CN111426067A - 一种热水供应系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热水供应系统及控制方法，热水供应系统包括：燃气热水器、太阳能热水器和热泵热水器，三者可以单独向用水末端提供热水，三者也可协同向用水末端提供热水。热水供应系统的控制方法可按照能源利用等级区分三者使用优先级，充分利用可再生能源，节能环保；自动化控制保证了系统的稳定高效运行；不需要大规格的太阳能热水器和储热水箱；通过设置环路，可回收管路中的水资源进行再热，避免因使用初期水温低而浪费大量水资源。

Description

一种热水供应系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及供热领域，具体而言，涉及一种热水供应系统及其控制方法。

背景技术

现有的常用热水制备设备主要有太阳能热水器、煤气/天然气热水器、电热水器、热泵热水器等；但单一的设备总是存在着不同的缺陷，例如太阳能热水器受天气因素制约大，煤气/天然气热水器供水温度不稳定，电热水器耗电量大，热泵热水器耗电量大且水箱体积较大制热时间长；因此需要一种多途径的热水供应系统来保证及时充足的供热水量及稳定舒适的供水温度，同时充分利用资源、节能高效。

现有的复合热水供应系统技术：如中国专利文献CN110730889A公开了一种热水供应系统：包含了热泵式加热和燃气热水器加热的联合供应系统，以提高热水供应系统的综合能效并避免出现热量不足的情况，但其没有考虑可再生能源的利用，节能性不高；而在中国专利文献CN209877097U中，其公开了一种由太阳能与热泵组成的复合热源生活热水供应系统，节能性好，但是无法保证供热水的稳定性。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种热水供应系统及其控制方法，提供多种热水供应方式，其节能高效。其控制方法，可以实现多种热水供应的协调控制，保证热水的温度稳定且节能。

具体地：一种热水供应系统，包括：燃气热水器、储热水箱、太阳能热水器、热泵热水器和用水末端，其特征在于：燃气热水器用于加热热水，可将热水直接提供给用水末端或通过储热水箱将热水提供给用水末端；太阳能热水器可将热水通过储热水箱提供给用水末端；热泵热水器可向储热水箱的水提供热量；燃气热水器、太阳能热水器、热泵热水器三者可以单独向用水末端提供热水，三者也可协同向用水末端提供热水。

优选地，燃气热水器与储热水箱之间还设有第一循环管路，通过第一循环管路，燃气热水器可对储热水箱的水进行循环加热。

优选地，第一循环管路包括第一管路和第二管路；燃气热水器的进口与进水管路连通；燃气热水器的出口通过第一管路与储热水箱的第一进口连通，第一管路上设有第一阀；储热水箱的第一出口通过第二管路与燃气热水器的的进口连通，第二管路上设有第二阀，第二管路上还设置有循环泵。

优选地，用水末端通过第一接点连通在第二管路上，第三管路的一端与燃气热水器的出口连通，另一端通过第二接点连通在第三管路上；第二接点位于第一接点与第二阀之间。

优选地，太阳能热水器的进口通过第四管路与进水管路连通，第四管路上设有第四阀；太阳能热水器的出口通过第五管路与储热水箱的第二进口连通，第五管路上形成有第五阀。

优选地，热泵热水器与储热水箱之间还设有第二循环管路，通过第二循环管路，热泵热水器可对储热水箱的水提供热量。

优选地，第二循环管路包括第六管路和第七管路；热泵热水器的出口通过第六管路与储热水箱的第三进口连通，储热水箱的第二出口通过第七管路与热泵热水器的进口连通，第六管路或第七管路上设有第六阀。

优选地，所述热水供应系统还包括：控制模块，第一温度传感器，第二温度传感器，第三温度传感器，第四温度传感器；第一温度传感器用于检测燃气热水器的热水温度，第二温度传感器用于检测太阳能热水器的热水温度，第三温度传感器用于检测热泵热水器的热水温度，第四温度传感器用于检测用水末端的用水温度；控制模块与第一至第四温度传感控制连接。

优选地，还包括：室外温度传感器和水量传感器，控制模块与室外温度传感器、水量传感器控制连接；室外温度传感器用于检测环境温度，水量传感器用于检测太阳能热水器的热水量。

另外本发明还提供一种热水供应系统的控制方法，包括如下控制：在太阳能热水器热水温度达到第一预设温度的情况下，以太阳能热水器供应热水；在太阳能热水器热水温度未达到第一预设温度时，先启动热泵热水器辅助供热，经第一预设时间后，若热水温度仍未达到第一预设温度，则再启动燃气热水器提供辅助供热。

优选地，还包括如下控制：还包括如下控制：用水末端启动时，检测用水末端出水段的水温，若温度未达到第二预设温度，则先断开用水末端的出水，由燃气热水器进行循环加热，待温度达到第二预设温度，用水末端的水再打开。

另外本发明还提供一种热水供应系统的控制方法，包括如下步骤：

S01：用水末端启动；

S02：燃气热水器开启供应热水；

S03：检测太阳能热水器的热水温度是否达到第三预设温度，如果为是，则执行步骤S04A，如果为否，则执行S04B；

S04A：检测太阳能热水器的热水量是否达到第一预设水量，如果为是，则执行S05A，如果为否，则执行S04B；

S04B：检测热泵热水器内的热水温度是否达到第四预设温度，如果为是，则执行S05B，如果为否，则执行S05C；

S05A：太阳能热水器提供热水，热泵热水器关闭，燃气热水器关闭；

S05B：热泵热水器开启供热水，燃气热水器关闭，太阳能热水器关闭；

S05C：热泵热水器开启供热水，燃气热水器开启辅助供热，太阳能热水器关闭。

本发明的热水供应系统及其控制方法，可在不同的供热系统进行切换、配合，节约能源。且能保证供应充足的水量，温度，提高舒适性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施方式，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施方式的热水供应系统示意图。

图2本发明实施方式的热水供应系统的控制系统示意图。

图3本发明实施方式的热水供应系统的控制方法示意图。

其中：11-第一管路，12-第二管路，13-第三管路，14-第四管路，15-第五管路，16-第六管路，17-第七管路，18-进水管路；21-第一阀，22-第二阀，23-第三阀，24-第四阀，25-第五阀，26-第六阀，27-第七阀，28-第八阀；31-燃气热水器，32-太阳能热水器，33-热泵热水器，34-储热水箱，35-循环泵,36-第一用水末端，37-第二用水末端；41-第一温度传感器，42-第二温度传感器，43-第三温度传感器，44-第四温度传感器，45-第五温度传感器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构，但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此，下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施方式的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

下面结合附图1-3对本发明中的具体实施方式的内容进行详细描述：

如图1-3所示，本发明实施方式的热水供应系统，多途径热水供应系统可由太阳能式热水器32、燃气热水器31、热泵热水器33三部分组成，以太阳能制热为主，热泵热水器33为主辅，燃气热水器31为次辅，按照可再生能源、高品位能源、低品位能源来区分能源利用等级，实现节能环保。

如图1所示，本发明实施方式的热水供应系统，包括：燃气热水器31、储热水箱34、太阳能热水器32、热泵热水器33和用水末端，燃气热水器31用于加热热水，可将热水直接提供给用水末端或通过储热水箱34将热水提供给用水末端；太阳能热水器32可将热水通过储热水箱34提供给用水末端；热泵热水器33可向储热水箱34的水提供热量；燃气热水器31、太阳能热水器32、热泵热水器33三者可以单独向用水末端提供热水，三者也可协同向用水末端提供热水。其中图1示意性的示出了，用水末端包括第一用水末端36，第二用水末端37，本发明对用水末端的数量不作限定，显然也可以为其它数量的用水末端。

燃气热水器31与储热水箱34之间还设有第一循环管路，通过第一循环管路，燃气热水器31可对储热水箱34的水进行循环加热。

第一循环管路包括第一管路11和第二管路12；燃气热水器31的进口与进水管路18连通；燃气热水器31的出口通过第一管路11与储热水箱34的第一进口连通，第一管路11上设有第一阀21；储热水箱34的第一出口通过第二管路12与燃气热水器31的的进口连通，第二管路12上设有第二阀22，第二管路12上还设置有循环泵35。

用水末端通过第一接点连通在第二管路12上，第三管路13的一端与燃气热水器31的出口连通，另一端通过第二接点连通在第三管路13上；第二接点位于第一接点与第二阀22之间。如图1所示，其中示意出了用水末端为两个，当然也可以为其它数量，均在本发明的保护范围之内。

太阳能热水器32的进口通过第四管路14与进水管路18连通，第四管路14上设有第四阀24；太阳能热水器32的出口通过第五管路15与储热水箱34的第二进口连通，第五管路15上形成有第五阀25。

热泵热水器33与储热水箱34之间还设有第二循环管路，通过第二循环管路，热泵热水器33可对储热水箱34的水提供热量。

第二循环管路包括第六管路16和第七管路17；热泵热水器33的出口通过第六管路16与储热水箱34的第三进口连通，储热水箱34的第二出口通过第七管路17与热泵热水器33的进口连通，第六管路16或第七管路17上设有第六阀26。

燃气热水器31与储热水箱34能过第一循环管路连接成供水环路，燃气热水器31的出水口与储热水箱34的第一进水口连接，进水口与储热水箱34的出水口连接，第二管路12上还连接了用水末端；另外燃气热水器31进水口还接有入户自来水，燃气热水器31出水口与储热水箱34出水口由一带第三阀23的第三管路13即旁通管连接。

太阳能热水器32进水口与入户自来水连接，出水口与储热水箱34的第二进水口连接。

热泵热水器33具有冷媒循环回路，该冷媒循环回路由冷媒管、压缩机、室外换热器(热源侧换热器)、膨胀阀及热水供应用换热器构成，具体结构图中未示出。

热水供应系统的第一至第八阀28可均为电磁阀，设置数量应不低于图示数量；用水末端所在第二管路12即供水主管路与燃气热水器31进水口的连接管路上设有循环泵35。

进水管路18上还设有第七阀27和第八阀28，第七阀27用于控制燃气热水器31的进水，第八阀28作为总阀用于控制燃气热水器31和太阳能热水器32的总进水。

如图2所示是热水供应系统的控制系统示意图，系统中的温度传感器以及电磁阀都与控制模块相连，由控制模块对系统进行自动化控制；系统工作温度由用户通过控制面板设定，如用户未进行操作，系统按照默认55℃运行。

热水供应系统的控制系统还包括：控制模块，第一温度传感器41，第二温度传感器42，第三温度传感器43，第四温度传感器44；第一温度传感器41用于检测燃气热水器31的热水温度，第二温度传感器42用于检测太阳能热水器32的热水温度，第三温度传感器43用于检测热泵热水器33的热水温度，第四温度传感器44用于检测用水末端的用水温度；控制模块与第一至第四温度传感控制连接。

第一温度传感器41也称为燃气热水器31温度传感器，第二温度传感器42也称为太阳能热水器32温度传感器，第三温度传感器43也称为热泵热水器33温度传感器，第四温度传感器44也称为管内温度传感器，可设置在储热水箱34内。

热水供应系统还包括：第五温度传感器45即室外温度传感器和水量传感器，控制模块与室外温度传感器、水量传感器控制连接；室外温度传感器用于检测环境温度，水量传感器用于检测太阳能热水器32的热水量。

本发明的第一阀21至第八阀28可全部或部分为电磁阀。

如图3所示，另外本发明实施方式还提供一种热水供应系统的控制方法，热水供应系统的控制方法通过设置温度传感器和流量传感器及电磁阀等装置搭配合理的控制逻辑实现复合系统的自动控制，同时保证最佳的热水供应和系统最低能耗运行。

热水供应系统的控制方法，具体包括如下步骤：

S01：用水末端启动；

S02：燃气热水器31开启供应热水；

S03：检测太阳能热水器32的热水温度是否达标，如果为是，则执行步骤S04A，如果为否，则执行S04B；其中的达标可为达到第三预设温度，可根据实际情况设置。

S04A：检测太阳能热水器32的热水量是否充足，如果为是，则执行S05A，如果为否，则执行S04B；其中的充足可为热水量达到第一预设水量，可根据实际情况设置。

S04B：检测热泵热水器33内的热水温度是否达标，如果为是，则执行S05B，如果为否，则执行S05C；其中的达标可为是否达到第四预设温度，可根据实际情况设置。

S05A：太阳能热水器32提供热水，热泵35热水机组关闭，燃气热水器关闭；返回到S04A的起始步骤；

S05B：热泵35热水机组开启供热水，燃气热水器关闭，太阳能热水器32关闭；返回到S04B的起始步骤；

S05C：热泵35热水机组开启供热水，燃气热水器开启辅助供热，太阳能热水器32关闭。

本发明实施方式的热水供应系统的控制方法，可分为两个阶段，第一、第二阶段。第一阶段：用水末端启动时，检测用水末端出水段的水温，若温度不达标(可为温度未达到第一预设温度，根据实际设置)，则先断开用水末端的出水，由燃气热水器31进行循环加热，待温度达标(可为温度达到第一预设温度，根据实际设置)后，用水末端的水再打开。

热水供应系统因太阳能热水器32设置高度一般较高，管路中会留存大量冷水，为了及时供应热水同时避免水资源浪费。第一阶段由燃气热水器31提供启动热水供应，同时温度传感器检测太阳能热水器32内水温，该第一阶段燃气热水器31与储热水箱34连接成的供水环路可以进行管路水资源循环加热，避免水资源浪费。

当用水末端开启时，系统会检测末端出口段水温，若温度不达标，将短暂关闭水路出口，进行系统闭合回路，循环泵35开启由燃气热水器31进行循环加热，保证热水供应质量，该功能的最佳效益在高频率间隔使用热水的场景中能得以体现。例如，间隔使用热水沐浴，间隔时间管路内的热水会逐渐冷却，大部分用户沐浴时会选择直接排放掉这部分水资源，既造成了水资源和能量的双重浪费；而该功能则可以通过闭合环路进行保温，仅消耗少量燃气及电能即可避免上述问题；但同时，为了符合不同用户需求，该功能可以自由设定开启。

第二阶段按照检测的太阳能热水器32供水温度进行判定：若太阳能热水器32供水温度达标，仅使用太阳能热水器32供应热水，同时监测太阳能热水器32的储水水量情况，若水量不足，则热泵35系统开始工作，对储热水箱34内的水进行加热，为后续系统正常工作做准备；若水量充足，则由太阳能热水器32进行持续供热水；若太阳能热水器32供水温度不达标，由燃气热水器31进行热水供应，同时热泵35系统开始工作，对储热水箱34内的水进行加热，为后续系统正常工作做准备。

热水供应系统正常稳定工作时的情况是以太阳能热水器32供应热水为主：当温度达标时，仅使用太阳能热水器32供应热水；当温度不达标时，先由热泵热水器33辅助供热，此时，热泵热水器33始终根据室外空气温度以热泵35最高能效比(COP)运行；在此基础上若温度仍不达标，再由燃气热水器31辅助供热。即，热水供应系统在太阳能热水器32热水温度达标的情况下，以太阳能热水器32供应热水；在太阳能热水器32热水温度不达标时，先以热泵热水器33辅助供热，若热水温度仍不达标，则再由燃气热水器31提供辅助供热。

热水供应系统启动第一阶段，第一循环管路短暂闭合，由燃气热水器31对环路内冷水进行加热，以解决太阳能供水管路中大量冷水存留的问题；在燃气热水器31所在的热水管路上设置回水管，在用户使用前将管路内的冷水返回热水器中加热，实现即开即热。

热水供应系统启动运行第二阶段，若太阳能热水器32供水温度达标，仅使用太阳能热水器32供应热水，同时热泵35系统开始工作，对储热水箱34内的水进行加热，为后续系统正常工作做准备；若太阳能热水器32供水温度不达标，由燃气热水器31进行热水供应，同时热泵35系统开始工作，对储热水箱34内的水进行加热，为后续系统正常工作做准备。

本发明中的温度达标是指温度达到一个预设值，温度未达标是指温度未达到一个预设温度值，可根据实际情况设置。本发明中的水量充足，是指水量达到一个预设水量，水量不足，是指水量未达到一个预设水量，可根据实际情况设置。

有益效果：

本发明实施方式的热水供应系统及控制方法，按照能源利用等级区分设备使用优先级，充分利用可再生能源，节能环保；自动化控制保证了系统的稳定高效运行；不需要大规格的太阳能热水器和储热水箱；设置环路，回收管路中的水资源进行再热，避免因使用初期水温低而浪费大量水资源。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施方式。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (13)

1.一种热水供应系统，包括：燃气热水器(31)、储热水箱(34)、太阳能热水器(32)、热泵热水器(33)和用水末端，其特征在于：燃气热水器(31)用于加热热水，可将热水直接提供给用水末端或通过储热水箱(34)将热水提供给用水末端；

太阳能热水器(32)可将热水通过储热水箱(34)提供给用水末端；

热泵热水器(33)可向储热水箱(34)的水提供热量；

燃气热水器(31)、太阳能热水器(32)、热泵热水器(33)三者可以单独向用水末端提供热水，三者也可协同向用水末端提供热水。

2.根据权利要求1所述的热水供应系统，其特征在于：燃气热水器(31)与储热水箱(34)之间还设有第一循环管路，通过第一循环管路，燃气热水器(31)可对储热水箱(34)的水进行循环加热。

3.根据权利要求2所述的热水供应系统，其特征在于：第一循环管路包括第一管路(11)和第二管路(12)；燃气热水器(31)的进口与进水管路(18)连通；燃气热水器(31)的出口通过第一管路(11)与储热水箱(34)的第一进口连通，第一管路(11)上设有第一阀(21)；储热水箱(34)的第一出口通过第二管路(12)与燃气热水器(31)的的进口连通，第二管路(12)上设有第二阀(22)，第二管路(12)上还设置有循环泵(35)。

4.根据权利要求3所述的热水供应系统，其特征在于：用水末端通过第一接点连通在第二管路(12)上；热水供应系统还包括第三管路(13)，第三管路(13)上设有第三阀(23)，第三管路(13)的一端与燃气热水器(31)的出口连通，另一端通过第二接点连通在第三管路(13)上；第二接点位于第一接点与第二阀(22)之间。

5.根据权利要求1-4任一所述的热水供应系统，其特征在于：太阳能热水器(32)的进口通过第四管路(14)与进水管路(18)连通，第四管路(14)上设有第四阀(24)；太阳能热水器(32)的出口通过第五管路(15)与储热水箱(34)的第二进口连通，第五管路(15)上形成有第五阀(25)。

6.根据权利要求5所述的热水供应系统，其特征在于：热泵热水器(33)与储热水箱(34)之间还设有第二循环管路，通过第二循环管路，热泵热水器(33)可对储热水箱(34)的水提供热量。

7.根据权利要求6所述的热水供应系统，其特征在于：第二循环管路包括第六管路(16)和第七管路(17)；热泵热水器(33)的出口通过第六管路(16)与储热水箱(34)的第三进口连通，储热水箱(34)的第二出口通过第七管路(17)与热泵热水器(33)的进口连通，第六管路(16)或第七管路(17)上设有第六阀(26)。

8.根据权利要求1-4，6，7任一所述的热水供应系统，其特征在于：所述热水供应系统还包括：控制模块，第一温度传感器(41)，第二温度传感器(42)，第三温度传感器(43)，第四温度传感器(44)；第一温度传感器(41)用于检测燃气热水器(31)的热水温度，第二温度传感器(42)用于检测太阳能热水器(32)的热水温度，第三温度传感器(43)用于检测热泵热水器(33)的热水温度，第四温度传感器(44)用于检测用水末端的用水温度；控制模块与第一至第四温度传感控制连接。

9.根据权利要求8所述的热水供应系统，其特征在于：热水供应系统还包括：室外温度传感器和水量传感器，控制模块与室外温度传感器、水量传感器控制连接；室外温度传感器用于检测热泵热水器(33)的环境温度，水量传感器用于检测太阳能热水器(32)的热水量。

10.一种热水供应系统的控制方法，其特征在于：所述热水供应系统为权利要求1-9任一所述的热水供应系统；包括如下控制：优先使用太阳能热水器(32)提供热水，其次使用热泵热水器(33)提供热水，最后使用燃气热水器(31)提供热水。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：包括如下控制：在太阳能热水器(32)热水量达到第一预设水量，且热水温度达到第一预设温度的情况下，以太阳能热水器(32)供应热水；在太阳能热水器(32)热水温度未达到第一预设温度时，先启动热泵热水器(33)辅助供热，经第一预设时间后，若热水温度仍未达到第一预设温度，则再启动燃气热水器(31)提供辅助供热。

12.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于：还包括如下控制：用水末端启动时，检测用水末端出水段的水温，若温度未达到第二预设温度，则先断开用水末端的出水，启动燃气热水器(31)，由燃气热水器(31)进行循环加热，待温度达到第二预设温度，用水末端的水再打开。

13.一种热水供应系统的控制方法，其特征在于：所述热水供应系统为权利要求1-9任一所述的热水供应系统；包括如下步骤：

S01：用水末端启动；

S02：燃气热水器(31)开启供应热水；

S03：检测太阳能热水器(32)的热水温度是否达到第三预设温度，如果为是，则执行步骤S04A，如果为否，则执行S04B；

S04A：检测太阳能热水器(32)的热水量是否达到第一预设水量，如果为是，则执行S05A，如果为否，则执行S04B；

S04B：检测热泵热水器(33)内的热水温度是否达到第四预设温度，如果为是，则执行S05B，如果为否，则执行S05C；

S05A：太阳能热水器(32)提供热水，热泵热水器(33)关闭，燃气热水器(31)关闭；

S05B：热泵热水器(33)开启供热水，燃气热水器(31)关闭，太阳能热水器(32)关闭；

S05C：热泵热水器(33)开启供热水，燃气热水器(31)开启辅助供热，太阳能热水器(32)关闭。

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