一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提出了一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法，包括：高效预热水箱、恒温供热水箱、加热装置、控制中枢模块、生活热水供水系统，所述加热装置用于给所述高效预热水、恒温供热水箱进行加热；所述控制中枢模块用于检测所述热水箱中的参数，包括水温检测装置和水位检测装置，并通过综合能效优值控制的逻辑算法，控制整个系统的运行；所述生活热水供水系统与所述热水箱通过管道连通。加热装置分为预热空气源热泵和恒温空气源热泵二组，预热空气源热泵对高效预热水箱进行加热，恒温空气源热泵对恒温供热水箱进行水温恒定加热。实现了恒温空气源热泵的节能省电运行。

【技术实现步骤摘要】
一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法
本专利技术涉及供热设备领域，特别是指一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法。
技术介绍
热泵分为直热式和循环式二种，但无论直热式热泵还是循环式热泵，在开式和闭式热水系统中，都存在一个难以解决的缺陷，即热泵会在50～55℃水温较高的工况下长期工作，而在此水温环境下工作的热泵，热泵的能效比COP值较低，因此热泵在产生相同功率的热量时，需消耗更多的电能，长久累积，使运行费用居高不下，难以达到使用热泵节省能耗的目的，而且热泵在进出水温较高下长期工作时，压缩机长期处于高温高压状态下高负荷工作，会大大增加压缩机的故障率，缩短压缩机的寿命，压缩机是热泵机组的心脏，压缩机故障，整个加热装置也将报废。本专利技术专利“一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法”能较好地解决此问题，使生活热水系统中的热泵加热装置大部份能处于理想的水温环境下，长期在能效比COP值最高范围内工作，产生相同制热量时消耗最少的电能，从而达到更节省能耗和运行费用，并且能有效保护热泵的压缩机，降低热泵压缩机的故障率，延长设备使用寿命。
技术实现思路
本专利技术提出一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法，解决了现有技术中能源浪费以及设备故障率高、寿命短的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法，包括：高效预热水箱、恒温供热水箱、预热空气源热泵机组、恒温空气源热泵机组、控制中枢模块、预热循环泵、恒温循环泵、热水循环泵及其相关管道、阀门、温度和水位传感器等。所述高效预热水箱用于储存较低温度、适合热泵加热，使热泵能在最高能效比COP值范围下工作的热水容器；所述恒温供热水箱用于储存满足生活热水使用水温的热水容器；所述预热空气源热泵机组、恒温空气源热泵机组用于给所述热水箱进行加热。进一步，所述节能省电还包括控制中枢模块，所述高效预热水箱和恒温供热水箱、所述预热空气源热泵和恒温空气源热泵和所述预热循环泵、恒温循环泵、热水循环泵均通过通讯线路，与所述控制中枢连接。进一步，所述控制方法为全年综合性能系数(APF)最优值控制的逻辑算法；逻辑算法是指：在一定时间跨度内(通常指1年)，在不断变化的外界条件下，评估空气源热泵热水系统基于一定时间跨度(1年)的综合性能，即在1年时间内热泵热水系统工作获得的热量与热泵热水系统全年的耗电量的比值。空气源热泵热水系统的全年综合性能系数(APF)可表达为：式中，∫Q(τ)dτ为热泵供热系统全年运行的总制热量(kJ)；∫W(τ)dτ为热泵供热系统全年运行消耗的总电量(kW·h)。根据温度区间(BIN)的划分，上式可表达为：式中，Q1,j为热泵机组运行在第j个BIN区间每天的总制热量，该部分热量包含热泵的制热量QHP,j和热泵加热温度不能达到设定温度(如：60℃)是需要用到电加热补充的热量Q1,Elec,j(kJ/d)；Q2,j为热泵机组在第j个BIN区间热泵不能够工作，完全靠电加热进行加热所得到的热量(kJ/d)；NDHP,j为在第j个BIN区间热泵独立工作，或者由于热泵不能够加热到设定温度(如：60℃)需要用电加热补充的天数(d)；NDElec,j为在第j个BIN区间由于受到环境温度下限的限制，热泵不能够工作，仅靠电加热器单独工作的天数(d)；W1,j为热泵(或者电加热)在第j个BIN区间每天消耗的电量(kW·h/d)；W2,j为电加热器在第j个BIN区间每天消耗的电量(kW·h/d)。进一步，所述控制方法内容包含：通过水位传感器实时监测热水箱内的水位，根据实测水位和控制中枢模块内设定的水位值进行比较，对热水箱进行补水；通过温度传感器实时监测各点的水温，根据实测水温和控制中枢模块内设定的水温进行比较，对热泵、生活热水回水循环系统进行控制；通过测室外温度，得出热泵热水系统运行在哪个温度区间(BIN)，进而设定热泵热水系统在对应温度区间(BIN)的性能系数最优值；进一步，高效预热水箱与补冷水管网连接，且与高效预热水箱连接；进一步，恒温供热水箱与高效预热水箱连接，且与恒温供热水箱连接；进一步，供热水管网及热水回水管网与恒温供热水箱连接；进一步，所述的控制中枢模块具有通讯端口，通过通讯线连接建筑物的楼宇自控系统，实现远程实时监控。根据上述连接关系，高效预热水箱，即热泵或其它类型的所述加热设备将所述高效预热水箱内冷水加热至45℃即停止，因热泵加热装置在加热水温为40～45℃时它的能效比COP值最高。特别在冬季，环境气温较低时，恒温空气源热泵机组需要将热水箱水温维持在55～60℃时，会非常吃力，能效比COP值很低，因此导致耗电多，能耗量大，运行费用高，而采用本专利技术提出的一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法，让高效预热水箱热泵将所述高效预热水箱内冷水加热至45℃后即停止，将45℃热水储存在高效预热水箱中备用，在所述恒温供热水箱供应热水时，高效预热水箱再将45℃热水补充至恒温供热水箱，此时，高效预热水箱会补入冷水，待高效预热水箱水温下降至40℃时，再启动与高效预热水箱连接的高效预热水箱热泵加热，让高效预热水箱热泵始终保持在能效比COP值最高的高效段范围40～45℃内工作，则整个系统的恒温空气源热泵机组年平均能效比COP值会得到显著提高。据实验结果证明，常用的热水系统，恒温空气源热泵机组将热水箱水温维持在55～60℃，长期在COP值较低条件下工作，年平均能效比COP值约为3.5，采用本专利技术一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法，整个系统的恒温空气源热泵机组的年平均能效比COP值可以提高至4.5甚至更高。假如一个常用的热水系统平均日耗电2000度，年耗电730000度，采用本专利技术一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法的系统，平均日耗电只约需1555.6度，年耗电只需567778度，年节省用电162222度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种生活热水与空调供暖合用热泵供热系统的结构和连接关系示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图所示，一种生活热水与空调供暖合用热泵供热系统及其控制方法，一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法，包括：高效预热水箱1、恒温供热水箱2、预热空气源热泵机组3、恒温空气源热泵机组4、控制中枢模块5、预热循环泵6、恒温循环泵7、热水循环泵8及其相关管道、阀门、温度和水位传感器等。所述高效预热水箱1用于储存较低温度、适合热泵加热，使热泵能在最高能效比COP值范围下工作的热水容器；所述恒温供热水箱2用于储存满足生活热水使用水温的热水容器；所述预热空气源热泵机组3、恒温空气源热泵机组4用于给所述热水箱进行加热。进一步，所述节能省电还包括控制中枢模块5，所述高效预热水箱1和恒温供热水箱2、所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法，包括：高效预热水箱、恒温供热水箱、预热空气源热泵、恒温空气源热泵、控制中枢模块、预热循环泵、恒温循环泵、热水循环泵及其相关管道、阀门、温度和水位传感器等。

【技术特征摘要】
1.一种节能省电的热泵供热系统及其控制方法，包括：高效预热水箱、恒温供热水箱、预热空气源热泵、恒温空气源热泵、控制中枢模块、预热循环泵、恒温循环泵、热水循环泵及其相关管道、阀门、温度和水位传感器等。2.如权利要求1中所述节能省电的热泵供热系统，其特征在于：包括高效预热水箱和恒温供热水箱，用于储存生活热水。3.如权利要求1中所述节能省电的热泵供热系统，其特征在于：还包括预热空气源热泵和恒温空气源热泵，用于对生活热水进行加热。4.如权利要求1中所述节能省电的热泵供热系统，其特征在于：还包括预热循环泵、恒温循环泵、热水循环泵，为驱动生活热水流动和循环。5.如权利要求1中所述节能省电的热泵供热系统，其特征在于：还包括控制中枢，所述高效预热水箱和恒温供热水箱、所述预热空气源热泵和恒温空气源热泵和所述预热循环泵、恒温循环泵、热水循环泵均通过通讯线路，与所述控制中枢连接。6.如权利要求1中所述一种节能省电的热泵供热系统的控制方法，其内...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄桂通，陈松友，
申请(专利权)人：广州宝能环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44