一種供熱系統及其控制方法與流程

2023-05-01 04:47:54

本發明涉及供熱節能領域，特別涉及一種供熱系統及其控制方法。

背景技術：

隨著汙染較大的散燒煤方式被越來越多的禁止，如何解決分散的小規模供熱成為供熱領域的一個重要問題。替代方案中，電採暖因電能容易獲得而受到廣泛關注和推廣。

現有技術中電採暖的主要方式包括電熱鍋爐和空氣源熱泵，但存在如下問題：電熱鍋爐單純實現了由電向熱的轉化，電熱轉化比例僅為1:1，能效較低；空氣源熱泵利用電能驅動，從空氣中取熱，電熱轉化比例可達1:2甚至1:3，具有較高的能效，但是能效與需求不協調。舉例來說，初末寒期空氣溫度高，能效高，但是需要的熱量少；嚴寒期空氣溫度低，機組能效低，但是需要的熱量多，可能達不到需求。此外，空氣源熱泵還面臨著換熱管結霜，需要耗熱除霜的問題，進一步增加了能耗。因此，在嚴寒期空氣源熱泵的平均能耗也很低，大幅度增加了電耗。與此同時，冬季的太陽能雖然強度不高，但是對於分散供熱來說也是比較好的熱源，這部分熱量在電採暖中沒有得到有效的利用。

因此，一種可以充分利用太陽能、空氣能，系統流程簡單，並且可以在冬季連續穩定、高效運行的供熱系統以及控制方法亟待研發，在合適的工況採用合適的運行方法，使整個採暖季的電耗最小。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種供熱系統及其控制方法，能夠充分利用太陽能和空氣能進行供熱，同時在極端不利的條件下可以實現電輔熱供熱的模式，使系統的綜合能效達到最高，整個採暖季可以連續穩定的運行。

為解決上述問題，本發明的第一方面提供了一種供熱系統，包括空氣源熱泵，其通過製冷劑管道與空冷蒸發器連通，用於吸收流經空冷蒸發器的空氣中的熱能，並將吸收的熱能輸送至供熱管道；

空冷蒸發器，其設置有兩個通風口，第一通風口通過第一三通閥與外界空氣連通，第二通風口通過第二三通閥與外界空氣連通；

太陽能集熱器，其設置有兩個通風口，第一通風口通過第三三通閥與外界空氣連通，第二通風口分兩路，一路與所述空冷蒸發器的第二通風口連通，另一路通過第二三通閥與外界空氣連通；

所述第一三通閥與所述第三三通閥通過旁通管道連通。當外部太陽能充足時，空氣源熱泵吸收溫度較高的太陽能集熱器的熱能進行供熱，通過旁通管道形成空氣內部循環，進入太陽能供熱模式，提高能耗降低電耗。

進一步，所述供熱系統還包括電加熱器，其設置在所述空冷蒸發器的第二通風口與所述太陽能集熱器的第二通風口之間。當所述供熱系統有結霜風險時，啟動電加熱器，可進入電輔熱供熱模式，防止結霜，保證機組的正常運行。

進一步，所述供熱系統還包括循環風機，其設置在所述空冷蒸發器的第一通風口或第二通風口處。

進一步，所述空冷蒸發器還包括盤管，所述盤管連通所述空氣源熱泵。

進一步，所述第一三通閥和/或第二三通閥和/或第三三通閥為三通擋板閥，用於根據實際工況，調節所述供熱系統，進入不同的供熱模式。

進一步，所述供熱系統還包括：

第一溫度傳感器，其設置在所述空氣源熱泵的外部，用於檢測室外的空氣溫度t1；

第二溫度傳感器，其設置在所述空冷蒸發器的第一通風口處，用於檢測經過所述第一通風口的空氣溫度t2；

第三溫度傳感器，其設置在所述太陽能集熱器的第二通風口處，用於檢測經過所述第二通風口的空氣溫度t3。

進一步，所述供熱系統還包括控制裝置，所述控制裝置用於採集所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器所檢測的溫度數據，並根據所述溫度數據匹配到對應的預設控制策略，並根據所述預設控制策略控制所述第一三通閥、第二三通閥和第三三通閥。

根據本發明的另一個方面，提供一種供熱系統的控制方法，用於控制上述所述的供熱系統，其特徵在於，包括以下步驟：

採集第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器所分別檢測的溫度值t1、t2、t3；

根據預設比較策略對所述溫度值t1、t2、t3進行比較，得到比較結果；

根據比較結果，匹配到與所述比較結果相對應的預設控制策略；

根據所述預設控制策略輸出控制參數，以控制所述第一三通閥、第二三通閥和第三三通閥，實現不同的供熱模式。

進一步，所述預設比較策略包括：

比較策略一，將所述溫度值t2與所述溫度值t1進行比較；

比較策略二，將所述溫度值t3與所述溫度值t1進行比較；

比較策略三，將所述溫度值t2與預設溫度值t0進行比較。

進一步，所述預設控制策略包括：

控制策略一，控制所述第一三通閥和第三三通閥，使所述空冷蒸發器的第一通風口與外界空氣連通的通道關閉，所述太陽能集熱器的第一通風口與外界空氣連通的通道關閉，且所述空冷蒸發器的第一通風口與太陽能集熱器的第一通風口通過所述旁通管道連通；控制所述第二三通閥，使所述太陽能集熱器的第二通風口與外界空氣連通的通道關閉；所述供熱系統切換至空氣內部循環流程，進入太陽能供熱模式；

控制策略二，控制所述第一三通閥，使所述空冷蒸發器的第一通風口與外界空氣連通的通道打開；控制所述第二三通閥和第三三通閥，使所述太陽能集熱器的第一通風口與外界空氣連通的通道打開，第二通風口與外界空氣連通的通道關閉；所述供熱系統切換至外部空氣利用太陽能加熱流程，進入空氣能+太陽能供熱模式；

控制策略三，控制所述第一三通閥，使所述空冷蒸發器的第一通風口與外界空氣連通的通道打開；控制所述第二三通閥和第三三通閥，使所述太陽能集熱器的第一通風口與外界空氣連通的通道關閉，第二通風口與外界空氣連通的通道打開；所述供熱系統切換至外部空氣直接加熱流程，進入空氣能供熱模式；

控制策略四，在控制策略一至控制策略三的基礎上啟動電加熱器，所述供熱系統分別進入電輔熱供熱、太陽能+電輔熱供熱、空氣能+電輔熱供熱、空氣能+太陽能+電輔熱供熱模式。

本發明的上述技術方案具有如下有益的技術效果：

本發明提供的供熱系統及其控制方法，採用第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器檢測溫度，通過第一三通閥、第二三通閥、第三三通閥對供熱系統進行調節。當外部太陽能充足時，空氣源熱泵吸收溫度較高的太陽能集熱器的熱能進行供熱，提高能耗降低電耗；當外部太陽能不足時，空氣源熱泵吸收太陽能和低品位的空氣能供熱，能效較高；當沒有太陽能時，空氣源熱泵吸收空氣能供熱，能效與空氣源熱泵相同；當空氣能不足時，空氣源熱泵吸收空氣能和電加熱熱能供熱，能效介於空氣源熱泵和電熱鍋爐之間；當空氣溫度極低無法利用時，空氣源熱泵吸收電加熱熱能，能效等同電熱鍋爐；當外界空氣溼度較高、有結霜風險時，均啟動電加熱器，防止結霜，保證機組的正常運行。因此本發明的各個運行工況，與相同工況下的空氣源熱泵相比，都能達到較高的能效，大幅度降低電耗，且能避免空氣源熱泵結霜除霜的不連續運行的問題，具有很強的實用性和廣泛的適用性。

附圖說明

圖1是本發明實施例一提供的供熱系統示意圖；

圖2是本發明實施例二提供的空氣內部循環示意圖；

圖3是本發明實施例二提供的外部空氣利用太陽能加熱或利用太陽能和電加熱器加熱示意圖；

圖4是本發明實施例二提供的外部空氣直接加熱或外部空氣利用電加熱器加熱示意圖。

附圖標記：

1、空氣出口，2、第一三通閥，3、第一溫度傳感器，4、第二溫度傳感器，5、空冷蒸發器，6、循環風機，7、空氣源熱泵，8、電加熱器，9、常規空氣入口，10、第二三通閥，11、第三溫度傳感器，12、太陽能集熱器，13、第三三通閥，14、太陽能空氣入口，15、旁通管道。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而並非要限制本發明的範圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。

為了使得公眾能夠更好的理解本發明，以下實施例中，預設溫度是指結霜溫度或熱泵運行極限溫度，溫度值用t0表示；第一溫度傳感器3檢測的是室外溫度，溫度值用t1表示；第二溫度傳感器4檢測的是空冷蒸發器5的第一通風口即空冷蒸發器5的空氣出口溫度，溫度值用t2表示；第三溫度傳感器11檢測的是太陽能集熱器12的第二通風口即太陽能集熱器12的空氣出口溫度，溫度值用t3表示。

實施例一

本發明實施例一提供一種供熱系統。

請參照圖1，圖1為本發明提供的供熱系統示意圖。該供熱系統包括：空氣源熱泵7、空冷蒸發器5、太陽能集熱器12。

其中，空氣源熱泵7通過製冷劑管道與空冷蒸發器5內的盤管連通。空氣源熱泵7用於吸收流經空冷蒸發器5的空氣中的熱能，並將吸收的熱能輸送至供熱管道。

空冷蒸發器5設置有兩個通風口，第一通風口通過第一三通閥2與外界空氣連通，第二通風口通過第二三通閥10與外界空氣連通；空冷蒸發器5的第一通風口或第二通風口處還設置循環風機6。

太陽能集熱器12設置有兩個通風口，第一通風口通過第三三通閥13與外界空氣連通，第二通風口分兩路，一路與第二通風口連通，另一路通過第二三通閥10與外界空氣連通。

第一三通閥2與第三三通閥13通過旁通管道15連通。當外部太陽能充足時，空氣源熱泵7吸收溫度較高的太陽能集熱器12的熱能進行供熱，通過旁通管道15形成空氣內部循環，進入太陽能供熱模式，提高能耗降低電耗。

空冷蒸發器5的第二通風口與太陽能集熱器12的第二通風口之間還設置電加熱器8，當供熱系統有結霜風險時，啟動電加熱器8，可進入電輔熱供熱模式，防止結霜，保證機組的正常運行。

在本實施例中，供熱系統還包括：

設置在空氣源熱泵7外部的第一溫度傳感器3，用於檢測室外空氣溫度，溫度值用t1表示；

設置在空冷蒸發器5的第一通風口處的第二溫度傳感器4，用於檢測經過空冷蒸發器5的第一通風口即空冷蒸發器5的空氣出口的空氣溫度，溫度值用t2表示；

設置在太陽能集熱器12的第二通風口處的第三溫度傳感器11，用於檢測經過太陽能集熱器12的第二通風口即太陽能集熱器12的空氣出口的空氣溫度，溫度值用t3表示。

在本實施例中，供熱系統還包括控制裝置，用於採集第一溫度傳感器3、第二溫度傳感器4和第三溫度傳感器11所檢測的溫度數據，並根據溫度數據匹配到對應的預設控制策略，並根據預設控制策略控制第一三通閥2、第二三通閥10和第三三通閥13。

實施例二

本發明實施例二提供一種供熱系統的控制方法。用於控制上述實施例一的供熱系統，包括以下步驟：

s1，採集第一溫度傳感器3、第二溫度傳感器4和第三溫度傳感器11所分別檢測的溫度值t1、t2、t3；

s2，根據預設比較策略對溫度值t0、t1、t2、t3進行比較，得到比較結果；

s3，根據比較結果，匹配到與比較結果相對應的預設控制策略；

s4，根據預設控制策略輸出控制參數，以控制第一三通閥2、第二三通閥10和第三三通閥13，實現不同的供熱模式。

在本實施例中，步驟s2中所述的預設比較策略包括：

比較策略一，將溫度值t2與溫度值t1進行比較；

比較策略二，將溫度值t3與溫度值t1進行比較；

比較策略三，將溫度值t2與預設溫度值t0進行比較。

在本實施例中，步驟s3中所述的預設控制策略包括：

控制策略一，控制第一三通閥2和第三三通閥13，使空冷蒸發器5的第一通風口與外界空氣連通的通道關閉，太陽能集熱器12的第一通風口與外界空氣連通的通道關閉，且空冷蒸發器5的第一通風口與太陽能集熱器12的第一通風口通過旁通管道15連通；控制第二三通閥10，使太陽能集熱器12的第二通風口與外界空氣連通的通道關閉；供熱系統切換至空氣內部循環流程，進入太陽能供熱模式，請參照圖2；

控制策略二，控制第一三通閥2，使空冷蒸發器5的第一通風口與外界空氣連通的通道打開；控制第二三通閥10和第三三通閥13，使太陽能集熱器12的第一通風口與外界空氣連通的通道打開，第二通風口與外界空氣連通的通道關閉；供熱系統切換至外部空氣利用太陽能加熱流程，進入空氣能+太陽能供熱模式，請參照圖3；

控制策略三，控制第一三通閥2，使空冷蒸發器5的第一通風口與外界空氣連通的通道打開；控制第二三通閥10和第三三通閥13，使太陽能集熱器12的第一通風口與外界空氣連通的通道關閉，第二通風口與外界空氣連通的通道打開；供熱系統切換至外部空氣直接加熱流程，進入空氣能供熱模式，請參照圖4；

控制策略四，在控制策略一至控制策略三的基礎上啟動電加熱器8，供熱系統分別進入電輔熱供熱、太陽能+電輔熱供熱、空氣能+電輔熱供熱、空氣能+太陽能+電輔熱供熱模式。

在本實施例中，步驟s3中所述的根據比較結果，匹配到與比較結果相對應的預設控制策略，包括：

當比較結果為t2>t1時，即空冷蒸發器5的空氣出口的空氣溫度t2高於室外溫度t1時，匹配到控制策略一；此時，供熱系統切換至空氣內部循環流程，進入太陽能供熱模式，請參照圖2。在此模式中，電加熱器8處於不工作狀態，空氣在系統內部循環，經過太陽能集熱器12加熱後，進入空冷蒸發器5放熱，由空氣源熱泵7回收熱能後進行供熱。

當比較結果為t3>t1>t2時，即太陽能集熱器12的空氣出口的空氣溫度t3高於室外溫度t1，但空冷蒸發器5的空氣出口的空氣溫度t2低於室外溫度t1時，匹配到控制策略二；此時，供熱系統切換至外部空氣利用太陽能加熱流程，進入空氣能+太陽能供熱模式，請參照圖3。在此模式中，電加熱器8處於不工作狀態，外部空氣由太陽能空氣入口14進入系統，經過太陽能集熱器12加熱後，進入空冷蒸發器5放熱，由空氣源熱泵7回收熱能後進行供熱，放熱後的空氣通過空氣出口1排出系統。

當比較結果為t3＝t1，且t2>t0時，即太陽能集熱器12的空氣出口的空氣溫度t3與室外溫度t1相同，且空冷蒸發器5的空氣出口的空氣溫度t2高於預設溫度t0時，匹配到控制策略三；此時，供熱系統切換至外部空氣直接加熱流程，進入空氣能供熱模式，請參照圖4。在此模式中，電加熱器8處於不工作狀態，外部空氣由常規空氣入口9進入系統，由空氣源熱泵7回收熱能後進行供熱，放熱後的空氣通過空氣出口1排出系統。

當比較結果為t2t0，即保證空冷蒸發器5的空氣出口的空氣溫度t2高於預設溫度t0，也就是保證空冷蒸發器5的空氣出口的空氣溫度t2高於結霜溫度或熱泵運行極限溫度。

在上述所有實施例中，第一三通閥2、第二三通閥10和第三三通閥13包括但不限於三通擋板閥，用於根據實際工況，調節供熱系統進入不同的供熱模式。

上述所有實施例適用於控制裝置為自動控制或手動控制的情形。

本發明旨在保護一種供熱系統及其控制方法，該供熱系統可根據不同的工況進行控制，有太陽能時充分利用太陽能，太陽能不足的情況下用空氣能進行補充，當有結霜風險或達到熱泵回收極限時通過電輔熱補充，從而使設備可以在整個採暖季都能正常運行，且達到最佳運行效率，降低系統電耗。

應當理解的是，本發明的上述具體實施方式僅僅用於示例性說明或解釋本發明的原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求範圍和邊界、或者這種範圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。