅助太阳能供暖的互补供暖系统为主。该系统同时兼备能耗低、系统稳定可靠性高，以及投资成本低的特点。近些年，多个大型的集中式供暖工程均采用该种系统，但实际使用过程中，会因高海拔地区昼夜温差大、白天太阳辐射强度大，系统的集热模块冻管；由于经济交通问题，当地技术人员对系统运行切换过程不清等情况。整个系统常常是闲置瘫痪状态，造成能源浪费。

针对上述问题，中国专利CN206496511U，主要技术通过采用电动二通阀、电动三通阀及管路连接的方式将空气源热泵、太阳能集热器及电加热三种热源结合起来形成热泵系统，实现了空气源热泵单独制热、供热；太阳能集热器单独制热、供热；电加热制热；空气源热泵联合制热、供热等过程，解决空气源热泵系统功能单一的问题，但该系统较少考虑太阳能集热循环侧的防过热、防冻以及系统自动化运行，因此系统整体在川西地区使用的可靠性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统及控制方法，解决现有利用太阳能及空气能供暖技术导致考虑太阳能集热循环侧出现过热、过冷的问题，同时，本发明能够实现自动化运行。

本发明通过下述技术方案实现：

一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统，包括太阳能集热系统、空气源热泵系统、储热水箱及末端设备，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器，通过太阳能集热器加热储热水箱中的水，所述空气源热泵系统与储热水箱、末端设备连接，所述储热水箱与末端设备连接，所述太阳能集热器的出水口处设置有排气阀，所述太阳能集热器的出水端通过第一循环管路与储热水箱的上部连接，所述太阳能集热器的进水端通过第二循环管路与储热水箱的下部连接，所述第一循环管路上靠近太阳能集热器一端和靠近储热水箱一端分别设置有温度探头T1、电动二通阀FM2，所述第二循环管路上靠近太阳能集热器一端和靠近储热水箱一端分别设置有太阳能侧循环水泵B1和电动二通阀FM3，所述第二循环管路上在太阳能侧循环水泵B1入口端设置有温度探头T6，所述第一循环管路和第二循环管路之间通过第一水管短接，所述第一水管上设置有电动二通阀FM1，所述储热水箱的上部和下部分别设置有温度探头T2和温度探头T3，所述温度探头T1、电动二通阀FM2、电动二通阀FM3、电动二通阀FM1、温度探头T6、太阳能侧循环水泵B1、温度探头T2和温度探头T3均与PLC控制器电连接。

本发明所述储热水箱具有保温效果，用于储存热水，所述的末端设备适宜选用风机盘管及地暖形式，所述末端设备用于通过管道中的水实现对供暖房间制热。可选地，空气源热泵系统，与储热水箱和末端设备连接，用于利用空气能加热储热水箱中的水，和/或，利用空气能向末端设备提供热交换水；太阳能集热系统通过储热水箱与末端设备连接，用于利用太阳能加热储热水箱中的水。

本发明中所述的PLC控制器、各个电动二通阀和温度探头、泵均为现有技术，本发明的构思在于通过合理布置太阳能集热系统、空气源热泵系统、储热水箱及末端设备之间的管道连接和阀门，实过重循环系统的控制，不仅能够实现不同情况下对用户端供暖，且能够防止太阳能集热循环侧出现过热、过冷。

本发明所述的各部分的温度数据采集及控制均通过PLC控制器实现。

本发明所述太阳能集热系统白天可以利用太阳能加热储热水箱中的水；太阳能集热系统可以在夜间利用太阳能侧循环水泵B1，和/或，储热水箱中的水完成防冻过程，当T1处温度大于过热温度α时，电动二通阀FM1关闭，电动二通阀FM2、电动二通阀FM3打开，太阳能侧循环水泵B1开启，排气阀打开，避免太阳能集热循环侧出现过热，且本发明的温度数据采集及控制均通过PLC控制器实现，实现自动化运行。

进一步地；太阳能侧循环水泵B1并联设置多个。

设置备用太阳能侧循环水泵B1，提高太阳能侧循环水泵B1的运行稳定性。

进一步地，储热水箱上部和下部分别通过第一供暖主管、第二供暖主管与末端设备连接，所述空气源热泵系统包括空气源热泵，所述空气源热泵分别通过第一回水管路和第二回水管路与第一供暖主管、第二供暖主管连接，所述第一供暖主管、第二供暖主管上靠近储热水箱的一端分别设置有电动二通阀FM5、电动二通阀FM4，所述第一供暖主管、第二供暖主管之间在靠近储热水箱一端通过第二水管短接，所述第二水管上设置有电动二通阀FM6，所述第一供暖主管、第二供暖主管之间在靠近末端设备一端通过第三水管短接，所述第三水管上设置有电动二通阀FM10，所述第一供暖主管上在第一回水管路和第二回水管路之间设置有电动二通阀FM8，所述第一供暖主管、第二供暖主管上靠近末端设备一端均设置有电动二通阀组FM9，所述第二供暖主管上在电动二通阀组FM9后端设置有用户侧循环水泵B3，所述第一供暖主管、第二供暖主管上在第一回水管路和第二回水管路之后端分别设置有温度探头T4和温度探头T5，所述第一回水管路和第二回水管路上靠近第一供暖主管、第二供暖主管一端均设置有电动二通阀组FM7，所述第二回水管路上还设置有热泵侧循环水泵B2，所述电动二通阀FM4、电动二通阀FM5、电动二通阀FM6、电动二通阀组FM7、电动二通阀FM8、电动二通阀组FM9、电动二通阀FM10、空气源热泵、热泵侧循环水泵B2、用户侧循环水泵B3、温度探头T4、温度探头T5均与PLC控制器电连接。

通过上述设置，本发明实现了太阳能和空气能的互补利用；解决了太阳能不稳定性、间歇性以及空气源热泵低温环境下运行效率低等问题

进一步地，热泵侧循环水泵B2和用户侧循环水泵B3均并联设置多个。

进一步地，储热水箱采用金属壳体，所述壳体设置夹层，在夹层内填充保温材料，所述壳体上设置有进水管、出水管。

进一步地，壳体上部设置有自来水补充入口、溢水管，底部设置有泄水管。

进一步地，储热水箱为开式水箱。

进一步地，太阳能集热器为全玻璃真空管式集热器。

进一步地，太阳能集热器的热水出口管路上设置有自动排气阀和安全阀。

一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，包括太阳能集热器向储热水箱的蓄热控制、太阳能集热系统内循环控制、太阳能集热循环防冻控制、空气源热泵单独对储热水箱蓄热控制、空气源热泵单独供暖环控制、空气源热泵与储热水箱联合供暖循环控制和储热水箱单独供暖循环控制；

系统运行前处于初始状态，初始状态下，关闭空气源热泵、太阳能侧循环水泵B1、热泵侧循环水泵B2和用户侧循环水泵B3，电动二通阀FM1、电动二通阀FM3、电动二通阀FM4、电动二通阀FM5、电动二通阀FM8和电动二通阀组FM9打开，其余电动二通阀处于关闭状态；

所述太阳能集热器向储热水箱的蓄热控制过程为：

当温度探头T1所测温度大于PLC控制器内设定的集热温度β，且温度探头T1所测温度与温度探头T3所测温度的温差大于2℃、且温度探头T2所测温度小于PLC控制器内设定的过热温度α时，开启太阳能侧循环水泵B1，同时打开电动二通阀FM2和电动二通阀FM3，且关闭电动二通阀FM1，使太阳能集热器与储热水箱之间形成循环回路；

所述太阳能集热系统内循环控制过程为：

当温度探头T6所测温度与温度探头T3所测温度的温差大于2℃时，关闭电动二通阀FM2，打开电动二通阀FM1和电动二通阀FM3；

所述太阳能集热循环防冻控制过程为：

当温度探头T6所测温度低于PLC控制器内设定的防冻温度γ时，关闭电动二通阀FM1，打开电动二通阀FM2和电动二通阀FM3，以及开启太阳能侧循环水泵B1，使太阳能集热器与储热水箱之间形成循环回路；

所述空气源热泵单独对储热水箱蓄热控制过程为：

当系统处于供暖时间段，当温度探头T1所测温度低于PLC控制器内设定的集热温度β，系统恢复初始状态，当温度探头T2所测温度低于PLC控制器内设定的集热温度β，打开电动二通阀FM4、电动二通阀FM5、电动二通阀组FM7和电动二通阀FM10，关闭电动二通阀FM6、电动二通阀FM8和电动二通阀组FM9，同时开启热泵侧循环水泵B和空气源热泵，空气源热泵通过内部蒸发器与环境空气换热，并利用介质将热量带到冷凝器侧，将空气中的热量传到水管中，实现空气源热泵单独对储热水箱蓄热控制，该蓄热过程在温度探头T2所测温度大于集热温度β时结束；

所述空气源热泵单独供暖环控制过程为：

当系统处在供暖时间内，末端用户有供暖需求，当温度探头T2所测温度比PLC控制器内设定的集热温度β低10℃，关闭电动二通阀FM5、电动二通阀FM8和电动二通阀FM10，打开电动二通阀FM4、电动二通阀FM6、电动二通阀组FM7和电动二通阀组FM9，关闭热泵侧循环水泵B2，开启用户侧循环水泵B3和空气源热泵，系统实现储热水箱不满足供暖需求且末端需求供暖时，空气源热泵单独供暖循环；

所述空气源热泵与储热水箱联合供暖循环控制过程为：

当系统处在供暖时间内，末端用户有供暖需求，当温度探头T2所测温度大于等于β-10℃时，且小于集热温度β时，开启电动二通阀FM4、电动二通阀FM5、电动二通阀组FM7和电动二通阀组FM9，关闭电动二通阀FM6、电动二通阀FM8和电动二通阀FM10，关闭热泵侧循环水泵B2，开启用户侧循环水泵B3和空气源热泵，系统进行空气源热泵与储热水箱串联联合供暖循环；

所述储热水箱单独供暖循环控制过程为：

当温度探头T2所测温度大于集热温度β时，关闭动二通阀FM6、电动二通阀组FM7和电动二通阀FM10，打开电动二通阀FM4、电动二通阀FM5、电动二通阀FM8和电动二通阀组FM9，关闭热泵侧循环水泵B2，开启用户侧循环水泵B3，关闭空气源热泵，系统进入储热水箱单独供暖循环。

本发明所述系统在PLC控制器内预先设定过热温度、集热温度、防冻温度及换热温差；过热温度可取当地水沸点温度，考虑5℃的安全值；集热温度可用于末端设备使用实现制热最低温度；防冻温度可取当地水凝点温度，考虑5℃的安全值；换热温差按照节能需要自定。

本发明的太阳能集热器侧温度监测点T1监测太阳能集热系统的温度最高值，设在集热器出集水箱处水管位置；储热水箱内温度监测点T2采集储热水箱上1/3处中心线位置处温度，监测储热水箱上1/3水体的平均温度；储热水箱内温度监测点T3采集储热水箱下1/3处中心线位置处温度，监测储热水箱下1/3水体的平均温度；太阳能侧循环水泵B侧的温度监测点T6监测太阳能集热系统循环管路的最低温度，放置在太阳能侧循环水泵B的进水管路上；所述的温差2℃指系统使用时预定换热温差值。

本发明根据各个温度探头采集的大温度与PLC控制器内预先设定的温度进行比较，由PLC控制器合理控制各个电动二通阀的开启与关闭，使本发明所述系统能够同时实现太阳能集热器向储热水箱的蓄热控制、太阳能集热系统内循环控制、太阳能集热循环防冻控制、空气源热泵单独对储热水箱蓄热控制、空气源热泵单独供暖环控制、空气源热泵与储热水箱联合供暖循环控制和储热水箱单独供暖循环控制等多个模式，不同模式的切换或发生关系如图2和图3所示。

本发明所述系统为太阳能耦合空气源热泵互补系统，结构简单，工作中能同时实现防冻、防过热、蓄热、水箱单独供热、热泵单独蓄热、热泵单独放热、热泵水箱串联联合供热等；系统采用几个关键点温度，采用了PLC控制器实现多个子系统间的自动切换过程；本发明工作运行过程同时考虑太阳能的有效蓄热时间段、热泵调峰蓄热及提升热泵冷凝器冷冻水温来提高系统效率的方式。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明所述太阳能集热系统白天可以利用太阳能加热储热水箱中的水；太阳能集热系统可以在夜间利用太阳能侧循环水泵B1，和/或，储热水箱中的水完成防冻过程，当T1处温度大于过热温度α时，电动二通阀FM1关闭，电动二通阀FM2、电动二通阀FM3打开，太阳能侧循环水泵B1开启，排气阀打开，避免太阳能集热循环侧出现过热，且本发明的温度数据采集及控制均通过PLC控制器实现，实现自动化运行；系统适用性较广，具备大规模推广的基础条件。

2、本发明实现了太阳能和空气能的互补利用；解决了太阳能不稳定性、间歇性以及空气源热泵低温环境下运行效率低等问题。

3、本发明通过设置PLC控制器采集温度信号盒控制阀门的开启与关闭形成动控制系统，实现多种运行模式的转换，采用一套设备同时实现单一热源供暖、单一热源蓄能、多种热源供暖、系统蓄能兼供暖，实现了空调设备的多元化发展，既节约了初投资，又降低了运行费用和机房面积。

4、本发明所述系统利用太阳能和空气能驱动供热系统，能减少普通化石燃料供暖所排放的碳氧化物、硫化物等污染物，具有一定的环境效益。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明供暖系统的示意图；

图2为本发明的控制流程图；

图3为本发明的控制单元拆分图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-太阳能集热器，2-储热水箱，3-空气源热泵，4-太阳能侧循环水泵B1，5-热泵侧循环水泵B2，6-用户侧循环水泵B3，7-电动二通阀FM1，8-电动二通阀FM2，9-电动二通阀FM3，10-电动二通阀FM4，11-电动二通阀FM5，12-电动二通阀FM6，13-电动二通阀组FM7，14-电动二通阀FM8，15-电动二通阀组FM9，16-电动二通阀FM10，17-温度探头T1，18-温度探头T2，19-温度探头T3，20-温度探头T4，21-温度探头T5，22-温度探头T6，23-PLC控制器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统，包括太阳能集热系统、空气源热泵系统、储热水箱2及末端设备，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器1，通过太阳能集热器1加热储热水箱2中的水，所述空气源热泵系统与储热水箱2、末端设备连接，所述储热水箱2与末端设备连接，所述太阳能集热器1的出水口处设置有排气阀，所述太阳能集热器1的出水端通过第一循环管路与储热水箱2的上部连接，所述太阳能集热器1的进水端通过第二循环管路与储热水箱2的下部连接，所述第一循环管路上靠近太阳能集热器1一端和靠近储热水箱2一端分别设置有温度探头T117、电动二通阀FM28，所述第二循环管路上靠近太阳能集热器1一端和靠近储热水箱2一端分别设置有太阳能侧循环水泵B14和电动二通阀FM39，所述第二循环管路上在太阳能侧循环水泵B14入口端设置有温度探头T622，所述第一循环管路和第二循环管路之间通过第一水管短接，所述第一水管上设置有电动二通阀FM17，所述储热水箱2的上部和下部分别设置有温度探头T218和温度探头T319，所述温度探头T117、电动二通阀FM28、电动二通阀FM39、电动二通阀FM17、温度探头T622、太阳能侧循环水泵B14、温度探头T218和温度探头T319均与PLC控制器23电连接；所述太阳能侧循环水泵B14并联设置多个；所述储热水箱2上部和下部分别通过第一供暖主管、第二供暖主管与末端设备连接，所述空气源热泵系统包括空气源热泵3，所述空气源热泵3分别通过第一回水管路和第二回水管路与第一供暖主管、第二供暖主管连接，所述第一供暖主管、第二供暖主管上靠近储热水箱2的一端分别设置有电动二通阀FM511、电动二通阀FM410，所述第一供暖主管、第二供暖主管之间在靠近储热水箱2一端通过第二水管短接，所述第二水管上设置有电动二通阀FM612，所述第一供暖主管、第二供暖主管之间在靠近末端设备一端通过第三水管短接，所述第三水管上设置有电动二通阀FM1016，所述第一供暖主管上在第一回水管路和第二回水管路之间设置有电动二通阀FM814，所述第一供暖主管、第二供暖主管上靠近末端设备一端均设置有电动二通阀组FM915，所述第二供暖主管上在电动二通阀组FM915后端设置有用户侧循环水泵B36，所述第一供暖主管、第二供暖主管上在第一回水管路和第二回水管路之后端分别设置有温度探头T420和温度探头T521，所述第一回水管路和第二回水管路上靠近第一供暖主管、第二供暖主管一端均设置有电动二通阀组FM713，所述第二回水管路上还设置有热泵侧循环水泵B25，所述电动二通阀FM410、电动二通阀FM511、电动二通阀FM612、电动二通阀组FM713、电动二通阀FM814、电动二通阀组FM915、电动二通阀FM1016、空气源热泵3、热泵侧循环水泵B25、用户侧循环水泵B36、-温度探头T420、温度探头T521均与PLC控制器23电连接；所述热泵侧循环水泵B25和用户侧循环水泵B36均并联设置多个；所述储热水箱2采用金属壳体，所述壳体设置夹层，在夹层内填充保温材料，所述壳体上设置有进水管、出水管；所述壳体上部设置有自来水补充入口、溢水管，底部设置有泄水管；所述储热水箱2为开式水箱；所述太阳能集热器1为全玻璃真空管式集热器；所述太阳能集热器1的热水出口管路上设置有自动排气阀和安全阀。

一种基于实施例1所述的一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，包括太阳能集热器1向储热水箱2的蓄热控制、太阳能集热系统内循环控制、太阳能集热循环防冻控制、空气源热泵3单独对储热水箱2蓄热控制、空气源热泵3单独供暖环控制、空气源热泵3与储热水箱2联合供暖循环控制和储热水箱2单独供暖循环控制；

系统运行前处于初始状态，初始状态下，关闭空气源热泵3、太阳能侧循环水泵B14、热泵侧循环水泵B25和用户侧循环水泵B36，电动二通阀FM17、电动二通阀FM39、电动二通阀FM410、电动二通阀FM58、电动二通阀FM814和电动二通阀组FM915打开，其余电动二通阀处于关闭状态；

所述太阳能集热器1向储热水箱2的蓄热控制过程为：

当温度探头T117所测温度大于PLC控制器23内设定的集热温度β，且温度探头T117所测温度与温度探头T319所测温度的温差大于2℃、且温度探头T218所测温度小于PLC控制器23内设定的过热温度α时，开启太阳能侧循环水泵B14，同时打开电动二通阀FM28和电动二通阀FM39，且关闭电动二通阀FM17，使太阳能集热器1与储热水箱2之间形成循环回路；

所述太阳能集热系统内循环控制过程为：

当温度探头T622所测温度与温度探头T319所测温度的温差大于2℃时，关闭电动二通阀FM28，打开电动二通阀FM17和电动二通阀FM39；

所述太阳能集热循环防冻控制过程为：

当温度探头T622所测温度低于PLC控制器23内设定的防冻温度γ时，关闭电动二通阀FM17，打开电动二通阀FM28和电动二通阀FM39，以及开启太阳能侧循环水泵B14，使太阳能集热器1与储热水箱2之间形成循环回路；

所述空气源热泵3单独对储热水箱2蓄热控制过程为：

当系统处于供暖时间段，当温度探头T117所测温度低于PLC控制器23内设定的集热温度β，系统恢复初始状态，当温度探头T218所测温度低于PLC控制器23内设定的集热温度β，打开电动二通阀FM410、电动二通阀FM511、电动二通阀组FM713和电动二通阀FM1016，关闭电动二通阀FM612、电动二通阀FM814和电动二通阀组FM915，同时开启热泵侧循环水泵B5和空气源热泵3，空气源热泵3通过内部蒸发器与环境空气换热，并利用介质将热量带到冷凝器侧，将空气中的热量传到水管中，实现空气源热泵3单独对储热水箱2蓄热控制，该蓄热过程在温度探头T218所测温度大于集热温度β时结束；

所述空气源热泵3单独供暖环控制过程为：

当系统处在供暖时间内，末端用户有供暖需求，当温度探头T218所测温度比PLC控制器23内设定的集热温度β低10℃，关闭电动二通阀FM511、电动二通阀FM814和电动二通阀FM1016，打开电动二通阀FM410、电动二通阀FM612、电动二通阀组FM713和电动二通阀组FM915，关闭热泵侧循环水泵B25，开启用户侧循环水泵B36和空气源热泵3，系统实现储热水箱2不满足供暖需求且末端需求供暖时，空气源热泵3单独供暖循环；

所述空气源热泵3与储热水箱2联合供暖循环控制过程为：

当系统处在供暖时间内，末端用户有供暖需求，当温度探头T218所测温度大于等于β-10℃时，且小于集热温度β时，开启电动二通阀FM410、电动二通阀FM511、电动二通阀组FM713和电动二通阀组FM915，关闭电动二通阀FM612、电动二通阀FM814和电动二通阀FM1016，关闭热泵侧循环水泵B25，开启用户侧循环水泵B36和空气源热泵3，系统进行空气源热泵3与储热水箱2串联联合供暖循环；

所述储热水箱2单独供暖循环控制过程为：

当温度探头T218所测温度大于集热温度β时，关闭动二通阀FM612、电动二通阀组FM713和电动二通阀FM1016，打开电动二通阀FM410、电动二通阀FM511、电动二通阀FM814和电动二通阀组FM915，关闭热泵侧循环水泵B25，开启用户侧循环水泵B36，关闭空气源热泵3，系统进入储热水箱2单独供暖循环。

在本实施例中，根据各个温度探头采集的大温度与PLC控制器23内预先设定的温度进行比较，由PLC控制器23合理控制各个电动二通阀的开启与关闭，使本发明所述系统能够同时实现太阳能集热器向储热水箱的蓄热控制、太阳能集热系统内循环控制、太阳能集热循环防冻控制、空气源热泵单独对储热水箱蓄热控制、空气源热泵单独供暖环控制、空气源热泵与储热水箱联合供暖循环控制和储热水箱单独供暖循环控制等多个模式，不同模式的切换或发生关系如图2和图3所示。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，其特征在于，包括太阳能集热器（1）向储热水箱（2）的蓄热控制、太阳能集热系统内循环控制、太阳能集热循环防冻控制、空气源热泵（3）单独对储热水箱（2）蓄热控制、空气源热泵（3）单独供暖环控制、空气源热泵（3）与储热水箱（2）联合供暖循环控制和储热水箱（2）单独供暖循环控制；

所述太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统包括太阳能集热系统、空气源热泵系统、储热水箱（2）及末端设备，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器（1），通过太阳能集热器（1）加热储热水箱（2）中的水，所述空气源热泵系统与储热水箱（2）、末端设备连接，所述储热水箱（2）与末端设备连接，其特征在于，所述太阳能集热器（1）的出水口处设置有排气阀，所述太阳能集热器（1）的出水端通过第一循环管路与储热水箱（2）的上部连接，所述太阳能集热器（1）的进水端通过第二循环管路与储热水箱（2）的下部连接，所述第一循环管路上靠近太阳能集热器（1）一端和靠近储热水箱（2）一端分别设置有温度探头T1（17）、电动二通阀FM2（8），所述第二循环管路上靠近太阳能集热器（1）一端和靠近储热水箱（2）一端分别设置有太阳能侧循环水泵B1（4）和电动二通阀FM3（9），所述第二循环管路上在太阳能侧循环水泵B1（4）入口端设置有温度探头T6（22），所述第一循环管路和第二循环管路之间通过第一水管短接，所述第一水管上设置有电动二通阀FM1（7），所述储热水箱（2）的上部和下部分别设置有温度探头T2（18）和温度探头T3（19），所述温度探头T1（17）、电动二通阀FM2（8）、电动二通阀FM3（9）、电动二通阀FM1（7）、温度探头T6（22）、太阳能侧循环水泵B1（4）、温度探头T2（18）和温度探头T3（19）均与PLC控制器（23）电连接；

所述储热水箱（2）上部和下部分别通过第一供暖主管、第二供暖主管与末端设备连接，所述空气源热泵系统包括空气源热泵（3），所述空气源热泵（3）分别通过第一回水管路和第二回水管路与第一供暖主管、第二供暖主管连接，所述第一供暖主管、第二供暖主管上靠近储热水箱（2）的一端分别设置有电动二通阀FM5（11）、电动二通阀FM4（10），所述第一供暖主管、第二供暖主管之间在靠近储热水箱（2）一端通过第二水管短接，所述第二水管上设置有电动二通阀FM6（12），所述第一供暖主管、第二供暖主管之间在靠近末端设备一端通过第三水管短接，所述第三水管上设置有电动二通阀FM10（16），所述第一供暖主管上在第一回水管路和第二回水管路之间设置有电动二通阀FM8（14），所述第一供暖主管、第二供暖主管上靠近末端设备一端均设置有电动二通阀组FM9（15），所述第二供暖主管上在电动二通阀组FM9（15）后端设置有用户侧循环水泵B3（6），所述第一供暖主管、第二供暖主管上在第一回水管路和第二回水管路之后端分别设置有温度探头T4（20）和温度探头T5（21），所述第一回水管路和第二回水管路上靠近第一供暖主管、第二供暖主管一端均设置有电动二通阀组FM7（13），所述第二回水管路上还设置有热泵侧循环水泵B2（5），所述电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（11）、电动二通阀FM6（12）、电动二通阀组FM7（13）、电动二通阀FM8（14）、电动二通阀组FM9（15）、电动二通阀FM10（16）、空气源热泵（3）、热泵侧循环水泵B2（5）、用户侧循环水泵B3（6）、温度探头T4（20）、温度探头T5（21）均与PLC控制器（23）电连接；

系统运行前处于初始状态，初始状态下，关闭空气源热泵（3）、太阳能侧循环水泵B1（4）、热泵侧循环水泵B2（5）和用户侧循环水泵B3（6），电动二通阀FM1（7）、电动二通阀FM3（9）、电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（8）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀组FM9（15）打开，其余电动二通阀处于关闭状态；

所述太阳能集热器（1）向储热水箱（2）的蓄热控制过程为：

当温度探头T1（17）所测温度大于PLC控制器（23）内设定的集热温度β，且温度探头T1（17）所测温度与温度探头T3（19）所测温度的温差大于2℃、且温度探头T2（18）所测温度小于PLC控制器（23）内设定的过热温度α时，开启太阳能侧循环水泵B1（4），同时打开电动二通阀FM2（8）和电动二通阀FM3（9），且关闭电动二通阀FM1（7），使太阳能集热器（1）与储热水箱（2）之间形成循环回路；

所述太阳能集热系统内循环控制过程为：

当温度探头T6（22）所测温度与温度探头T3（19）所测温度的温差大于2℃时，关闭电动二通阀FM2（8），打开电动二通阀FM1（7）和电动二通阀FM3（9）；

所述太阳能集热循环防冻控制过程为：

当温度探头T6（22）所测温度低于PLC控制器（23）内设定的防冻温度γ时，关闭电动二通阀FM1（7），打开电动二通阀FM2（8）和电动二通阀FM3（9），以及开启太阳能侧循环水泵B1（4），使太阳能集热器（1）与储热水箱（2）之间形成循环回路；

所述空气源热泵（3）单独对储热水箱（2）蓄热控制过程为：

当系统处于供暖时间段，当温度探头T1（17）所测温度低于PLC控制器（23）内设定的集热温度β，系统恢复初始状态，当温度探头T2（18）所测温度低于PLC控制器（23）内设定的集热温度β，打开电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（11）、电动二通阀组FM7（13）和电动二通阀FM10（16），关闭电动二通阀FM6（12）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀组FM9（15），同时开启热泵侧循环水泵B（5）和空气源热泵（3），空气源热泵（3）通过内部蒸发器与环境空气换热，并利用介质将热量带到冷凝器侧，将空气中的热量传到水管中，实现空气源热泵（3）单独对储热水箱（2）蓄热控制，该蓄热过程在温度探头T2（18）所测温度大于集热温度β时结束；

所述空气源热泵（3）单独供暖环控制过程为：

当系统处在供暖时间内，末端用户有供暖需求，当温度探头T2（18）所测温度比PLC控制器（23）内设定的集热温度β低10℃，关闭电动二通阀FM5（11）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀FM10（16），打开电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM6（12）、电动二通阀组FM7（13）和电动二通阀组FM9（15），关闭热泵侧循环水泵B2（5），开启用户侧循环水泵B3（6）和空气源热泵（3），系统实现储热水箱（2）不满足供暖需求且末端需求供暖时，空气源热泵（3）单独供暖循环；

所述空气源热泵（3）与储热水箱（2）联合供暖循环控制过程为：

当系统处在供暖时间内，末端用户有供暖需求，当温度探头T2（18）所测温度大于等于β-10℃时，且小于集热温度β时，开启电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（11）、电动二通阀组FM7（13）和电动二通阀组FM9（15），关闭电动二通阀FM6（12）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀FM10（16），关闭热泵侧循环水泵B2（5），开启用户侧循环水泵B3（6）和空气源热泵（3），系统进行空气源热泵（3）与储热水箱（2）串联联合供暖循环；

所述储热水箱（2）单独供暖循环控制过程为：

当温度探头T2（18）所测温度大于集热温度β时，关闭动二通阀FM6（12）、电动二通阀组FM7（13）和电动二通阀FM10（16），打开电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（11）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀组FM9（15），关闭热泵侧循环水泵B2（5），开启用户侧循环水泵B3（6），关闭空气源热泵（3），系统进入储热水箱（2）单独供暖循环。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，其特征在于，所述太阳能侧循环水泵B1（4）并联设置多个。

3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，其特征在于，所述热泵侧循环水泵B2（5）和用户侧循环水泵B3（6）均并联设置多个。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，其特征在于，所述储热水箱（2）采用金属壳体，所述壳体设置夹层，在夹层内填充保温材料，所述壳体上设置有进水管、出水管。

5.根据权利要求4所述的一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，其特征在于，所述壳体上部设置有自来水补充入口、溢水管，底部设置有泄水管。

6.根据权利要求4所述的一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，其特征在于，所述储热水箱（2）为开式水箱。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，其特征在于，所述太阳能集热器（1）为全玻璃真空管式集热器。

8.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，其特征在于，所述太阳能集热器（1）的热水出口管路上设置有自动排气阀和安全阀。

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