CN111306717B - 一种混合式热泵系统制热量的计算控制方法 - Google Patents

一种混合式热泵系统制热量的计算控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合式热泵系统制热量的计算控制方法，所述混合式热泵系统由热泵机组和辅助热源机组组成，基于计算控制方法按需启用热泵机组和/或辅助热源机组，其中，具体计算控制方法包括以下阶段：检测阶段、计算阶段、判断阶段，从而按需单独开启辅助热源机组或者同时开启热泵机组和辅助热源机组。

Description

一种混合式热泵系统制热量的计算控制方法
技术领域
本发明涉及空调系统的技术领域，尤其是指一种混合式热泵系统制热量的计算控制方法。
背景技术
现有的大部分热泵机组在环境度温度低于某个温度值自取高温热水时，存在有以下问题：1）能效比较低；2）压缩比较高，导致机组发生故障的概率上升，影响了机组可靠性及寿命；3）能效低，导致耗电量增加。
而现有的其它热源在特定情况的能效更好，如燃气炉在60℃-80℃的运行区间最高效，太阳能在合适调解下水温能达到100℃，因此，如何将其它热源作为热泵机组的辅助热源，以最高效、最节能的形式运作是急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混合式热泵系统制热量的计算控制方法。
为了实现上述的目的，本发明所提供的一种混合式热泵系统制热量的计算控制方法，所述混合式热泵系统由热泵机组和辅助热源机组组成，基于计算控制方法按需启用热泵机组和/或辅助热源机组，其中，具体计算控制方法包括以下阶段：
-检测阶段：实时检测环境温度T4、热泵机组的出水流量值M、进水温度T1和出水温度T2、工作电压U和工作电流A；
-计算阶段：基于所检测获得的各项参数值对应实时计算得到制热流量修正系数α1、热泵电功率值P，热泵制热量Q和制热能效值COP，
-判断阶段：当满足环境温度T4≤期望运行温度T4s、热泵电功率值P≥期望电功率Ps、热泵制热量Q≤期望能力值Qs、制热能效值COP≤期望能效值COPs中的至少一项条件时，按需单独开启辅助热源机组或者同时开启热泵机组和辅助热源机组。
进一步，在判断阶段还包括当满足进水温度T1≤最低进水温度T1s、出水温度T2≤最低出水温度T2s中至少一项条件时，按需单独开启辅助热源机组或者同时开启热泵机组和辅助热源机组。
进一步，在额定水温下，等间隔多次检测出水流量，并取平均值作为热泵机组的出水流量值M。
进一步，所述制热流量修正系数α1为出水流量值M与制热额定流量M1的比率。
进一步，基于热量计算公式Q=α1CM1△t计算得到热泵制热量Q，其中，△t为进出水温差，C为水的比热容。
进一步，所述热泵电功率值P为工作电压U和工作电流A的乘值。
进一步，所述制热能效值COP为热泵制热量Q与热泵电功率值P之间的比值。
进一步，所述额定水温为25℃，每间隔10s检测一次出水流量且以10次为一组计算平均值，作为出水流量值M。
进一步，通过夹壁式超声波流量计设置在热泵机组的出水管道上，用于实时检测出水流量。
进一步，所述△t为进出水温差为实时监测的出水温度T2与进水温度T1的差值。
本发明采用上述的方案，其有益效果在于：通过对制热流量修正系数α1、热泵电功率值P，热泵制热量Q和制热能效值COP进行计算判断，从而有效地对热泵机组的运行能力值、能效值、单位时间机组耗电量全面反映评估，判断比较辅助热源与热泵机组的运行成本、运行能力，从而决定是否开启或关闭热泵机组和辅助热源，达到节约运行成本的目的。
附图说明
图1为本发明的节流部件的结构示意图。
图2为本发明的排气温度调节级的示意图。
图3为本发明的排气压力调节级的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面参照附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
本实施例的混合式热泵系统由热泵机组和辅助热源机组组成，如附图1所示，热泵机组的出水口和进水口分别与使用末端的两端连通，热泵机组的出水口与使用末端之前设置有三通阀，所述辅助热源机组的进水口与三通阀的第三接口连通，所述辅助热源机组的出水口旁通连接在三通阀至使用末端之间，辅助热源机组的出水口处设有单向阀。
在本实施例中，一种混合式热泵系统制热量的计算控制方法，基于计算控制方法按需启用热泵机组和/或辅助热源机组，其中，具体计算控制方法包括以下阶段：
阶段一-检测阶段：实时检测环境温度T4、热泵机组的出水流量值M、进水温度T1和出水温度T2、工作电压U和工作电流A。
阶段二-计算阶段：基于所检测获得的各项参数值对应实时计算得到制热流量修正系数α1、热泵电功率值P，热泵制热量Q和制热能效值COP。
进一步，本实施例的制热流量修正系数α1为出水流量值M与制热额定流量M1的比率，即：α1=M/M1，其中，在额定水温下等间隔多次检测出水流量，并取平均值作为热泵机组的出水流量值M，本实施例的额定水温为25℃，每间隔10s检测一次出水流量且以10次为一组计算平均值。
进一步，热泵电功率值P热泵电功率值P为工作电压U和工作电流A的乘值，即：P=U*A。
进一步，热量计算公式Q=α1CM1△t计算得到热泵制热量Q，其中，△t为进出水温差（即，△t=出水温度T2-进水温度T1），C为水的比热容4.18kJ/（kg*℃），M1为热泵机组的制热额定流量，并结合上述实时计算得到的制热流量修正系数α1，从而实时计算得到当前的热泵制热量Q。
进一步，基于热泵制热量Q和热泵电功率值P以确定制热能效值COP，即，制热能效值COP为热泵制热量Q与热泵电功率值P之间的比值，COP=Q/P。
阶段三-判断阶段：当满足环境温度T4≤期望运行温度T4s、热泵电功率值P≥期望电功率Ps、热泵制热量Q≤期望能力值Qs、制热能效值COP≤期望能效值COPs、进水温度T1≤最低进水温度T1s、出水温度T2≤最低出水温度T2s中的至少一项条件时，单独开启辅助热源机组或者同时开启热泵机组和辅助热源机组。
进一步，此处以进水温度T1为例对判断阶段进行说明：如图2所示，预设定热泵机组在t0时间点前热泵技术已稳定工作一段时间（进水温度T1＞最低进水温度T1s），而在t0时刻使用末端复合突然增大，进水温度T1逐渐下降，并在t1时，进水温度T1=最低进水温度T1s，则触发进水温度T1≤最低进水温度T1s的条件，意味着热泵机组的能力值不足，因此系统选择开启辅助热源机组以使热泵机组和辅助热机组的总能力大于使用末端的重负荷，令进水温度T1逐渐上升以满足使用末端的需求，为了避免造成资源的浪费，设定补偿阈值来限制进水温度T1，一旦当前的进水温度T1大于最低进水温度T1s和补偿阈值之和，则关闭辅助热源机组且恢复热泵机组单独工作，令进水温度T1稳定在额定范围内。
进一步，此处以出水温度T2为例对判断阶段进行说明：预设定热泵机组在t0时间点前热泵技术已稳定工作一段时间（出水温度T2＞最低出水温度T2s），而在t0时刻使用末端复合突然增大，出水温度T2逐渐下降，并在t1时，出水温度T2=最低出水温度T2s，则触发出水温度T2≤最低出水温度T2s的条件，意味着热泵机组的能力值不足，因此系统选择开启辅助热源机组以使热泵机组和辅助热机组的总能力大于使用末端的重负荷，令出水温度T2逐渐上升以满足使用末端的需求，为了避免造成资源的浪费，设定补偿阈值来限制出水温度T2，一旦当前的出水温度T2大于最低出水温度T2s和补偿阈值之和，则关闭辅助热源机组且恢复热泵机组单独工作，令出水温度T2稳定在额定范围内。
进一步，此处以环境温度T4为例对判断阶段进行说明：若实时检测到的环境温度T4≤期望运行温度T4s，意味着热泵机组处于低温环境下工作的制热能效值较低，不利于热泵机组的正常工作，因此，此刻可关闭热泵机组，启用辅助热源机组单独工作为使用末端制热水。
进一步，此处以热泵电功率值P为例对判断阶段进行说明：若实时检测到的热泵电功率值P≥期望电功率Ps，则意味着热泵机组的工作负载较高，造成耗电量增加即影响使用寿命，由此，系统选择开启辅助热源机组，通过热泵机组和辅助热源机组共同为使用末端制热水，从而使热泵机组的热泵电功率值P逐渐下降低于期望电功率Ps，确保热泵机组在合理功率范围内运行。
进一步，此处以热泵制热量Q为例对判断阶段进行说明：若实时检测到的热泵制热量Q≤期望能力值Qs，则意味着热泵机组的制热能力不足，无法满足使用末端的能需，由此，系统选择开启辅助热源机组，通过热泵机组和辅助热源机组共同为使用末端制热水，直至热泵制热量Q＞期望能力值Qs才关闭辅助热源机组，恢复热泵机组单独为使用末端制热水。
进一步，此处以制热能效值COP为例对判断阶段进行说明：若实时检测到的制热能效值COP≤期望能效值COPs，则意味着热泵机组的能效比较低及耗能，由此，系统选择开启辅助热源机组，通过热泵机组和辅助热源机组共同为使用末端制热水，直至制热能效值COPs＞期望能效值COP才关闭辅助热源机组，恢复热泵机组单独为使用末端制热水。
基于上述的六项条件共同构成了系统的判断依据，结合对各项参数进行实时检测，实现了对系统的制热量实现实时动态判断及调节，大大提升混合式热泵系统的控制精确性，提高其他辅助热源的使用效率与成本优势。
进一步，本实施例通过夹壁式超声波流量计设置在热泵机组的出水管道上，用于实时检测出水流量。
进一步，本实施例的辅助热源机组可采用燃气炉、太阳能等辅助热源。
以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所做的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种混合式热泵系统制热量的计算控制方法，所述混合式热泵系统由热泵机组和辅助热源机组组成，其特征在于：基于计算控制方法按需启用热泵机组和/或辅助热源机组，其中，具体计算控制方法包括以下阶段：
-检测阶段：实时检测环境温度T4、热泵机组的出水流量值M、进水温度T1和出水温度T2、工作电压U和工作电流A；
-计算阶段：基于所检测获得的各项参数值对应实时计算得到制热流量修正系数α1、热泵电功率值P，热泵制热量Q和制热能效值COP；
-判断阶段：当满足环境温度T4≤期望运行温度T4s、热泵电功率值P≥期望电功率Ps、热泵制热量Q≤期望能力值Qs、制热能效值COP≤期望能效值COPs、进水温度T1≤最低进水温度T1s、出水温度T2≤最低出水温度T2s中的任意一项条件时，按需单独开启辅助热源机组或者同时开启热泵机组和辅助热源机组；
在额定水温下，等间隔多次检测出水流量，并取平均值作为热泵机组的出水流量值M；所述制热流量修正系数α1为出水流量值M与制热额定流量M1的比率；基于热量计算公式Q=α1CM1△t计算得到热泵制热量Q，其中，△t为进出水温差，C为水的比热容；所述热泵电功率值P为工作电压U和工作电流A的乘值；所述制热能效值COP为热泵制热量Q与热泵电功率值P之间的比值；所述额定水温为25℃，每间隔10s检测一次出水流量且以10次为一组计算平均值，作为出水流量值M；通过夹壁式超声波流量计设置在热泵机组的出水管道上，用于实时检测出水流量；所述△t为进出水温差为实时监测的出水温度T2与进水温度T1的差值。
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