CN113883662A - 热能系统中的功率消耗的控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制热能系统(400)中的功率消耗的中央控制器(500)，该热能系统包括多个热泵组件(100)和多个冷却机组件(200)，每个热泵组件(100)连接至包括热导管(302)和冷导管(304)的热能回路(300)，经由热加热回路入口(104)连接至热导管(302)、并且经由热加热回路出口(106)连接至冷导管(304)，每个冷却机组件(200)连接至热能回路(300)，经由热冷却回路入口(204)连接至该冷导管(304)、并且经由热冷却回路出口(206)连接至热导管(302)。

Description

热能系统中的功率消耗的控制
技术领域
本发明涉及用于为建筑物提供加热和冷却的热能系统。更具体地，本发明涉及一种用于热能系统的中央控制器、一种包括这种中央控制器的热能系统以及一种用于控制热能系统的方法。
背景技术
现今，经由能源网为房屋和建筑物提供加热和热水是世界上许多地方的普遍做法。这种能源网的一个示例是区域加热网，该区域加热网包括导管和阀系统，用于将热水分配到房屋和建筑物，使得在需要时可以经由与区域加热网连接的热装置(即热交换器)对房屋进行加热。热水可以进一步用于制备热自来水。
为了对房屋和建筑物进行冷却，可以使用类似的系统。然而，这些系统的一般原理是相反的。替代通过例如提供热水来提供热量的是，在房屋内收集热量并将这些热量运离房屋。然而，使用水作为热载体的区域冷却网(即，出于冷却目的连接若干房产的导管和阀网)仍然很少见。替代地，普遍做法是使用电能来运行空调系统，这至少从环境角度来看是不利的。
能源网可以进一步形成为组合式加热和冷却网，该组合式加热和冷却网允许通过使用与单个系统连接的热装置从该单个系统提供加热和冷却两者。
当热装置被添加到能源网时，尤其是添加到以上提及的这种组合式加热和冷却网时，显著增加了热装置的复杂性。尤其是在考虑如何实现热能系统及其连接的热装置的效率提高时。这种系统的制造商不断努力提供具有提高的效率的系统。
发明内容
鉴于上述内容，本发明的目的是提供对热能系统的控制，其减轻以上概述的现有技术系统的一些问题。
更具体地，根据第一方面，提供了一种用于控制热能系统中的功率消耗(尤其是电力消耗)的中央控制器。该热能系统包括多个热泵组件，每个热泵组件都连接至包括热导管和冷导管的热能回路，经由热加热回路入口连接至该热导管、并且经由热加热回路出口连接至该冷导管。提供了一种热加热回路流量控制器，该热加热回路流量控制器被配置为控制热流体从该热加热回路入口流到该热加热回路出口。该热能系统进一步包括多个冷却机组件。每个冷却机组件连接至该热能回路，经由热冷却回路入口连接至该冷导管、并且经由热冷却回路出口连接至该热导管。该热能系统包括热冷却回路流量控制器，该热冷却回路流量控制器被配置为控制热流体从该热冷却回路入口流到该热冷却回路出口。该中央控制器包括收发器，该收发器被配置为：接收与该多个热泵组件和该多个冷却组件有关的功率消耗数据；将加热回路控制信号传输到这些热加热回路流控制器，该加热回路控制信号指示每个热加热回路出口中的加热回路出口温度；将冷却回路控制信号传输到这些热冷却回路流量控制器，该控制信号指示每个热冷却回路出口中的冷却回路出口温度。该中央控制器包括电路，该电路被配置为执行：出口温度设置功能，被配置为周期性地改变该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度；以及分析功能，被配置为基于该功率消耗数据来确定该多个热泵组件和该多个冷却机组件的当前总功率消耗。该出口温度设置功能被进一步配置为基于先前确定的总功率消耗与确定的当前总功率消耗之间的变化来升高或降低该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度。因此，可以找到加热回路出口和冷却回路出口中的为整个热能系统提供改进的操作条件(即总电力消耗降低)的热流体出口温度。通过在本披露中实现通过控制热流体的相应流动来控制相应的出口温度，中央控制器可以实现对热能系统的控制以降低其总电力消耗。
出口温度设置功能可以被配置为在预定时间内将加热回路出口温度和冷却回路出口温度设置为固定值。因此，中央控制器可以在对新的当前总电力消耗进行分析之前等待新的系统平衡。如本文所定义的热能系统是复杂的并且通常具有某种系统惯性，优选地应该在可以可靠地评估出口温度的变化之前考虑该系统惯性。
加热回路出口温度可以被配置为设置在-8℃与50℃之间。冷却回路出口温度可以被配置为设置在-4℃与60℃之间。
在第二方面，提供了一种热能系统。该热能系统包括：
热能回路，该热能回路包括热导管和冷导管，该热导管被配置为允许第一温度的热流体从其中流过，该冷导管被配置为允许第二温度的热流体从其中流过，该第二温度低于该第一温度；
多个热泵组件，每个热泵组件连接至：
热加热回路，该热加热回路包括与热导管连接的热加热回路入口以及与冷导管连接的热加热回路出口，该热加热回路被配置为将热流体从该热加热回路入口传递到该热加热回路出口，该热加热回路进一步包括热加热回路流量控制器，该热加热回路流量控制器被配置为控制热流体从该热加热回路入口流到该热回路出口。
每个热泵组件包括：
热泵；以及
热泵回路，该热泵回路包括热泵回路入口、热泵回路出口以及热泵控制泵，该热泵回路入口在第一热泵连接点处连接至该热加热回路，该热泵回路出口在第二热泵连接点处连接至该热加热回路，该热泵控制泵被配置为控制热流体从该热泵回路入口通过热泵在该热泵的热量提取侧流到该热泵回路出口。
该热泵回路与该热加热回路部分重叠，该重叠在该第一热泵连接点与该第二热泵连接点之间。
该热能系统进一步包括多个冷却机组件，每个冷却机组件连接至：
热冷却回路，该热冷却回路包括与冷导管连接的热冷却回路入口以及与热导管连接的热冷却回路出口，该热冷却回路被配置为将热流体从该热冷却回路入口传递到该热冷却回路出口，该热冷却回路进一步包括热冷却回路流量控制器，该热冷却回路流量控制器被配置为控制热流体从该热冷却回路入口流到该热冷却回路出口。
每个冷却机组件包括：
冷却机；以及
冷却机回路，该冷却机回路包括冷却机入口、冷却机回路出口以及冷却机控制泵，该冷却机入口在第一冷却机连接点处连接至该热冷却回路，该冷却机回路出口在第二冷却机连接点处连接至该热冷却回路，该冷却机控制泵被配置为控制热流体从该冷却机回路入口通过该冷却机在该冷却机的发热侧处流到该冷却机回路出口。
该冷却机回路与该热冷却回路部分重叠，该重叠在该第一冷却机连接点与该第二冷却机连接点之间。
该热能系统进一步包括根据第一方面的被配置为控制热能系统的中央控制器。
因此，提供了一种可以被控制以实现总电力消耗减少的热能系统，其中控制热流体在热加热回路中和热冷却回路中的流动，使得实现提供所述总功率消耗减少的期望的相应出口温度。
根据第三方面，提供了一种用于控制热能系统的功率消耗的方法。该热能系统包括热导管和冷导管，该热导管被配置为允许第一温度的热流体从其中流过，该冷导管被配置为允许第二温度的热流体从其中流过，该第二温度低于该第一温度；
多个热泵组件，每个热泵组件连接至：
热加热回路，该热加热回路包括与热导管连接的热加热回路入口以及与冷导管连接的热加热回路出口，该热加热回路被配置为将热流体从该热加热回路入口传递到该热加热回路出口，该热加热回路进一步包括热加热回路流量控制器，该热加热回路流量控制器被配置为控制热流体从该热加热回路入口流到该热回路出口；
每个热泵组件包括：
热泵；以及
热泵回路，该热泵回路包括热泵回路入口、热泵回路出口以及热泵控制泵，该热泵回路入口在第一热泵连接点处连接至该热加热回路，该热泵回路出口在第二热泵连接点处连接至该热加热回路，该热泵控制泵被配置为控制热流体从该热泵回路入口通过热泵在该热泵的热量提取侧流到该热泵回路出口。
该热泵回路与该热加热回路部分重叠，该重叠在该第一热泵连接点与该第二热泵连接点之间。
该热能系统进一步包括多个冷却机组件，每个冷却机组件连接至：
热冷却回路，该热冷却回路包括与冷导管连接的热冷却回路入口以及与热导管连接的热冷却回路出口，该热冷却回路被配置为将热流体从该热冷却回路入口传递到该热冷却回路出口，该热冷却回路进一步包括热冷却回路流量控制器，该热冷却回路流量控制器被配置为控制热流体从该热冷却回路入口流到该热冷却回路出口。
每个冷却机组件进一步包括：
冷却机；以及
冷却机回路，该冷却机回路包括冷却机入口、冷却机回路出口以及冷却机控制泵，该冷却机入口在第一冷却机连接点处连接至该热冷却回路，该冷却机回路出口在第二冷却机连接点处连接至该热冷却回路，该冷却机控制泵被配置为控制热流体从该冷却机回路入口通过该冷却机在该冷却机的发热侧处流到该冷却机回路出口。
该冷却机回路与该热冷却回路部分重叠，该重叠在该第一冷却机连接点与该第二冷却机连接点之间。该热能系统进一步包括根据第一方面的中央控制器。该方法包括：
改变该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度；
基于与该多个热泵组件和该多个冷却组件有关的功率消耗数据来确定当前总功率消耗与先前确定的总功率消耗之间的变化；以及
基于该变化升高或降低该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度。相应的出口温度因此变化，直到热能系统的总功率消耗减少。因此，热能系统可以满足施加在系统上的热负荷，同时实现整体效率提高。
在一个实施例中，如果确定该总功率消耗的变化相对于该先前确定的总功率消耗减少，则在该加热出口温度的先前改变是降低的情况下进一步降低该加热回路出口温度，并且其中，在该加热回路出口温度的先前改变是升高的情况下进一步升高该加热回路出口温度。如果确定该总功率消耗的变化相对于该先前确定的总功率消耗增加，则在该加热回路出口温度的先前改变是降低的情况下升高该加热回路出口温度，并且在该加热回路出口温度的先前改变是升高的情况下降低该加热回路出口温度。
在一个实施例中，该方法包括：如果确定该总功率消耗的变化相对于该先前确定的总功率消耗减少，则在该加热出口温度的先前改变是降低的情况下进一步降低该冷却回路出口温度，并且在该冷却回路出口温度的先前改变是升高的情况下进一步升高该冷却回路出口温度。如果确定该总功率消耗的变化相对于该先前确定的总功率消耗增加，则在该冷却出口温度的先前改变是降低的情况下升高该冷却回路出口温度，并且在该冷却回路出口温度的先前改变是升高的情况下降低该加热回路出口温度。
每个热泵组件的加热回路出口温度和每个冷却机组件的冷却回路出口温度都可以进一步彼此独立地被控制。
在一个实施例中，通过改变分别由该加热回路流量控制器和该热冷却回路流率控制器提供的热流体的流率(flow rate)来控制该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度。
在一个实施例中，在对该热冷却回路执行该方法之前，对该热加热回路执行该方法，或反之亦然。因此，可以更容易地确定热能系统对于加热回路中或是冷却回路中的出口温度的每次变化/改变的总功率消耗的变化。
通常，除非本文另外明确定义，否则在权利要求中使用的所有术语应当根据它们在本技术领域中的普通含义来解释。除非另外明确声明，否则所有提及的“一个(a)/一个(an)/该[要素、设备、部件、装置、步骤等]”将被开放性地解释为是指所述要素、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确声明，否则在此披露的任何方法的步骤并非必须按所披露的确切顺序来执行。
附图说明
本发明的上述以及另外的目的、特征和优点将通过以下参考附图对本发明的优选实施例进行的说明性且非限制性的详细说明而更好地得到理解，在附图中相同的附图标记将用于相似的元件，在附图中：
图1披露了根据一个实施例的热能系统的示意图。
图2披露了根据一个实施例的热能系统的示意图。
图3披露了根据一个实施例的用于控制热能系统的中央控制器的示意性略图。
图4披露了根据一个实施例的用于控制包括中央控制器的热能系统的方法的流程图。
图5是根据一个实施例的用于控制包括中央控制器的热能系统的方法的流程图。
具体实施方式
现在下文将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以被实施为许多不同的形式并且不应被解释为限于在本文中阐述的这些实施例；而是，这些实施例被提供用于获得彻底性和完整性，并且向技术人员充分地传达本发明的范围。
图1示意性地展示了用于将热量从热能回路300分配到一个或多个热负荷600(比如建筑物的加热/冷却和/或自来水热水)的热能系统400。建筑物可以是适合于连接至热能回路300的比如居住建筑物、商业或办公建筑物、公寓建筑物、独立式房屋或工业建筑物等任何类型的建筑物。热能回路300可以是本领域中已知的区域加热网或区域冷却网。区域加热网(或区域冷却网)可以包括从热电厂(未示出)提供加热(或冷却)介质的供应导管以及将经冷却的加热介质(或经加热的冷却介质)输送到热电厂的回流导管。加热(或冷却)介质可以是适合于在热电厂加热(或冷却)并通过供应导管和回流导管输送的比如水等任何流体。热流体可以进一步包括比如乙二醇和/或生物乙醇等防冻成分，其可以使热流体的温度发生更大变化。加热(或冷却)介质在下文将被称为“热流体”。热电厂可以是地热发电厂、用于加热(或冷却)流体的电力发电厂、风能或太阳能发电厂，或者可以由比如气体或油等燃料的燃烧来驱动。热电厂被配置为对热流体进行加热(或冷却)并且将其泵送通过热能回路300。对于区域加热网，供应导管被认为是热导管302，并且回流导管被认为是冷导管304。对于区域冷却网，供应导管被认为是冷导管304，并且回流导管被认为是热导管302。
作为区域加热或区域冷却网的替代方案，热能回路300可以是如先前在例如由E.ON Sverige AB提交的WO 2017/076868中披露的组合式区域加热和冷却网。在这种情况下，热导管302和冷导管304不应被视为供应导管和回流导管，而是被视为如WO 2017/076868中披露的热导管和冷导管304。
因此，热能回路300包括热导管302和冷导管304，用于将热能分配到与其连接的热能系统400/在热能系统之间进行分配。
热能系统400被配置为通过多个热泵组件100和多个冷却机组件200从热能回路300的热流体中提取热量/将热量蓄积到该热能回路的热流体中。每个热泵组件100和/或每个冷却机组件200可以服务于一个建筑物或多个建筑物。特定建筑物可以包括一个热泵组件100/一个冷却机组件200。特定建筑物可以分别包括多于一个热泵组件100和多于一个冷却机200。
每个热负荷600可以以多种方式形成，例如经由水-水加热、水-空气加热等。此外，在热泵组件100中，热负荷600不仅可以由空间加热构成，而且还可以由例如提供自来水热水(tap hot water)构成。冷却机200可以被配置为满足由舒适冷却构成的热负荷600，以向比如服务器机房等办公设备提供冷却和/或用于冷却水，仅举几个示例。
热负荷600中的每一个都可以动态地改变，这自然地影响热泵组件100和冷却机组件200。例如，维持建筑物600的特定优选室内温度所需的来自热泵组件100或冷却机组件200的热输出可以随着天气的变化而迅速改变。不管热泵组件100和冷却机组件200分别处于何种条件下，都期望热能系统400作为一个整体尽可能高效地操作。即，对于给定的操作条件，热能系统的总电力消耗保持尽可能低。
图1中所示的热泵组件100和冷却机组件200分别连接至热能系统400中所包括的热加热回路102和热冷却回路202。热加热回路102经由与热导管302连接的热加热回路入口104和与冷导管304连接的热加热出口106连接至热能回路300。热加热回路入口104从热导管302抽取热流体，并且热加热回路出口106将热流体返回到冷导管304，该冷导管从热流体提取热量，由此返回温度较低的热流体。热冷却回路202经由与冷导管304连接的热冷却回路入口204和与热导管304连接的热冷却出口206连接至热能回路300。热冷却回路入口204从冷导管304抽取热流体，并且热冷却回路出口206将热流体返回到热导管304，热流体在该热导管中蓄积热量，由此返回温度较高的热流体。
在图1所示的实施例中，热加热回路102和热冷却回路202也彼此连接，使得热流体可以从热冷却回路出口206循环到热加热回路入口104并且从热加热回路出口106循环到热冷却回路入口204。即，热流体可以直接在热加热回路102与热冷却回路202之间循环。
热能系统400可以通过将热导管302与加热回路入口104和冷却回路出口206连接的热连接导管402以及通过将冷导管304与冷却回路入口204和加热回路出口106连接的冷连接导管404连接至热能回路300。再进一步地，热连接导管402和冷连接导管404可以分别设置有热流体入口控制阀406和热流体出口控制阀408。控制阀406、408被配置为控制流入/流出热能回路300的热流体的流量和/或压力。
为了建立和进一步控制热流体流过热加热回路102到达多个热泵组件100，提供了热加热回路流量控制器108。热加热回路流量控制器108优选地包括热加热回路循环泵108a，并且可以进一步包括第一热加热回路控制阀108b和可选的第二热加热回路控制阀108c。
在图1中进一步示出，每个热泵组件100包括热泵110。热泵110被配置为通过热加热回路102从由热能回路300分配的热流体中提取热量。虽然图1中仅示出了两个热泵组件100，但是应当理解，三个或更多个热泵组件100也可以连接至热加热回路102。
每个热泵110可以包括热量提取侧110a和热量释放侧110b。热量提取侧110a连接至相应的热泵回路112。热泵回路112进而经由热泵回路入口114在第一连接点118处以及经由热泵回路出口116在第二连接点120处连接至热加热回路102。每个热泵回路112与热加热回路102部分重叠，使得该重叠在第一连接点118与第二连接点120之间。
每个热泵回路112进一步包括热泵控制泵122，该热泵控制泵被配置为控制热流体从热泵回路入口114流过热泵110热量提取侧110a的流率。应当认识到，虽然图1中示出了仅一个热泵组件100设置有热泵控制泵122，但是每个热泵组件100都可以设置有热泵控制泵122。
为了建立和控制流过热冷却回路202的热流体的流动，提供了热冷却回路流量控制器208。热冷却回路流量控制器208优选地包括热冷却回路循环泵208a，并且其可以进一步包括第一热冷却回路控制阀208b和可选地第二热冷却回路控制阀208c。
在图1中进一步示出，每个冷却机组件200包括冷却机210。冷却机210被配置为通过热冷却回路202将热量蓄积到由热能回路300分配的热流体中。虽然图1中示出了三个冷却机组件200，但是应当理解，两个或更多个冷却机组件200可以连接至热冷却回路202。
每个冷却机210可以包括热量提取侧210a和热量释放侧210b。热量释放侧210b连接至相应的冷却机回路212。每个冷却机回路212进而经由冷却机回路入口214在第一连接点218处以及经由冷却机回路出口216在第二连接点220处连接至热冷却回路202。每个冷却机回路212与热冷却回路202部分重叠，使得该重叠在第一连接点218与第二连接点220之间。
冷却机回路212进一步包括冷却机控制泵222，该冷却机控制泵被配置为控制热流体从冷却机回路入口214流过冷却机210热量释放侧210a的流率。应当认识到，虽然图1中示出了仅一个冷却机组件200设置有冷却机控制泵222，但是每个冷却机组件200都可以设置有冷却机控制泵222。
可以提供热泵组件控制器124和冷却机组件控制器224以分别控制热泵组件100和冷却机组件200。例如，相应的控制器124、224可以被配置为控制每个热泵回路112和每个冷却机回路212上的相应控制泵122、222。相应的控制器124、224可以进一步连接至每个热泵110和每个冷却机210，用于对其进行控制并用于监测其性能，比如其功率消耗和/或热负荷600。在一个实施例中，热泵组件控制器124和/或冷却机组件控制器224可以形成为中央控制器500的一部分或功能和/或可以是连接至该中央控制器的单独单元。再进一步地，热泵组件控制器124和/或冷却机组件控制器224可以分别连接至热加热回路流量控制器108和热冷却回路流量控制器208。
在一个实施例中，如图1所示，加热回路出口温度传感器126和冷却回路出口温度传感器226分别设置在热加热回路出口106和热冷却回路出口206上。相应的温度传感器126、226被配置为检测其所附接的导管106、206中的热流体的温度。加热回路出口温度传感器126连接至热泵组件控制器124，并且冷却回路出口温度传感器226连接至冷却机组件控制器224。
通常，期望为每个热泵110和每个冷却机210实现尽可能高的性能系数(COP)。即，所提取的热量/所蓄积的热量与热泵110/冷却机210消耗的能量、电力之间的关系应该尽可能高。然而，整个热能系统400的效率不止是由每个热泵110和/或每个冷却机210的COP来确定。而且，必须考虑到热能系统400的所有其他耗能装置所需的电力。例如，热泵控制泵122、冷却机控制泵222、热加热回路控制器108和热冷却回路控制器208需要电力以便实现所需的流量，从而影响热能系统400的整体效率/COP。再进一步地，连接至热能系统400的每个热泵组件100和每个冷却机组件200彼此影响，并且因此期望找到一种方法来提高整个热能系统400的整体效率。
因此，所提供的中央控制器500被配置为响应于热能系统400的总电力消耗来控制热能系统400，更具体地，控制热加热回路流量控制器108和热冷却回路流量控制器208。中央控制器500被配置为分别改变热加热回路出口106和热冷却回路出口206中的热流体的温度，如可以由温度传感器126、226测量的。相应出口106、206中温度的改变是通过控制相应的加热回路流量控制器108/冷却回路流量控制器208来实现的，其分别改变加热回路102和冷却回路202中的热流体的流率。加热回路102和冷却回路202中的热流体的流率的变化对与其连接的热泵组件100和冷却机组件200产生影响。这些将适应新的流率，并且然后可以由中央控制器500确定热能系统400的电力消耗的变化。中央控制器500控制热能系统400的目的是减少其总电力消耗。
如所提及的，热能系统400的操作条件是动态的。即，热负荷600不断变化，这意味着热加热回路102和热冷却回路202中的一定流率并非总是使热能系统400具有相同效率，也并非总是使热流体具有相同的相应出口温度。因此，中央控制器500周期性地/连续地重复(iterate)热能系统400的控制以分别保持加热回路出口106和冷却回路出口206中的热流体温度，使得热能系统400的电力消耗针对任何操作条件/热负荷600都得以优化/减少。
如图1所示，中央控制器500可以直接或分别经由加热泵组件控制器124和组件控制器224连接至加热回路控制器108和冷却回路控制器208。中央控制器500还可以直接或分别经由加热泵组件控制器124和组件控制器224连接至每个热泵110和每个冷却机210。中央控制器500还可以直接或分别经由加热泵组件控制器124和组件控制器224连接至加热回路出口温度传感器126和冷却回路出口温度传感器226。中央控制器500可以按需要直接或间接地连接至热能系统400的每个部件。因此，中央控制器500可以收集指示热能系统400的总功率消耗的功率消耗数据。
图2示出了热能系统400的另一个实施例，其中热加热回路108和热冷却回路208彼此不直接连接。图2所示的实施例在其他方面与图1所示的实施例相同。热加热回路入口104连接至热能回路300的热导管302，并且热加热回路出口106连接至冷回路302。热冷却回路入口204连接至冷导管304，而热冷却回路出口106连接至热导管302。
再进一步地，加热回路入口104和冷却回路入口204可以设置有热流体入口控制阀406。加热回路出口106和冷却回路出口206可以设置有热流体出口控制阀408。控制阀406、408被配置为控制流入/流出热能回路300的热流体的流量和/或压力。
在图2所示的实施例中，热加热回路102和热冷却回路202可以彼此完全独立地控制，因为它们仅经由热能回路300彼此连接。
图3是所示中央控制器500的示意图。中央控制器500被配置为执行热能系统400的功能和操作的总体控制，并且因此包括可以与存储器508相关联的电路510。电路510可以包括控制电路502以及比如中央处理单元(CPU)、微控制器或微处理器等相关联的处理器504。处理器504被配置为执行存储在存储器508中的程序代码，以便执行中央控制器500的功能和操作。
存储器508可以是缓冲器、快闪存储器、硬盘驱动器、可移除介质、易失性存储器、非易失性存储器、随机存取存储器(RAM)或其他合适的装置中的一个或多个。在典型的布置中，存储器508可以包括用于长期数据存储的非易失性存储器以及用作中央控制器500的系统存储器的易失性存储器。存储器508可以通过数据总线与控制电路502交换数据。存储器508与控制电路502之间还可能存在伴随控制线和地址总线。
电路系统510还可以包括收发器506，该收发器连接至控制电路502，被配置为允许远程控制热能系统400的单元并且允许在这些单元之间进行通信。组件的单元可以是控制泵122、222、阀、热泵110、冷却机210、流量控制器108、208、温度传感器126、226等。通过其进行通信的通信路径可以是有线的或无线的。通信可以包括数据传输等。数据传输可以包括但不限于下载和/或上传数据以及接收或发送消息。数据可以由处理器504处理。处理可以包括将数据存储在存储器(例如电路510的存储器508)中、执行操作或功能等。对于相应组件的每个单元，通信可以是单独的。
中央控制器500的功能和操作可以以可执行逻辑例程(例如，代码行、软件程序等)的形式来体现，这些可执行逻辑例程存储在电路510的非暂时性计算机可读介质(例如，存储器508)上并且由控制电路502(例如，使用处理器504)执行。此外，中央控制器500的功能和操作可以是独立的软件应用程序，或者形成执行与中央控制器500相关的附加任务的软件应用程序的一部分。所描述的功能和操作可以被认为是相对应的装置被配置执行的方法。同样，虽然所描述的功能和操作可以在软件中实施，但是这种功能性也可以经由专用硬件或固件或者硬件、固件和/或软件的某种组合来执行。热泵控制器124和冷却机控制器224可以以与中央控制器500类似的方式形成。在一个实施例中，热泵控制器124和冷却机控制器224与中央控制器500是一体的，并且因此作为物理单元或作为功能包括在所述中央控制器500中，该中央控制器然后可以直接连接至每个热泵组件100的部件和每个冷却机组件200的部件。
中央控制器500被配置用于控制热能系统400中的功率消耗，该热能系统包括多个热泵组件100，每个热泵组件100连接至包括热导管302和冷导管304的热能回路300，经由热加热回路入口104连接至热导管302、并且经由热加热回路出口106连接至冷导管304。热泵组件还包括热加热回路流量控制器108，该热加热回路流量控制器被配置为控制热流体从热加热回路入口104流到热加热回路出口106。
热能系统400进一步包括多个冷却机组件200，每个冷却机组件200连接至热能回路300，经由热冷却回路入口204连接至冷导管304、并且经由热冷却回路出口206连接至热导管302，并且包括热冷却回路流量控制器208，该热冷却回路流量控制器被配置为控制热流体从热冷却回路入口204流到热冷却回路出口206。
中央控制器收发器506被配置为接收与多个热泵组件100和多个冷却组件200有关的功率消耗数据。功率消耗数据可以由来自热泵组件100和冷却机组件200中的每一个和/或来自热泵组件控制器124和冷却机组件控制器224中的每一个或其部件的信号形成。该功率消耗数据可以进一步是指示每个热泵110、每个冷却机210、每个热泵控制泵122、每个冷却机控制泵222、每个加热回路流量控制器108和每个冷却回路流量控制器208的电力消耗的信号。该功率消耗数据可以包括热能系统400的总电力消耗。
中央控制器500被配置为将加热回路控制信号传输到热加热回路流量控制器108，该加热回路控制信号指示热加热回路出口106中的加热回路出口温度。中央控制器500被进一步配置为将冷却回路控制信号传输到热冷却回路流量控制器208，该控制信号指示热冷却回路出口206中的冷却回路出口温度。
中央控制器电路510被配置为执行出口温度设置功能，该出口温度设置功能被配置为周期性地改变加热回路出口温度和冷却回路出口温度。通过控制热加热回路流量控制器108和热冷却回路流量控制器208来改变相应的热流体出口温度，由此分别改变热加热回路102和热冷却回路202中的热流体的流率。热加热回路102中的热流体的流率的降低将导致加热回路出口106中的热流体的温度降低，反之亦然。热冷却回路202中的热流体的流率的降低将导致冷却回路出口206中的热流体的温度升高，反之亦然。中央控制器500可以接收来自相应出口温度传感器126、226的反馈，用于分别实现热加热回路出口106中和热冷却回路出口206中的热流体的期望温度。
中央控制器500进一步包括由电路502实施和执行的分析功能，该分析功能被配置为基于功率消耗数据来确定多个热泵组件100和多个冷却机组件200的当前总功率消耗。出口温度设置功能被进一步配置为基于先前确定的总功率消耗与确定的当前总功率消耗之间的变化来升高或降低加热回路出口温度和冷却回路出口温度。
在一个实施例中，温度设置功能被配置为在预定时间内将加热回路出口温度和冷却回路出口温度设置为固定值。因此，热能系统400将有时间来稳定，其中每个热泵组件100和每个冷却机组件200找到新的均衡或平衡，其中每个热泵控制泵122、每个冷却机控制泵222、每个热泵110和每个冷却机210分别适应热加热回路102和热冷却回路202中的热流体的新流率。
当热能系统400已经适应新的条件时，可以更准确地确定新的总电力消耗。期间设置每个温度的时间可以由设置的时间(比如30至120秒)确定。该时间还可以通过在热加热回路出口106或热冷却回路出口206中的任一个中的热流体的温度变化之后总电力消耗何时稳定来确定。如所提及的，热加热回路出口106中的温度可以通过加热回路出口温度传感器126测量，并且如所提及的，热冷却回路出口206中的温度可以通过冷却回路出口温度传感器226测量。
在一个实施例中，加热回路出口温度被配置为设置在-8℃与50℃之间，并且冷却回路出口温度被配置为设置在-4℃与60℃之间。
参考图4，其中示出了用于控制热能系统400的功率消耗的方法1000的示意性流程图。该方法包括改变1002加热回路出口温度和冷却回路出口温度。通常，方法1000通过以下动作发起：改变1002热加热回路出口106和/或热冷却回路出口206中的热流体的温度，或者确定1004热能系统400的当前功率消耗、之后改变1002出口温度。此后可以确定1004热能系统400的当前总功率消耗与先前确定的总功率消耗之间的变化。在一个实施例中，方法1000包括在确定1004当前总功率消耗之前等待1006新的热能系统400平衡，如上所述。
在确定1004当前总功率消耗之前所需的时间可以由设置的预定时间来定义，优选地在30与120秒之间。也可以通过在已经设置了新的出口温度之后热能系统400的总功率消耗何时稳定来确定，由此可以确定1004当前总功率消耗作为稳定的总功率消耗。稳定的电力消耗可以被定义为在改变出口温度之后每时间单位电力消耗的变化程度已经达到足够低的电力消耗。
基于热能系统400的所确定的电力消耗的变化，热加热回路出口106和/或热冷却回路出口206中的温度然后升高1002a或降低1002b。
方法1000可以进一步包括：如果确定1004总电力消耗的变化相对于先前确定的总功率消耗减少，则在加热出口温度的先前改变1002是降低的情况下进一步降低1002b加热回路出口温度。在加热回路出口温度的先前改变是升高(其实现热能系统400的总功率消耗减少)的情况下，也可以进一步升高1002a加热回路出口温度。
如果确定1004总功率消耗的变化相对于先前确定的总功率消耗增加，则在加热回路出口温度的先前改变1002是降低的情况下可以升高1002a加热回路出口温度，并且在加热回路出口温度的先前改变1002是升高的情况下可以降低1002b加热回路出口温度。
此外，如果确定1004总功率消耗的变化相对于先前确定的总功率消耗减少，则在加热出口温度的先前改变1002是降低的情况下进一步降低1002b冷却回路出口温度。在冷却回路出口温度的先前改变是升高的情况下可以进一步升高1002a冷却回路出口温度。
如果确定1004总功率消耗的变化相对于先前确定的总功率消耗增加，则在冷却出口温度的先前改变1002是降低的情况下可以升高1002a冷却回路出口温度。最后，在冷却回路出口温度的先前改变1002是升高的情况下，可以降低1002a加热回路出口温度。
可以对加热回路102和冷却回路202独立地执行图4所示的方法，即，同时和/或彼此独立地控制加热回路出口106和冷却回路出口206中的热流体的温度以实现热能系统400的总电力消耗减少。
如所提及的，分别通过改变由加热回路流量控制器108和热冷却回路流率控制器208提供的热流体的流率来控制加热回路出口温度和冷却回路出口温度。加热回路出口温度传感器126和冷却回路出口温度传感器226可以分别向中央控制器500提供温度信息，以允许对热加热回路流量控制器108和热冷却回路流量控制器208进行反馈控制以实现期望的出口温度。方法1000可以进一步包括：当实现出口温度、而热加热回路出口106中的热流体温度的升高和降低两者都没有足够大地降低热能系统400的总电力消耗时，确定1004替代地处理并改变热冷却回路出口206中的温度。然后执行方法1000，改变热冷却回路出口206中的热流体温度直到实现出口温度，如果热冷却回路出口206中的热流体温度的升高和降低都没有足够大地降低热能系统400的总电力消耗，则之后可以重复方法1000。
在图5中示出了用于控制热能系统400的功率消耗的方法1000的又一实施例。图5所示的方法示出了如何可以首先对热加热回路102执行方法1000从而找到热加热回路出口106中的热流体温度，这为热加热回路102和所有热泵组件100提供了期望的减少的总电力消耗。方法1000随后在热冷却回路202上进行重复方法1000，由此实现热冷却回路出口206中的热流体的温度，这实现了热冷却回路102和所有冷却机组件200的期望的减少的总电力消耗。
然后可以针对热加热回路102等再次执行方法1000。
应理解，本发明不限于所示的实施例。因此，在本发明的范围内可以设想若干修改和变化，因此本发明的范围仅由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于控制热能系统中的功率消耗的中央控制器，该热能系统包括：多个热泵组件，每个热泵组件连接至包括热导管和冷导管的热能回路，经由热加热回路入口连接至该热导管、并且经由热加热回路出口连接至该冷导管，该热能系统进一步包括热加热回路流量控制器，该热加热回路流量控制器被配置为控制热流体从该热加热回路入口流到该热加热回路出口；以及多个冷却机组件，每个冷却机组件连接至该热能回路，经由热冷却回路入口连接至该冷导管、并且经由热冷却回路出口连接至该热导管，该热能系统进一步包括热冷却回路流量控制器，该热冷却回路流量控制器被配置为控制热流体从该热冷却回路入口流到该热冷却回路出口，
该中央控制器包括：
收发器，该收发器被配置为：
接收与该多个热泵组件和该多个冷却组件有关的功率消耗数据，
将加热回路控制信号传输到该热加热回路流量控制器，该加热回路控制信号指示每个热加热回路出口中的加热回路出口温度，
将冷却回路控制信号传输到这些热冷却回路流量控制器，该控制信号指示每个热冷却回路出口中的冷却回路出口温度；以及
电路，该电路被配置为执行：
出口温度设置功能，被配置为改变该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度，
分析功能，被配置为基于该功率消耗数据来确定该多个热泵组件和该多个冷却机组件的当前总功率消耗，
该出口温度设置功能被进一步配置为基于先前确定的总功率消耗与确定的当前总功率消耗之间的变化来升高或降低该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度。
2.根据权利要求1所述的中央控制器，其中，该出口温度设置功能被配置为在预定时间内将该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度设置为固定值。
3.根据权利要求1所述的中央控制器，其中，该加热回路出口温度被配置为设置在-8℃与50℃之间，并且该冷却回路出口温度被配置为设置在-4℃与60℃之间。
4.一种热能系统，包括：
热能回路，该热能回路包括热导管和冷导管，该热导管被配置为允许第一温度的热流体从其中流过，该冷导管被配置为允许第二温度的热流体从其中流过，该第二温度低于该第一温度；
多个热泵组件，每个热泵组件连接至热加热回路，该热加热回路包括与该热导管连接的热加热回路入口以及与该冷导管连接的热加热回路出口，该热加热回路被配置为将热流体从该热加热回路入口传递到该热加热回路出口，该热加热回路进一步包括热加热回路流量控制器，该热加热回路流量控制器被配置为控制该热流体从该热加热回路入口流到该热回路出口；
每个热泵组件包括：
热泵；以及
热泵回路，该热泵回路包括热泵回路入口、热泵回路出口以及热泵控制泵，该热泵回路入口在第一热泵连接点处连接至该热加热回路，该热泵回路出口在第二热泵连接点处连接至该热加热回路，该热泵控制泵被配置为控制热流体从该热泵回路入口通过该热泵在该热泵的热量提取侧流到该热泵回路出口；
其中，该热泵回路与该热加热回路部分重叠，其中，该重叠在该第一热泵连接点与该第二热泵连接点之间；
多个冷却机组件，每个冷却机组件连接至热冷却回路，该热冷却回路包括与该冷导管连接的热冷却回路入口以及与该热导管连接的热冷却回路出口，该热冷却回路被配置为将热流体从该热冷却回路入口传递到该热冷却回路出口，该热冷却回路进一步包括热冷却回路流量控制器，该热冷却回路流量控制器被配置为控制该热流体从该热冷却回路入口流到该热冷却回路出口；
每个冷却机组件包括：
冷却机；以及
冷却机回路，该冷却机回路包括冷却机回路入口、冷却机回路出口以及冷却机控制泵，该冷却机回路入口在第一冷却机连接点处连接至该热冷却回路，该冷却机回路出口在第二冷却机连接点处连接至该热冷却回路，该冷却机控制泵被配置为控制热流体从该冷却机回路入口通过该冷却机在该冷却机的发热侧处流到该冷却机回路出口，
其中，该冷却机回路与该热冷却回路部分重叠，其中，该重叠在该第一冷却机连接点与该第二冷却机连接点之间，
其中，该热能系统进一步包括根据权利要求1所述的中央控制器，该中央控制器被配置为控制该热能系统。
5.一种用于控制热能系统的功率消耗的方法，该热能系统包括热导管和冷导管，该热导管被配置为允许第一温度的热流体从其中流过，该冷导管被配置为允许第二温度的热流体从其中流过，该第二温度低于该第一温度；
多个热泵组件，每个热泵组件连接至：
热加热回路，该热加热回路包括与热导管连接的热加热回路入口以及与冷导管连接的热加热回路出口，该热加热回路被配置为将热流体从该热加热回路入口传递到该热加热回路出口，该热加热回路进一步包括热加热回路流量控制器，该热加热回路流量控制器被配置为控制热流体从该热加热回路入口流到该热回路出口；
每个热泵组件包括：
热泵；以及
热泵回路，该热泵回路包括热泵回路入口、热泵回路出口以及热泵控制泵，该热泵回路入口在第一热泵连接点处连接至该热加热回路，该热泵回路出口在第二热泵连接点处连接至该热加热回路，该热泵控制泵被配置为控制热流体从该热泵回路入口通过该热泵在该热泵的热量提取侧流到该热泵回路出口；
其中，该热泵回路与该热加热回路部分重叠，其中，该重叠在该第一热泵连接点与该第二热泵连接点之间；
多个冷却机组件，每个冷却机组件连接至：
热冷却回路，该热冷却回路包括与冷导管连接的热冷却回路入口以及与热导管连接的热冷却回路出口，该热冷却回路被配置为将热流体从热冷却回路入口传递到热冷却回路出口，该热冷却回路进一步包括热冷却回路流量控制器，该热冷却回路流量控制器被配置为控制热流体从热冷却回路入口流到热冷却回路出口；
每个冷却机组件包括：
冷却机；以及
冷却机回路，该冷却机回路包括冷却机回路入口、冷却机回路出口以及冷却机控制泵，该冷却机回路入口在第一冷却机连接点处连接至该热冷却回路，该冷却机回路出口在第二冷却机连接点处连接至该热冷却回路，该冷却机控制泵被配置为控制热流体从该冷却机回路入口通过该冷却机在该冷却机的发热侧处流到该冷却机回路出口，
其中，该冷却机回路与该热冷却回路部分重叠，其中，该重叠在该第一冷却机连接点与该第二冷却机连接点之间，其中，该热能系统进一步包括
根据权利要求1所述的控制器，该方法包括：
改变该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度；
基于与该多个热泵组件和该多个冷却组件有关的功率消耗数据来确定当前总功率消耗与先前确定的总功率消耗之间的变化；以及
基于该变化升高或降低该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，如果确定该总功率消耗变化相对于该先前确定的总功率消耗减少，则在该加热出口温度的先前改变是降低的情况下进一步降低该加热回路出口温度，并且其中，在该加热回路出口温度的先前改变是升高的情况下进一步升高该加热回路出口温度；并且其中，如果确定该总功率消耗变化相对于该先前确定的总功率消耗增加，则在该加热回路出口温度的先前改变是降低的情况下升高该加热回路出口温度，并且其中，在该加热回路出口温度的先前改变是增加的情况下降低该加热回路出口温度。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，如果确定该总功率消耗变化相对于该先前确定的总功率消耗减少，则在该加热出口温度的先前改变是降低的情况下进一步降低该冷却回路出口温度，并且其中，在该冷却回路出口温度的先前改变是升高的情况下进一步升高该冷却回路出口温度；并且其中，如果确定该总功率消耗变化相对于该先前确定的总功率消耗增加，则在该冷却回路出口温度的先前改变是降低的情况下升高该冷却回路出口温度，并且其中，在该冷却回路出口温度的先前改变是升高的情况下降低该加热回路出口温度。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，每个热泵组件的该加热回路出口温度和每个冷却机组件的该冷却回路出口温度都是彼此独立地被控制。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，通过改变分别由该热加热回路流量控制器和该热冷却回路流率控制器提供的热流体的流率来控制该加热回路出口温度和该冷却回路出口温度。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，在对该热冷却回路执行该方法之前，对该热加热回路执行该方法，或反之亦然。
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