CN113566432B - 热泵联合太阳能制热的控制系统及控制方法和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种热泵联合太阳能制热的控制系统及控制方法和控制器。本发明旨在解决太阳能和热泵联动性差的技术问题。为此目的，本发明提供了一种热泵联合太阳能制热的控制方法，包括：开启热泵联合太阳能制热的控制模式；根据水箱的水箱温度值和制热需求计算热泵加热水箱所需的第一加热时长；根据当前时刻到制热需求的用水时刻之间的等待时间大于第一加热时长，控制太阳能集热器开启、热泵关闭；根据等待时间小于等于第一加热时长，控制太阳能集热器和热泵均开启。本发明的水箱在采用有太阳能与热泵联合制热时，优先运行太阳能，这样可以最大限度的利用清洁能源，降低运行费用。

Description

热泵联合太阳能制热的控制系统及控制方法和控制器

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，具体涉及一种热泵联合太阳能制热的控制系统及控制方法和控制器。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。太阳能作为自然清洁能源，居民使用太阳能制热水日益广泛，但太阳能的显著缺点是持续性和稳定性差。空气源热泵作为高能效比的热量制取设备，在制热和制热水领域逐步替代传统化石能源，并且由于其出色的稳定性，和太阳能联合制热水使用的场景越来越多。目前主流的做法是根据太阳能温度和水箱温度差值来粗糙的判断是否起用太阳能进行制热水，忽略了环境温度和光照强度的变化，以及用户的实际热水使用需求，导致热泵和太阳能切换使用不合理，造成能源的浪费，以及热水不能及时响应用户需求的问题。

目前太阳能和热泵联合制热水的控制联动性差，找不好切换运行点。往往为了节能单开太阳能运行，但太阳能易受天气影响，稳定性差，热水制热量得不到保证。而热泵和太阳能同时开启，或随机切换运行，又达不到足够的节能效果。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题中的至少一个。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种热泵联合太阳能制热的控制方法，控制方法包括：开启热泵联合太阳能制热的控制模式；根据水箱的水箱温度值和制热需求计算热泵加热水箱所需的第一加热时长；根据当前时刻到制热需求的用水时刻之间的等待时间大于第一加热时长，控制太阳能集热器开启、热泵关闭；根据等待时间小于等于第一加热时长，控制太阳能集热器和热泵均开启。

本发明的水箱在采用有太阳能与热泵联合制热水时，优先运行太阳能，这样可以最大限度的利用清洁能源，降低运行费用。根据本发明的热泵联合太阳能制热的控制方法，当热泵制热水系统在检测到有太阳能制热水功能时，以太阳能优先运行，热泵保持关闭，以最大化利用太阳能进行制热水，同时系统实时监测水箱温度状态和用户用水需求，当太阳能制热水能力不足时，提前开启热泵制热水运行，以保证用户用水的舒适性，通过本发明的技术方案，既能够达到节能的目的，又能保证用水的舒适性要求。

根据本发明的一个实施例，控制方法还包括：获取太阳能集热器的集热管温度值以及与制热需求对应的第一预设值；根据集热管温度值与水箱温度值的差值大于第一预设值，控制水箱与太阳能集热器连通；获取与制热需求对应的第二预设值，根据差值小于第二预设值，控制水箱与太阳能集热器断开，且控制热泵与水箱连通，第一预设值大于第二预设值。

根据本发明的一个实施例，制热需求包括水箱所需的制热温度以及制热水量，获取与制热需求对应的第一预设值包括：根据水箱温度值、制热温度以及制热水量计算第一预设值。

根据本发明的一个实施例，制热需求包括水箱所需的制热温度以及制热水量，获取与制热需求对应的第二预设值包括：根据制热温度以及制热水量计算太阳能集热器的能量损耗量，并根据能量损耗量计算第二预设值。

根据本发明的一个实施例，根据水箱的水箱温度值和制热需求计算热泵加热水箱所需的第一加热时长具体包括：第一加热时长t1＝C2/C1，C1表示热泵的制热水能力，C2表示水箱从水箱温度值加热到制热需求所需要的总热量。

根据本发明的一个实施例，控制太阳能集热器开启、热泵关闭后还包括：获取太阳能集热器完成制热需求所需的第二加热时长；根据等待时间大于等于第二加热时长，控制热泵全程关闭；根据等待时间小于第二加热时长，控制热泵关闭一段时间后开启。

根据本发明的一个实施例，控制方法还包括：根据集热管温度值与水箱温度值的差值大于等于第二预设值，且水箱无制热需求，控制太阳能集热器与水箱连通并执行储能模式。

根据本发明的一个实施例，控制方法还包括：根据热泵的电源处于低价电时段，且水箱无制热需求，控制热泵与水箱连通并执行储能模式。

本发明的第二方面还提供了一种控制器，控制器包括计算机可读存储介质和热泵联合太阳能制热的控制装置，计算机可读存储介质中存储有指令，当控制装置执行指令时实现根据本发明的第一方面的热泵联合太阳能制热的控制方法，控制装置包括：开启模块，用于开启热泵联合太阳能制热的控制模式；计算模块，用于根据水箱的水箱温度值和制热需求计算水箱所需的第一加热时长；控制模块，用于根据当前时刻到制热需求的用水时刻之间的等待时间大于第一加热时长，控制太阳能集热器开启、热泵关闭，以及根据等待时间小于等于第一加热时长，控制太阳能集热器和热泵均开启。

本发明的第三方面提供了一种热泵联合太阳能制热的控制系统，控制系统包括：水箱，水箱内形成有容纳生活用水的容纳腔，且水箱上设置有第一温度传感器；太阳能集热器，太阳能集热器通过换热管组与水箱内的生活用水热接触，太阳能集热器上设置有第二温度传感器；热泵，热泵通过换热管组与水箱内的生活用水热接触，热泵上设置有第三温度传感器；根据本发明的第二方面的控制器，控制器与热泵、太阳能集热器、第三温度传感器、第一温度传感器和第二温度传感器电连接。

根据本发明的热泵联合太阳能制热的控制系统，当热泵制热水系统在检测到有太阳能制热水功能时，以太阳能优先运行，热泵保持关闭，以最大化利用太阳能进行制热水，同时，系统实时监测水箱温度状态和用户用水需求，当太阳能制热水能力不足时，提前开启热泵制热水运行，以保证用户用水的舒适性。通过本发明的热泵联合太阳能制热的控制系统，既能够达到节能的目的，又能保证用户对用水舒适性的要求。

根据本发明的一个实施例，换热管组包括彼此独立的第一换热管组和第二换热管组，第一换热管组与热泵连通，第二换热管组与太阳能集热器连通。根据本发明的一个实施例，换热管组包括并联设置的两根换热管，两根换热管的两端均设置有与热泵和太阳能集热器连通的控制阀，且两根换热管之间通过连通管连通。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明一个实施例的热泵联合太阳能制热的控制系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的水箱的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的控制器的结构框图；

图4为本发明第一实施例的热泵联合太阳能制热的控制方法的流程图；

图5为本发明第二实施例的热泵联合太阳能制热的控制方法的流程图；

图6为本发明第三实施例的热泵联合太阳能制热的控制方法的流程图；

图7为本发明第四实施例的热泵联合太阳能制热的控制方法的流程图；

图8为本发明第五实施例的热泵联合太阳能制热的控制方法的流程图；

图9为本发明第六实施例的热泵联合太阳能制热的控制方法的流程图；

图10为本发明第六实施例的热泵联合太阳能制热的控制方法的流程图；

图11为本发明一个实施例的热泵联合太阳能制热的控制装置的结构框图。

其中，附图标记如下：

100、热泵联合太阳能制热的控制系统；

10、水箱；11、第一温度传感器；121、冷媒进管；122、冷媒回管；131、太阳能进管；132、太阳能回管；141、进水管；142、热水管；

20、太阳能集热器；21、第二温度传感器；

30、热泵；31、第三温度传感器；

40、水泵；

200、控制器；210、控制装置；211、开启模块；212、计算模块；213、控制模块；214、获取模块；220、计算机可读存储介质。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，本发明的热泵联合太阳能制热的控制系统不仅仅局限应用于家用热水器，还适用于其他类型的供热水设备，这种调整属于本发明热泵联合太阳能制热的控制系统的保护范围。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/ 或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

此外，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”和“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明 的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“上”、“内”、“端”、“外”、“侧”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中机构的不同方位。例如，如果在图中的机构翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。机构可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至图4所示，本发明的第一方面提供了一种热泵联合太阳能制热的控制方法，本发明的第二方面提供了一种控制器200，本发明的第三方面提供了一种热泵联合太阳能制热的控制系统100，为了方便对本发明的技术方案进行阐述，下面先从本发明第三方面提供的一种热泵联合太阳能制热的控制系统100进行阐述。

本发明第三方面提供的热泵联合太阳能制热的控制系统100主要包括水箱 10、太阳能集热器20、热泵30和控制器200，水箱10内形成有容纳生活用水的容纳腔，且水箱10上设置有第一温度传感器11，太阳能集热器20 通过换热管组与水箱10内的生活用水热接触，太阳能集热器20上设置有第二温度传感器21，热泵30通过换热管组与水箱10内的生活用水热接触，热泵30上设置有第三温度传感器31，控制器200与热泵30、太阳能集热器20、第三温度传感器31、第一温度传感器11和第二温度传感器21电连接，如图3所示，控制器200为根据本发明的第二方面的控制器200，控制器200包括计算机可读存储介质220和热泵联合太阳能制热的控制装置 210，计算机可读存储介质220中存储有指令，当控制装置210执行指令时实现根据本发明的第一方面的热泵联合太阳能制热的控制方法。

具体地，热泵30包括压缩机、四通阀、第一换热器、节流装置以及第二换热器，第一换热器和第二换热器均设置为换热管结构，热泵30通过第二换热器为水箱10供热。进一步地，四通阀由本发明第二方面的控制器200控制，控制器200内设置有控制指令，控制器200通过控制四通阀的开关通路实现压缩机为水箱10供热或制冷，以此达到在制冷与制热之间自由切换的目的。

需要说明的是，为了实现太阳能集热器20和热泵30均能为水箱10供热的效果，需要对太阳能集热器20、热泵30与水箱10之间的换热管组进行合理设置，下面通过两个实施例详细阐述太阳能集热器20、热泵30与水箱 10之间的换热管组。

根据本发明的一个实施例，换热管组包括彼此独立的第一换热管组和第二换热管组，第一换热管组与热泵30连通，第二换热管组与太阳能集热器 20连通。

在本实施例中，通过两组彼此独立的换热管组分别与热泵30和太阳能集热器20连通，以此减少热泵30与太阳能集热器20之间的相互影响，从而使热泵联合太阳能制热的控制系统100能够通过热泵30单独为水箱10供热，或者通过太阳能集热器20单独为水箱10供热，以此达到合理利用能量的目的。具体地，第一换热管组和第二换热管组均为内盘管，两组内盘管以双螺旋缠绕的方式设置在水箱10的内部，以此减少换热管组所占用的水箱 10的内部空间。例如，热泵30通过冷媒进管121和冷媒回管122与水箱 10换热，太阳能集热器20通过太阳能进管131和太阳能回管132与水箱 10换热。

进一步地，水箱10上还设置有换热器和电辅热器，换热器与热泵30连通，换热器内的循环水吸收热泵30的热量温度升高，然后再经过电辅热器进行二次加热，经过二次加热的循环水通过电辅热器后流至水箱10的换热管组内，换热器包括与热泵30连通的冷媒管以及与电辅热器和水箱10连通的换热管道，热泵30的第二换热器通过冷媒进管121和冷媒回管122与冷媒管连通，冷媒进管121从换热器的顶部伸入，冷媒回管122从换热器的底部伸出，冷媒管在换热器上呈上进下出的分布方式。换热器内的换热管道在换热器内呈下进上出的分布方式，以此提高冷媒管与换热管道之间的换热效率，具体地，热泵30产生的高温高压气态冷媒通过冷媒管进入换热器内，在换热器内经过换热后生成液态冷媒并从换热器的底部流出。

根据本发明的另一个实施例，换热管组包括并联设置的两根换热管，两根换热管的两端均设置有与热泵30和太阳能集热器20连通的控制阀，且两根换热管之间通过连通管连通。

在本实施例中，两根换热管以及连通两根换热管的连通管形成H型结构，H 型结构的四端均设置有控制阀，热泵30和太阳能集热器20分别连接于H 型结构的相邻两端。进一步地，根据本发明的实施例，还可以在两根换热管的两端均设置有连通管，控制阀为设置于连通管上的三通阀。

进一步地，为了提高太阳能集热器20与水箱10的换热效率，根据本发明的一个实施例，还在太阳能集热器20与水箱10的连通管路上设置有水泵 40，通过水泵40加速太阳能集热器20与水箱10之间加热液体的循环效率。另外，由于水箱10内的生活用水则需要通过流出箱体外，热泵联合太阳能制热的控制系统100还包括伸入水箱10的用水内的进水管141和从水箱 10的用水内伸出的热水管142，进一步地，进水管141伸至水箱10内生活用水的底部，热水管142伸至水箱10内生活用水的顶部，水箱10内生活用水在水压和水箱10内气压的作用下通过热水管142流出。

下面结合本发明第三方面提供的热泵联合太阳能制热的控制系统100，详细阐述本发明第一方面提供的热泵联合太阳能制热的控制方法。

如图4所示，本发明的第一方面提供了一种热泵联合太阳能制热的控制方法，控制方法包括：开启热泵联合太阳能制热的控制模式；根据水箱10的水箱温度值和制热需求计算热泵30加热水箱10所需的第一加热时长；根据当前时刻到制热需求的用水时刻之间的等待时间大于第一加热时长，控制太阳能集热器20开启、热泵30关闭；根据等待时间小于等于第一加热时长，控制太阳能集热器20和热泵30均开启。

本发明的水箱10在采用有太阳能与热泵联合制热时，优先运行太阳能，这样可以最大限度的利用清洁能源，降低运行费用。根据本发明的热泵联合太阳能制热的控制方法，当热泵30制热水系统在检测到有太阳能制热水功能时，以太阳能优先运行，热泵30保持关闭，以最大化利用太阳能进行制热水，同时系统实时监测水箱10温度状态和用户用水需求，当太阳能制热水能力不足时，提前开启热泵30制热水运行，以保证用户用水的舒适性。通过本发明的技术方案，既能够达到节能的目的，又能保证用水的舒适性要求。

进一步地，在控制太阳能集热器20开启、热泵30关闭的过程中，如果太阳能集热器20的加热能力不足以为水箱10加热(太阳能集热器20的温度低于水箱10的温度，或者太阳能集热器20的加热能力不足以弥补能量损耗)，则太阳能集热器20与水箱10之间的水泵断开，使太阳能集热器20 不与水箱10进行热交换，第一加热时长不变，当前时刻到制热需求的用水时刻之间的等待时间实时更新，等待时间逐渐减少，直到第一加热时长等于等待时间，为了满足用户的使用需求，热泵30开启为水箱10进行加热；在控制太阳能集热器20开启、热泵30关闭的过程中，如果太阳能集热器 20的加热能力足以为水箱10加热(太阳能集热器20的温度高于水箱10 的温度，或者太阳能集热器20的加热能力足以弥补能量损耗)，则太阳能集热器20与水箱10之间的水泵连通，使太阳能集热器20与水箱10进行热交换，随着太阳能集热器20为水箱10进行加热，水箱10的温度逐渐升高，此时，根据水箱10的水箱温度值和制热需求计算热泵30加热水箱10 所需的第一加热时长实时更新，第一加热时长逐渐减少，当前时刻到制热需求的用水时刻之间的等待时间实时更新，等待时间也是逐渐减少，直到第一加热时长等于等待时间，为了满足用户的使用需求，热泵30开启为水箱10进行加热。

具体地，如图5所示，根据本发明的一个实施例，获取水箱10的用水时刻以及热泵30所需的第一加热时长；根据当前时刻到用水时刻的等待时间大于第一加热时长，控制热泵30关闭；根据当前时刻到用水时刻的等待时间小于等于第一加热时长，控制热泵30开启。在本实施例中，系统实时监测水箱10温度状态和用户用水需求，当太阳能制热水能力不足时，提前开启热泵30制热水运行，以保证用户用水的舒适性。通过本发明的技术方案，既能够达到节能的目的，又能保证用户对用水舒适性的要求。

如图6所示，本发明的第一方面提供了一种热泵联合太阳能制热的控制方法，控制方法还包括：根据水箱10的制热需求，获取水箱10的水箱温度值以及太阳能集热器20的集热管温度值；获取与制热需求对应的第一预设值，根据集热管温度值与水箱温度值的差值大于第一预设值，控制水箱10 与太阳能集热器20连通；获取制热需求对应的第二预设值，根据集热管温度值与水箱温度值的差值小于第二预设值，控制水箱10与太阳能集热器 20断开，且控制热泵30与水箱10连通，第一预设值大于第二预设值。其中，第一预设值和第二预设值可以通过查表的方式获取，还可以通过计算的方式获取，第一预设值与水箱10的制热需求有关，只有第一预设值满足水箱10的制热需求，系统才会考虑用太阳能集热器20为水箱10供热，否则，系统会考虑用热泵30为水箱10供热，或者用热泵30结合太阳能集热器20为水箱10供热，例如，在水箱温度值为20℃、制热需求的制热温度为60℃，第一预设值设定为10℃，即，只有太阳能集热器20的集热管温度值达到30℃时，系统才会考虑用太阳能集热器20与水箱10连通并为水箱10供热。

第二预设值则与水流动过程中的能量损耗有关，如果太阳能集热器20所产生的能量全部用在水流动过程中的能量损耗，则完全没必要使用太阳能集热器20为水箱10供热，水流动过程中的能量损耗则与管路长度以及环境温度有关。具体地，以连通太阳能集热器20与水箱10的换热管组为金属管为例，考虑到金属管散热现象，在水箱温度值为20℃、制热需求的制热温度为60℃，第二预设值设定为5℃，即，当太阳能集热器20的集热管温度值不大于25℃时，系统将太阳能集热器20与水箱10断开，停止太阳能集热器20为水箱10供热。

根据本发明的一个实施例，制热需求包括水箱10所需的制热温度以及制热水量，获取制热需求对应的第一预设值包括：根据水箱温度值、制热温度以及制热水量计算第一预设值。

在本实施例中，水箱温度值与制热温度的差值与第一预设值成正比关系，水箱温度值与制热温度的差值越大，第一预设值就越大，制热水量也与第一预设值成正比关系，制热水量越大，第一预设值就越大。

其中，第一预设值可以根据多次试验数据(包括水箱温度值、制热温度以及第一预设值)制成表格或坐标系，在实际使用过程中可以根据水箱温度值和制热温度通过查表的方式或者插值法获取第一预设值。

根据本发明的一个实施例，制热需求包括水箱10所需的制热温度以及制热水量，获取制热需求对应的第二预设值包括：根据制热温度以及制热水量计算太阳能集热器20的能量损耗量，并根据能量损耗量计算第二预设值。在本实施例中，太阳能集热器20的能量损耗量与第二预设值成正比关系，太阳能集热器20的能量损耗量越大，第二预设值就越大，水流动过程中的能量损耗则与管路长度以及环境温度有关，具体计算方式在此不进行详细阐述。

其中，第二预设值可以根据多次试验数据(包括管路长度、环境温度以及第一预设值)制成表格或坐标系，在实际使用过程中可以根据管路长度和环境温度通过查表或者插值法获取第二预设值。

根据本发明的一个实施例，制热需求包括水箱10所需的制热温度以及制热水量，获取水箱10的用水时刻以及热泵30所需的第一加热时长包括：获取热泵30的加热温度值，并根据热泵30的加热温度值获取热泵30的环境温度值；根据制热温度、环境温度值以及制热水量计算热泵30所需的第一加热时长。

在本实施例中，热泵30所需的第一加热时长与制热温度、环境温度值和制热水量均由关系，本实施例通过制热温度、环境温度值和制热水量三个参数确定热泵30所需的第一加热时长，以此提高热泵30所需第一加热时长的准确性。

其中，第一加热时长可以根据多次试验数据(包括第一加热时长、制热温度、环境温度值以及制热水量)制成表格或坐标系，在实际使用过程中可以根据制热温度、环境温度值以及制热水量通过查表或者插值法获取第一加热时长。

进一步地，根据本发明的一个实施例，根据制热温度、环境温度值以及制热水量计算热泵所需的第一加热时长具体包括：第一加热时长t1＝C2/C1，C1表示热泵的制热水能力，C1＝F(T3，T1，Ts0)，C1＝F(T3，T1，Ts0)表示加热温度值T3、水箱温度值T1以及水箱所需的制热温度Ts0之间的关联表达式，由热泵的性能设计参数确定，预先内置在控制器内；C2表示水箱从水箱温度值T1加热到制热温度Ts0所需要的总热量，C2＝ρ*V*c*

(Ts0-T1)*A，ρ表示水密度，V表示用水的体积，c表示水热容，A表示水箱温度分层加入的修正系数。

如图7所示，根据本发明的一个实施例，控制水箱10与太阳能集热器20 连通还包括：获取水箱10的用水时刻以及太阳能集热器20所需的第二加热时长；根据当前时刻到用水时刻的等待时间大于等于第二加热时长，控制热泵30关闭；根据当前时刻到用水时刻的等待时间小于第二加热时长，控制水箱10与太阳能集热器20连通的同时控制热泵30开启。

在本实施例中，系统实时监测水箱10温度状态和用户用水需求，当太阳能制热水能力不足时，提前开启热泵30制热水运行，以保证用户用水的舒适性。通过本发明的技术方案，既能够达到节能的目的，又能保证用户对用水舒适性的要求。

其中，第二加热时长可以根据多次试验数据(包括第二加热时长、制热温度、集热管温度值以及制热水量)制成表格或坐标系，在实际使用过程中可以根据制热温度、集热管温度值以及制热水量通过查表或者插值法获取第二加热时长。

具体地，根据本发明的一个实施例，第二加热时长t2＝C2/C3，C3表示太阳能集热器20的制热水能力，C3＝F(T2，T1，Ts0)，C3＝F(T2，T1，Ts0) 表示集热管温度值T2、水箱温度值T1以及水箱10所需的制热温度Ts0之间的关联表达式，由太阳能集热器20的性能设计参数确定，预先内置在控制器200内；C2表示水箱10从水箱温度值T1加热到制热温度Ts0所需要的总热量，C2＝ρ*V*c*(Ts0-T1)*A，ρ表示水密度，V表示用水的体积， c表示水热容，A表示水箱温度分层加入的修正系数。

如图8所示，根据本发明的一个实施例，控制方法还包括：获取水箱10的用水时刻以及热泵30所需的第一加热时长和太阳能集热器20所需的第二加热时长；根据当前时刻到用水时刻的时间大于第一加热时长小于第二加热时长，控制太阳能集热器20运行一段时间段后控制热泵30运行。在本实施例中，根据本发明的热泵联合太阳能制热的控制系统100，当热泵30制热水系统在检测到有太阳能制热水功能时，以太阳能优先运行，热泵30保持关闭，以最大化利用太阳能进行制热水，同时系统实时监测水箱 10温度状态和用户用水需求，当太阳能制热水能力不足时，提前开启热泵 30制热水运行，以保证用户用水的舒适性。通过本发明的技术方案，既能够达到节能的目的，又能保证用户对用水舒适性的要求。

根据本发明的一个实施例，控制方法还包括：根据集热管温度值与水箱温度值的差值大于等于第二预设值，且水箱10无制热需求，控制太阳能集热器20与水箱10连通并执行储能模式。

在本实施例中，利用太阳能集热器20执行水箱10的储能模式，以此提高能量的利用率，当水箱10的实时温度达到制热温度时，则需要将太阳能集热器20与水箱10断开。

根据本发明的一个实施例，控制方法还包括：根据热泵30的电源处于低价电时段，且水箱10无制热需求，控制热泵30与水箱10连通并执行储能模式。

在本实施例中，利用低价电执行水箱10的储能模式，以此降低使用成本，当水箱10的实时温度达到制热温度时，则需要将热泵30与水箱10断开。如图9所示，系统检测到有太阳能制热功能；太阳能有优先运行，热泵30 限制运行；检测是否存在低价电或免费电信号；当存在低价电或免费电信号，热泵30立即开启制热水运行；当不存在低价电或免费电信号，获取当前水箱10温度和环境温度，计算热泵30加热水箱10到目标水箱温度(制热温度)所需要的第一加热时间t1；当第一加热时间t1大于等于当前时刻到用水时刻的等待时间，控制热泵30立即开启制热水运行。

下面通过附图10结合图9详细阐述本发明的热泵联合太阳能制热的控制方法的实施方式：

系统检测到有太阳能制热功能；太阳能优先运行，热泵30限制运行；检测是否存在低价电或免费电信号；当存在低价电或免费电信号时，热泵30立即运行；当不存在低价电或免费电信号时，获取水箱10的用水时刻以及太阳能集热器20所需的第二加热时长；根据当前时刻到用水时刻的时间大于等于第二加热时长，控制热泵30关闭；获取制热需求对应的第一预设值，根据集热管温度值与水箱温度值的差值大于第一预设值，控制水箱10与太阳能集热器20连通；根据当前时刻到用水时刻小于等于第二加热时长，控制水箱10与太阳能集热器20连通的同时控制热泵30开启；获取当前水箱 10温度和环境温度，计算加热到目标水箱10温度所需要的时间t1；当加热时间t1小于等于当前时刻到用水时刻t2热泵30立即开启制热水运行。根据本发明的热泵联合太阳能制热的控制方法，当热泵30制热水系统在检测到有太阳能制热水功能时，以太阳能优先运行，热泵30保持关闭，以最大化利用太阳能进行制热水，同时系统实时监测水箱10温度状态和用户用水需求，当太阳能制热水能力不足时，提前开启热泵30制热水运行，以保证用户用水的舒适性。通过本发明的技术方案，既能够达到节能的目的，又能保证用水的舒适性要求。

如图11所示，本发明提供的控制装置210包括：开启模块211，用于开启热泵联合太阳能制热的控制模式；计算模块212，用于根据水箱10的水箱温度值和制热需求计算水箱10所需的第一加热时长；控制模块213，用于根据当前时刻到制热需求的用水时刻之间的等待时间大于第一加热时长，控制太阳能集热器20开启、热泵30关闭，以及根据等待时间小于等于第一加热时长，控制太阳能集热器20和热泵30均开启。

本发明提供的控制装置210还包括：获取模块214，用于根据水箱10的制热需求，获取水箱10的水箱温度值、太阳能集热器20的集热管温度值、以及获取制热需求对应的第一预设值和制热需求对应的第二预设值；控制模块213，用于根据集热管温度值与水箱温度值的差值大于第一预设值，控制水箱10与太阳能集热器20连通；控制模块213还用于根据集热管温度值与水箱温度值的差值小于第二预设值，控制水箱10与太阳能集热器 20断开，且控制热泵30与水箱10连通。

根据本发明的一个实施例，制热需求包括水箱10所需的制热温度以及制热水量，控制装置210包括计算模块212，用于根据水箱温度值、制热温度以及制热水量计算第一预设值。

根据本发明的一个实施例，制热需求包括水箱10所需的制热温度以及制热水量，计算模块212还用于：根据制热温度以及制热水量计算太阳能集热器20的能量损耗量，并根据能量损耗量计算第二预设值。

根据本发明的一个实施例，获取模块214还用于：获取水箱10的用水时刻以及热泵30所需的第一加热时长；控制模块213还用于：根据当前时刻到用水时刻的等待时间大于第一加热时长，控制热泵30关闭，根据当前时刻到用水时刻小于等于第一加热时长，控制热泵30开启。

根据本发明的一个实施例，制热需求包括水箱10所需的制热温度以及制热水量，获取模块214还用于：获取热泵30的加热温度值，并根据热泵30 的加热温度值获取热泵30的环境温度值；计算模块212还用于：根据制热温度、环境温度值以及制热水量计算热泵30所需的第一加热时长。

根据本发明的一个实施例，获取模块214还用于：获取水箱10的用水时刻以及太阳能集热器20所需的第二加热时长；控制模块213还用于：根据当前时刻到用水时刻的等待时间大于等于第二加热时长，控制热泵30关闭，根据当前时刻到用水时刻的等待时间小于第二加热时长，控制水箱10与太阳能集热器20连通的同时控制热泵30开启。

根据本发明的一个实施例，获取模块214还用于：获取水箱10的用水时刻以及热泵30所需的第一加热时长和太阳能集热器20所需的第二加热时长；控制模块213还用于：根据当前时刻到用水时刻的时间大于第一加热时长小于第二加热时长，控制太阳能集热器20运行一段时间段后控制热泵30 运行。

根据本发明的一个实施例，控制模块213还用于：根据集热管温度值与水箱温度值的差值大于等于第二预设值，且水箱10无制热需求，控制太阳能集热器20与水箱10连通并执行储能模式。

根据本发明的一个实施例，控制模块213还用于：根据热泵30的电源处于低价电时段，且水箱10无制热需求，控制热泵30与水箱10连通并执行储能模式。

根据本发明的热泵联合太阳能制热的控制装置210，当热泵30制热水系统在检测到有太阳能制热水功能时，以太阳能优先运行，热泵30保持关闭，以最大化利用太阳能进行制热水，同时系统实时监测水箱10温度状态和用户用水需求，当太阳能制热水能力不足时，提前开启热泵30制热水运行，以保证用户用水的舒适性。通过本发明的技术方案，既能够达到节能的目的，又能保证用水的舒适性要求。

以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个计算机可读存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机、芯片等)或控制装置(如处理器)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的计算机可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种热泵联合太阳能制热的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

开启热泵联合太阳能制热的控制模式；

根据水箱的水箱温度值和制热需求计算所述热泵加热所述水箱所需的第一加热时长；

根据当前时刻到所述制热需求的用水时刻之间的等待时间大于所述第一加热时长，控制太阳能集热器开启、所述热泵关闭；

根据所述等待时间小于等于所述第一加热时长，控制所述太阳能集热器和所述热泵均开启；

所述控制方法还包括：

获取所述太阳能集热器的集热管温度值以及与所述制热需求对应的第一预设值；

根据所述集热管温度值与所述水箱温度值的差值大于所述第一预设值，控制所述水箱与所述太阳能集热器连通；

获取与所述制热需求对应的第二预设值，根据所述差值小于所述第二预设值，控制所述水箱与所述太阳能集热器断开，且控制所述热泵与所述水箱连通，

所述第一预设值大于所述第二预设值；

所述制热需求包括所述水箱所需的制热温度；

所述水箱温度值与所述制热温度的差值与所述第一预设值成正比关系；

所述控制所述太阳能集热器开启、所述热泵关闭后还包括：

获取所述太阳能集热器完成所述制热需求所需的第二加热时长；

根据所述等待时间大于等于所述第二加热时长，控制所述热泵全程关闭；

根据所述等待时间小于所述第二加热时长，控制所述热泵关闭一段时间后开启；

所述第二加热时长t2=C2/C3；

C2=ρ*V*c*（Ts0-T1）*A，ρ表示水密度，V表示用水的体积，c表示水热容，A表示水箱温度分层加入的修正系数，C2表示所述水箱从水箱温度值加热到所述制热需求所需要的总热量；

C3=F(T2，T1，Ts0)，C3表示所述太阳能集热器的制热水能力，C3=F(T2，T1，Ts0)表示所述集热管温度值T2、所述水箱温度值T1以及所述水箱所需的制热温度Ts0之间的关联表达式。

2.根据权利要求1所述的热泵联合太阳能制热的控制方法，其特征在于，所述制热需求还包括制热水量，所述获取与所述制热需求对应的第一预设值包括：

根据所述水箱温度值、所述制热温度以及所述制热水量计算所述第一预设值。

3.根据权利要求1所述的热泵联合太阳能制热的控制方法，其特征在于，所述制热需求包括所述水箱所需的制热温度以及制热水量，所述获取与所述制热需求对应的第二预设值包括：

根据所述制热温度以及所述制热水量计算所述太阳能集热器的能量损耗量，并根据所述能量损耗量计算所述第二预设值。

4.根据权利要求1所述的热泵联合太阳能制热的控制方法，其特征在于，所述根据水箱的水箱温度值和制热需求计算所述水箱所需的第一加热时长具体包括：

第一加热时长t1=C2/C1，

C1表示所述热泵的制热水能力。

5.根据权利要求1所述的热泵联合太阳能制热的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

根据所述集热管温度值与所述水箱温度值的差值大于等于第二预设值，且所述水箱无制热需求，控制所述太阳能集热器与所述水箱连通并执行储能模式。

6.根据权利要求1所述的热泵联合太阳能制热的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

根据所述热泵的电源处于低价电时段，且所述水箱无制热需求，控制所述热泵与所述水箱连通并执行储能模式。

7.一种控制器，其特征在于，所述控制器包括计算机可读存储介质和热泵联合太阳能制热的控制装置，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述控制装置执行所述指令时实现根据权利要求1所述的热泵联合太阳能制热的控制方法，所述控制装置包括：

开启模块，用于开启热泵联合太阳能制热的控制模式；

计算模块，用于根据水箱的水箱温度值和制热需求计算所述水箱所需的第一加热时长；

控制模块，用于根据当前时刻到制热需求的用水时刻之间的等待时间大于所述第一加热时长，控制所述太阳能集热器开启、所述热泵关闭，以及

根据所述等待时间小于等于所述第一加热时长，控制所述太阳能集热器和所述热泵均开启。

8.一种热泵联合太阳能制热的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

水箱，所述水箱内形成有容纳生活用水的容纳腔，且所述水箱上设置有第一温度传感器；

太阳能集热器，所述太阳能集热器通过换热管组与所述水箱内的生活用水热接触，所述太阳能集热器上设置有第二温度传感器；

热泵，所述热泵通过换热管组与所述水箱内的生活用水热接触，所述热泵上设置有第三温度传感器；

根据权利要求7所述的控制器，所述控制器与所述热泵、所述太阳能集热器、所述第三温度传感器、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器电连接。

9.根据权利要求8所述的热泵联合太阳能制热的控制系统，其特征在于，所述换热管组包括彼此独立的第一换热管组和第二换热管组，所述第一换热管组与所述热泵连通，所述第二换热管组与所述太阳能集热器连通。

10.根据权利要求8所述的热泵联合太阳能制热的控制系统，其特征在于，所述换热管组包括并联设置的两根换热管，所述两根换热管的两端均设置有与所述热泵和所述太阳能集热器连通的控制阀，且所述两根换热管之间通过连通管连通。

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