CN111750567B - 用于操作热泵系统的方法和热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于操作热泵系统的方法和热泵系统，所述热泵系统优选地采用该方法，其中该操作方法包括确定热泵系统的操作模式的步骤。

Description

用于操作热泵系统的方法和热泵系统
技术领域
本公开涉及一种用于操作热泵系统的方法和热泵系统，该热泵系统优选地采用该方法，其中该用于操作热泵系统的方法包括确定热泵系统的操作模式的步骤。
背景技术
建筑物中的能源消耗被认为是二氧化碳排放的主要来源。近年来，由于家用电器领域的脱碳目的，零能耗房屋(ZEH)变得流行起来。因热泵的可再生性质，热泵成为用于提供空间加热和水加热的优选解决方案。热泵系统的一个重要的性能因素是性能系数COP，该性能系数是所提供的有用加热或冷却与所需功率的比率。如果在热泵系统运行期间COP的值保持较高，则意味着热泵系统具有较高的效率。
图1示出了常规热泵系统100的构造图。热泵系统100包括制冷剂回路110、热介质回路120、与制冷剂回路110和热介质回路120连接的板式热交换器130、以及控制元件140。源空气-制冷剂热交换器 112、压缩机111、热交换器130和膨胀阀113通过制冷剂导管依次连接。
在热泵系统100的加热操作期间，处于低压液相的制冷剂流过作为蒸发器工作的源空气-制冷剂热交换器112以便从周围空气吸热。接下来，制冷剂被引导流入压缩机111中，然后到达作为冷凝器的热交换器130，使得制冷剂将热量传递给热交换器130中的热介质回路120 的热介质。传递热量之后的制冷剂被引导到膨胀阀113，导致压力降低。
在上述加热操作中，压缩机111的速度和膨胀阀113的开度由控制元件140控制，使得在热交换器130中加热并从热交换器130流出的热介质的温度达到给定的目标流温度。在此，目标流温度由加热单元要求的温度或者由用以加热存储在水储热柜中的水的水要求温度来确定。在下文描述中，加热单元所要求的上述室温和水要求温度可以被描述为设定温度。
在热泵系统100的上述构造中，控制元件140与相关部件电联接以对相关部件进行控制。这里，多个温度传感器和/或压力传感器(图 1中未示出)布置在根据实际需求而变化的位置中。因此，控制元件 140基于所测量的数据和内置指令来控制操作。
图2示出了用于目标温度控制的常规热泵系统的前馈控制和反馈控制的功能图。控制元件140包括前馈控制装置141、反馈控制装置 142和节能控制装置143。首先，通过对应的温度传感器测量客厅温度 (或水温)和环境温度，然后将其发送到控制元件140。前馈控制装置141和反馈控制装置142构造成基于设定温度和测量的环境空气温度获得目标流温度。此外，节能控制装置143构造成基于目标流温度获得功率需求值，并且输入该值以控制加热操作。
然而，当在低热负荷下工作时，热泵系统100变得尺寸过大。特别地，尤其是对于密闭且隔热良好的房间，可能由于达到设定温度而导致热泵系统100的低热负荷。
图3示出了因频繁执行开关循环操作而造成的流温度波动和功率波动。图3中的最上方位置中的曲线代表热介质的供给流的温度波动，图3中的中间位置中的曲线代表热介质的返回流的温度波动，最下方位置中的曲线代表热泵系统100的功耗。这里，术语“热介质的供给流”是指热介质流动以供热，术语“热介质的返回流”是指热介质在供热之后流动。上述情况导致热泵系统100频繁地打开和关闭。结果，缩短了热泵系统100的寿命并且效率恶化。此外，在不同的环境温度和目标流温度条件下很难达到最大COP，其中目标流温度直接由常规热曲线法计算得到。
另一方面，为了达到最大COP，还基于构建在控制元件140中的热泵性能表来选择功率需求值。但是，对于相同的环境温度，针对最大COP的热负荷可能大于针对目标流温度的需求热负荷。结果，通过加热操作达到的室温或水温容易超过设定温度。
发明内容
因此，本公开要解决的问题是提高热泵系统的效率并且在不同的环境条件下达到期望的温度。
通过根据本公开所述的用于操作热泵系统的方法以及通过根据本公开所述的热泵系统来解决该问题。
本公开涉及一种操作热泵系统的方法，所述热泵系统包括：热泵；至少一个加热元件；储热元件；控制元件；和热介质回路，所述热介质回路连接所述热泵、所述至少一个加热元件和所述储热元件，其中，所述控制元件确定所述热泵的当前性能，将当前性能与存储性能进行比较，并且根据当前性能与存储性能的比较结果选择所述热泵的操作模式和所述储热元件的操作模式。
原则上，根据本公开的方法可以应用于一种热泵系统。概括来说，热泵系统包括热泵、至少一个加热元件、储热元件、控制元件以及热介质回路，所述热介质回路连接热泵、所述至少一个加热元件和储热元件。热泵可以例如包括制冷剂回路，在所述制冷机回路中，冷凝器、膨胀阀、蒸发器和压缩机通过制冷剂导管彼此串联地连接。应该强调的是，热泵的构造对于本公开不是必需的。本公开可以应用于所有的用于加热例如空间或水的装置。优选地，所述至少一个加热元件可以例如是散热器。散热器可以在热介质与空气之间或在热介质与水之间传递热量。此外，控制元件可以与热泵、所述至少一个加热元件、储热元件电联接，以便控制每个元件。在此，术语“热泵”代表加热室内空间的装置以及用于加热介质的装置。
本公开的方法包括由控制元件执行的步骤。在此，控制元件确定热泵的当前性能。术语“性能”可以例如是性能系数COP、功率比、热介质的流温度和热泵的压缩机频率中的一个。此外，控制元件将当前性能与存储性能进行比较，并且根据当前性能与存储性能的比较结果来选择热泵的操作模式和储热元件的操作模式。优选地，存储性能被存储在表格中。
优选地，如果当前性能与存储性能相差的量大于预定阈值，则控制元件可以调节热泵的操作模式，而如果当前性能与存储性能相差的量小于预定阈值，则控制元件可以保持热泵的当前操作模式。优选地，预定阈值可以是值或范围。例如，该范围可以是当前性能与存储性能之间的差的5％。
优选地，如果当前性能与存储性能相差的量大于预定阈值，则控制元件可以将当前性能存储为新的存储性能。
优选地，当前性能和存储性能均可以是性能系数COP。优选地，存储性能是热泵可达到的最大COP。
优选地，控制元件确定储热元件的当前储热水平，并且进一步基于储热元件的当前储热水平选择操作模式。即，对储热元件的操作模式的选择以及对储热元件的操作模式的选择可以进一步取决于储热元件的当前储热水平。通过与由热泵以最大COP功率比操作超过1小时所提供的热量进行比较可以进一步限定储热元件的当前储热水平。
优选地，控制元件可以确定热需求。例如，可以基于当前室外温度、热介质的当前温度和热介质的目标温度来计算热需求。除了确定热需求之外，控制元件还可以基于热需求选择操作模式。
在本公开的一优选实施例中，可以使热泵尺寸适宜(rightsized)。在此，根据设计温度确定建筑物上的热泵的尺寸。例如，如果热泵的能力为5千瓦(kW)，并且在室外温度为-5摄氏度时建筑物的热损失为5千瓦，则对于特定建筑物针对-5摄氏度热泵尺寸适宜。热泵的能力取决于室内温度。即，外部温度越低，热泵的能力越低。例如，如果针对特定建筑物将热泵设计用于-5摄氏度，则当温度超过-5摄氏度时，热泵尺寸适宜，反之，当温度等于-5摄氏度时，热泵尺寸过大。在该实施例中，控制元件可以优选地依照下表根据储热元件的储热水平和热需求来选择热泵和储热元件的操作模式：
Figure BDA0002422734860000041
Figure BDA0002422734860000051
如果储热元件所包含的热量大于储热元件中可存储的最大热量减去热泵在一定时间内可输送的大于零的最小热量，则可认为该储热元件是满的。该一定时间可以例如是1分钟或10分钟或1小时。优选地，该一定时间可以是1小时。
这里的QHP是由热泵在具有最大COP的操作模式下输送的热率(heat rate)。在该实施例中，储热元件在“供热”操作模式下向热介质回路供热，在“待机”模式下既不向热介质回路供热也不从热介质回路吸热，而在“储热”模式下则从热介质回路吸热。
在该实施例中，热泵在“最佳加热”模式下以具有最大COP的性能操作，在“保持操作模式”下保持其当前操作，而在“待机”模式下不操作。
在本公开的另一最佳实施例中，可以使热泵尺寸过大。在该实施例中，控制元件可以依照下表根据储热元件的储热水平和热需求来选择热泵和储热元件的操作模式：
Figure BDA0002422734860000052
Figure BDA0002422734860000061
如果储热元件所包含的热量大于储热元件中可存储的最大热量减去热泵在一定时间内可输送的大于零的最小热量，则可认为该储热元件是满的。该一定时间可以例如是1分钟或10分钟或1小时。优选地，该一定时间可以是1小时。这里，QHP是由热泵在具有最大COP的操作模式中输送的热率。在该实施例中，储热元件在“供热”操作模式下向热介质回路供热，在“待机”模式下既不向热介质回路供热也不从热介质回路吸热，而在“储热”模式下则从热介质回路吸热。
在该实施例中，热泵在“最佳加热”模式下以具有最大COP的性能操作，在“保持操作模式”下保持其当前操作，而在“待机”模式下不操作。
优选地，控制元件可以执行以下步骤：确定热泵的当前性能；将当前性能与存储性能进行比较；以及根据在预定时间间隔比较当前性能与存储性能的结果选择热泵的操作模式和储热元件的操作模式，所述预定时间间隔优选地具有大于或等于不带储热元件的能量系统的长度。
本公开还涉及一种热泵系统，其包括热泵、至少一个加热元件、储热元件、连接所述热泵、所述至少一个热元件和所述储热元件的热介质回路、以及控制元件。所述控制元件构造成确定所述热泵的当前性能，比较所述当前性能与存储性能，并且根据所述当前性能和存储性能的比较结果来选择所述热泵和所述储热元件的操作模式。
优选地，储热元件可以包括相变材料PCM，或者储热元件可以是基于水的储热器。相变材料例如可以是潜热材料。
特别优选的是，热泵系统构造成执行如上所述的方法。
本公开的用于操作热泵系统的方法可以控制热泵和储热元件两者以实现最佳的总体能量效率。即，本公开的方法在操作期间在任何给定的条件组(例如，安装、气候、加热回路设计、人员等等)下都保持最大的COP性能。
因此，本公开提供了一种用于操作热泵系统的方法，该方法能够在期望的温度下改善高效率。
附图说明
在下文中，将参照附图通过示例的方式描述本公开。在示例的上下文中描述的特征也可以独立于特定示例来实现。
图1示出了常规热泵系统的构造图；
图2示出了用于目标温度控制的常规热泵系统的前馈控制和反馈控制的功能图；
图3示出了通过频繁执行开关循环操作的流温度波动和功率波动；
图4示出了根据实施例1的热泵系统的构造图；
图5示出了根据实施例2的热泵系统的构造图；
图6示出了将由用于操作本公开的热泵系统的方法执行的工序的示例性主要流程图；
图7示出了根据当前热泵能力来计算当前储热水平的步骤的流程图；
图8示出了更新该方法的热泵的COP表的流程图；
图9示出了跟踪该方法的热泵的最大COP的流程图；
图10示出了本公开的方法的计算热需求的步骤的流程图；
图11示出了用最大COP控制尺寸适宜的热泵的流程图；
图12示出了用最大COP控制尺寸过大的热泵的流程图；
图13示出了控制储热元件的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，为了解释目的，阐述了许多特定细节，以便彻底理解所公开的实施例。
图4示出了根据一优选实施例的热泵系统的构造图。在该实施例中，热泵系统1包括热泵11、加热元件121、水加热元件122、储热元件13、热介质回路15和控制元件14。热介质回路15通过热介质导管15a、15b、15c、15d、15e、15f连接至并联地位于热介质回路15 上的热泵11、加热元件121、水加热元件122和储热元件13。储热元件13是基于水的储热器，例如家用水箱。另外，热介质回路15中的热介质是水，加热元件121是散热器。
热泵11可以包括未示出的制冷剂回路，在该制冷剂回路中，源空气-制冷剂热交换器111、膨胀阀、制冷剂-热介质热交换器和压缩机通过制冷剂导管彼此串联地连接。经由制冷剂-热介质热交换器111，在制冷剂回路中的制冷剂与热介质回路15中的热介质之间利用热转换。这里，制冷剂可以是R410a或CO2或其他传热流体。
此外，图4中未示出的多个温度传感器布置在不同的位置，以检测环境温度、热介质温度、室温和水加热温度。因此，控制元件14 构造成从所述多个温度传感器接收所测量的温度。
此外，热泵系统1的构造进一步描述如下。制冷剂-热介质热交换器111、热介质泵16a和三通阀17a通过导管15a依次连接。泵16a 布置成将从热交换器111流出的热介质引导至三通阀17a。导管15a 的上端处的三通阀17a连接至导管15b和旁通导管15c，以控制热介质的流动方向。在此，旁通导管15c的两端对应地连接至导管15a的上端和下端。同样地，导管15b的两端对应地连接至导管15a的上端和下端。用于加热空间的加热元件121布置在导管15b中。热介质-水热交换器19通过旁通导管15c连接到三通阀17a，并且通过环路式导管15d依次连接至泵16b和水加热元件122，来自水加热元件122的水流过该环路式导管15d。因此，从流过热交换器19的旁通导管15c的热介质到流过热交换器19的导管15d的水产生热传递。在此，泵16b 布置成引导水流出热交换器19。
位于环路式导管15e中的储热元件13设置成从热介质接收热量或向热介质提供热量，其中环路式导管15e的两端对应地连接至图4中导管15b的上部分和导管15b的下部分。此外，电磁阀17b和泵16c 串联地布置在环路式导管15e的上部分中，而双通阀18b布置在环路式导管15e的下部分中。电磁阀17b设置成控制热介质的流率，泵16c 设置为引导从储热元件13流出的热介质，双通阀18b设置成控制热介质的流动方向。通过以上构造，储热元件13因此可以在热泵系统中实施“待机”、“储热”和“供热”的操作模式。
另外，位于导管15b的上部分中的双通阀18a布置在三通阀17a 与加热元件121之间。阀18a设置成进一步控制流过导管15b的上部分的热介质的流动方向。基于热泵系统1的构造，控制元件14可以进一步执行对泵16a、16b、16c以及阀17a、17b、18a、18b的控制，以准确地控制热泵系统1的操作。
此外，在该实施例中，控制元件14构造成确定热泵11的当前性能，以比较当前性能与存储性能并根据当前性能与存储性能的比较结果选择热泵11和储热元件13的操作模式。术语“性能”可以例如代表性能系数COP、功率比、热介质的流温度和热泵的压缩机频率中的一个。在该实施例中，术语“性能”可以代表“性能系数”。
图5示出了根据实施例2的热泵系统的构造图。与实施例1的热泵系统的构造相比，唯一不同在于实施例2的热泵系统2中的储热元件23包含呈多层结构的相变材料。相变材料和流过储热元件23的热介质之间的热转换是易于利用的。
在上述这些实施例中，控制元件14可以获得设定温度的热需求，即加热单元要求的室温或水要求温度，例如以常规热曲线法。如表1 所示，在测量环境温度和热介质的目标流温度的同时，可以以常规热曲线法获得热需求。例如，当环境温度(T环境)为2℃并且目标流温度(T流)为42℃时，在室温设定点为21℃的情况下与需求热量(Q需求)相对应的功率比将为3.23kW。
T<sub>环境</sub>[℃] T<sub>流</sub>[℃] Q<sub>需求</sub>[kW](T<sub>sp</sub>＝21℃)
15 23.55 1.02
12 27.84 1.53
7 34.99 2.38
2 42.14 3.23
-7 55.01 4.76
-10 59.3 5.27
表1根据热曲线法获得的热需求。
此外，在上述这些实施例中，热泵性能表，即表2，可以存储在控制元件14中。一般而言，热泵性能的数据通常会发布在数据手册/ 数据表中，并且从标准测试中正常获得，如EN14511中规定的标准测试。
为了获得热泵的最佳性能，控制元件14还可以基于存储性能的最佳值进一步选择热需求。例如，如表1和表2所示，如果控制元件14 对于42℃的目标流温度和3.23kW的需求功率比执行实现最大性能，则最大COP将被选择为3.35，其中功率比为对应于热需求的3.45kW。此外，如果热泵以最大COP操作，则可能的是，供热确实超过了热需求。在这种情况下，控制元件14进一步控制热泵系统来分配要传递给加热元件12和储热元件13、23的供热量。在下面的内容中详细描述了加热元件的操作模式和储热元件的操作模式。
Figure BDA0002422734860000101
Figure BDA0002422734860000111
表2在相同环境温度下的热泵操作点。
以下控制模式可以应用于上述两个实施例的热泵系统的构造。
图6示出了通过本公开的用于操作热泵系统的方法执行的工序的示例性主要流程图。在设置设定温度、加热单元要求的室温、或水加热温度的同时，执行步骤S1来将环境温度和热介质的目标流温度输入到控制元件14。通过温度传感器中的一个温度传感器测量环境温度并将其输入到控制元件14，并且根据环境温度和设定温度通过常规热曲线法获得热介质的目标流温度。接下来，步骤S21是计算热泵在最小运行时间(例如，1小时)内在最大COP下的功率比。同时，步骤 S22是计算用于实现热介质的目标流温度的热需求。此外，步骤S3是计算储热元件的当前储热水平。因此，相应地，步骤S41是确定热泵的操作模式，步骤S42是确定储热元件的操作模式。
此外，图7示出了根据当前热泵能力来计算当前储热水平的步骤 S3的流程图。在此进一步描述计算储热元件13、23的当前储热水平的步骤S3。储热元件的当前储热水平可以通过与由热泵以最大COP 功率比操作至少最少时间(例如，1小时)所提供的热QHP进行比较来确定。计算储热元件的当前储热水平并且由控制元件识别为“满”水平、“大于TRmin Q_HP”水平和“耗尽”水平中的一个。
首先，如图7所示，由控制元件14执行计算储热水平的主要步骤 S3。接下来，步骤S31是输入QHP以及存储在储热元件13、23中的当前热量Q°STORAGEKWH。此外，步骤S32是确定方程“TRmin*QHP> Q°STORAGETOTAL﹣Q°STORAGEKWH”是否为真。在步骤S32中，术语“TRmin*QHP”是由热泵以最大COP功率比操作至少最少时间所提供的热量，Q°STORAGETOTAL是储热元件13、23的热能力。如果步骤S31中的方程为真，则将储热元件13、23的当前储热水平识别为“满”水平，反之，控制元件14使工序前进到步骤S33。步骤S33是确定Q°STORAGETOTAL是否为零。当Q°STORAGETOTAL为零时，储热元件13、 23的当前储热水平被识别为“耗尽”水平，反之，其被识别为“>TRminQ_HP”水平。
此外，为了使热泵操作期间的COP最大化，图8示出了更新该方法的COP表的流程图，图9示出了跟踪该方法的最大COP的流程图。
此外，在上述这些实施例中，热泵性能表，即表2，可以存储在控制元件14中。一般而言，热泵性能的数据通常会发布在数据手册/ 数据表中，并且从标准测试中正常获得，如EN14511中规定的标准测试。
此外，图8示出了更新该方法的COP表的流程图。COP表是指热泵制造商从标准测试中获得的热泵性能表。在此，表2可以是存储在控制元件14中的热泵性能表，用以在更新图8中的COP表中应用。
在图8中，当热泵系统的热泵11操作时，由控制元件14执行更新COP表的流程。步骤S61是判断在热泵11的操作中、例如在热操作中实时COP是否稳定。当实时COP稳定时，进一步实施步骤S62 来基于热介质的流率、温差ΔT来计算QHP。接下来，步骤S63是将计算实时COP和目标COP()，与目标COP()对应的最大COP值被存储在表2中。接下来，步骤S64是判断对应的目标COP()是否具有在实时COP的5％以内的差。如果是，则控制元件返回步骤S61。如果否，则步骤S64是设置新表“ΔCOP表”，并在新表中保存对应的目标 COP()和实时COP之间的差“目标COP()–实时COP”。在执行步骤S65 之后，控制元件11返回步骤S61。
更具体地，新表“ΔCOP表”是用于热泵11的COP校正的表。该表特定于本公开的安装在目标建筑物中的热泵系统。此外，该表是在热泵系统在COP表与实时COP之差大于所限定的阈值的情况下操作时生成。所限定的阈值可以是值或范围。在图8中，所限定的阈值是当前性能和存储性能之间的差的5％。也就是说，当制造商性能数据和实时COP之间的差大于5％时，实时COP被保存以校正制造商性能表。
图9示出了该方法的跟踪COP表的流程图。步骤S71是确认具有最大COP的热泵的热操作是否被跟踪并被确认为真。如果在步骤 S71中具有最大COP的热泵的热操作为真，则进行步骤S72以输入热需求、实时COP COP(t)和热泵的压缩机的实时频率f压缩机(t)。
此外，控制元件14基于热需求和由热泵11以最大COP功率比操作所提供的热量QHP执行压缩机的实时频率的控制步骤S73、S74、 S75、S76、S77、S78、S79。步骤S73是判断热需求是否等于热量QHP。如果热需求等于热量QHP，则进行步骤S74以保持实时COP“COP(t)”和热泵11的压缩机的实时频率f压缩机(t)。如果热需求不等于热量QHP，则进行步骤S75以判断热需求是否大于热量QHP。如果热需求大于热量QHP，则进行步骤S76以调节实时频率f压缩机(t)来在下一时间间隔(t+1)增加频率量。如果热需求不大于热量QHP，则进行步骤S77 以调节实时频率f压缩机(t)来在下一时间间隔(t+1)增加压缩机的频率量。在步骤S76和S77两者调节之后进行步骤S78以判断新的实时 COP“COP(t+1)”是否大于实时COP“COP(t)”。如果实时COP“COP(t+1)”大于实时COP“COP(t)”，则返回步骤74并进行该步骤。如果实时COP“COP(t+1)”不大于实时COP“COP(t)”，则步骤 S79将返回实时COP“COP(t)”和热泵11的压缩机的实时频率f压缩机(t)的值。
相应地，为了避免间隙影响并且为了考虑热力学循环的实际性能趋势，每天线性化热泵11的ΔCOP表内容。
图10示出了本公开的方法的计算热需求的步骤的流程图。图6 中计算热需求QHD的步骤S22被进一步规定为比较热需求QHD与由热泵以最大COP功率比操作所提供的热量QHP。热需求QHD的当前状态可以是“大于QHP”状态、“等于QHP”状态和“小于QHP”状态中的一个。
接下来，在以下段落中描述了图1中确定热泵的操作模式的步骤 S41和确定储热元件的操作模式的步骤S42。
热泵的操作模式还基于热泵的尺寸。在此，根据设计温度在建筑物上设计热泵的尺寸。例如，如果热泵的能力为5千瓦(kW)，并且在室外温度为-5摄氏度时建筑物的热损失为5千瓦，则对于该特定建筑物针对-5摄氏度热泵尺寸适宜。热泵的能力取决于室内温度。即，外部温度越低，热泵的能力越低。例如，如果对于特定建筑物将热泵设计用于-5摄氏度，则当温度超过-5摄氏度时，热泵尺寸过大，反之，当温度等于-5摄氏度时，热泵尺寸适宜。
对于尺寸适宜的热泵，热泵的操作模式和储热元件的操作模式由热泵控制系统管理，如表3以及图11和图13所示。图11示出了用最大COP控制尺寸适宜的热泵的流程图，图13示出了控制储热元件的流程图。图11所示的步骤S81、S811、S812、S813、S814和S815由控制元件14执行并且对应于储热元件13、23的当前储热水平和热需求的参照条件以及热泵11的操作模式。图13所示的步骤S9、S91、 S92、S93、S94、S95和S96由控制元件14执行并且对应于表3中的储热元件13、23的当前储热水平和热需求的参照条件以及储热元件 13、23的操作模式。
Figure BDA0002422734860000141
Figure BDA0002422734860000151
表3尺寸适宜的热泵中热泵和储热元件的控制
储热元件在“供热”操作模式下向热介质回路供热，在“待机”模式下既不向热介质回路供热也不从热介质回路吸热，而在“储热”模式下从热介质回路吸热。此外，热泵在“最佳加热”模式下以具有最大COP 的性能操作，在“保持操作模式”下保持其当前操作，而在“待机”模式下不操作。
在热泵尺寸适宜的情况下，储热元件中的储热量优选较大。通过以最大功率比较早地触发热泵，控制元件被设置为永不达到“耗尽”水平。
对于尺寸过大的热泵，热泵的操作模式和储热元件的操作模式由热泵控制系统管理，如表4以及图12和13所示。图12示出了用最大 COP控制尺寸过大的热泵的流程图，图13示出了控制储热元件的流程图。
图12所示的步骤S82、S821、S822、S823、S824和S825由控制元件14执行并且对应于储热元件13、23的当前储热水平和热需求的参照条件以及热泵11的操作模式。图13所示的步骤S9、S91、S92、 S93、S94、S95和S96由控制元件14执行并且对应于表3中储热元件 13、23的当前储热水平和热需求的参照条件以及储热元件13、23的操作模式。
Figure BDA0002422734860000152
Figure BDA0002422734860000161
表4尺寸过大的热泵中热泵和储热元件的控制
当热泵尺寸过大时，储热元件中的储热量优选较小。尺寸过大的热泵将不会依靠于储热装置来保证舒适的建筑。控制元件设置为在触发热泵最大功率比之前等待“耗尽”水平。
本公开的用于操作热泵系统的方法可以进一步控制热泵和储热元件两者，以实现最佳的总体能量效率。即，本公开的方法在操作期间在任何给定的条件组(例如，安装、气候、加热回路设计、人员等等) 下都保持最大的COP性能。
因此，本公开提供了一种用于操作热泵系统的方法，该方法能够在期望的温度下改善高效率。

Claims (13)

1.一种用于操作热泵系统的方法，
所述热泵系统包括：
热泵；
至少一个加热元件；
储热元件；
控制元件；和
热介质回路，所述热介质回路连接所述热泵、所述至少一个加热元件和所述储热元件，
其中，所述控制元件确定所述热泵的当前性能，
将当前性能与存储性能进行比较，并且
根据当前性能与存储性能的比较结果选择所述热泵的操作模式和所述储热元件的操作模式，
如果当前性能与存储性能相差的量大于预定阈值，则所述控制元件将当前性能存储为新的存储性能。
2.根据权利要求1所述的用于操作热泵系统的方法，其中，如果当前性能与存储性能相差的量大于所述预定阈值，则所述控制元件调节所述热泵的操作模式，如果当前性能与存储性能相差的量小于所述预定阈值，则所述控制元件保持所述热泵的当前操作模式。
3.根据权利要求1或2所述的用于操作热泵系统的方法，其中，当前性能和存储性能均是性能系数COP。
4.根据权利要求3所述的用于操作热泵系统的方法，其中，
存储性能是所述热泵能够实现的最大COP。
5.根据权利要求1或2所述的用于操作热泵系统的方法，其中，所述控制元件确定所述储热元件的当前储热水平，并且进一步基于所述储热元件的当前储热水平选择操作模式。
6.根据权利要求5所述的用于操作热泵系统的方法，其中，所述控制元件确定热需求，并且进一步基于热需求选择操作模式。
7.根据权利要求6所述的用于操作热泵系统的方法，其中，使所述热泵尺寸适宜，并且其中，所述控制元件依照下表根据所述储热元件的储热水平和热需求选择所述热泵和所述储热元件的操作模式：
Figure FDA0003324954660000021
其中，如果所述储热元件包含的热量大于所述储热元件中能够存储的最大热量减去所述热泵在一定时间内能够输送的大于零的最小热量，则认为所述储热元件是满的，
并且其中，QHP是由所述热泵在具有最大COP的操作模式下输送的热率，
其中，进一步地，所述储热元件在“供热”操作模式下向所述热介质回路供热，在“待机”模式下既不向所述热介质回路供热也不从所述热介质回路吸热，而在“储热”模式下从所述热介质回路吸热，
并且其中，所述热泵在“最佳加热”模式中以具有最大COP的性能操作，在“保持操作模式”下保持其当前操作，而在“待机”模式下不操作。
8.根据权利要求6所述的用于操作热泵系统的方法，其中，使所述热泵尺寸过大，并且其中，所述控制元件依据下表根据所述储热元件的储热水平和热需求选择所述热泵和所述储热元件的操作模式：
Figure FDA0003324954660000031
其中，如果所述储热元件包含的热量大于所述储热元件中能够存储的最大热量减去所述热泵在一定时间内能够输送的大于零的最小热量，则认为所述储热元件是满的，
并且其中，QHP是由所述热泵在具有最大COP的操作模式下输送的热率，
其中，进一步地，所述储热元件在“供热”操作模式下向所述热介质回路供热，在“待机”模式下既不向所述热介质回路供热也不从所述热介质回路吸热，而在“储热”模式下从所述热介质回路吸热，
并且其中，所述热泵在“最佳加热”模式中以具有最大COP的性能操作，在“保持操作模式”下保持其当前操作，而在“待机”模式下不操作。
9.根据权利要求1或2所述的用于操作热泵系统的方法，其中，所述控制元件执行以下步骤：确定所述热泵的当前性能，将当前性能与存储性能进行比较，并且根据在预定时间间隔比较当前性能与存储性能的结果选择所述热泵的操作模式和所述储热元件的操作模式。
10.根据权利要求9所述的用于操作热泵系统的方法，其中，
所述预定时间间隔具有大于或等于不带所述储热元件的能源系统的长度。
11.一种热泵系统，包括：
热泵；
至少一个加热元件；
储热元件；
热介质回路，所述热介质回路连接所述热泵、所述至少一个加热元件和所述储热元件；以及
控制元件，
所述控制元件构造成：确定所述热泵的当前性能，
将当前性能与存储性能进行比较，并且
根据当前性能与存储性能的比较结果选择所述热泵和所述储热元件的操作模式，
如果当前性能与存储性能相差的量大于预定阈值，则所述控制元件将当前性能存储为新的存储性能。
12.根据权利要求11所述的热泵系统，其中，所述储热元件包括相变材料PCM，或者所述储热元件是基于水的储热器。
13.根据权利要求12所述的热泵系统，其中，所述热泵系统构造成执行根据权利要求1至10中的任一项所述的用于操作热泵系统的方法。
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