用于操作热泵系统的方法和热泵系统技术方案

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。

【技术实现步骤摘要】
用于操作热泵系统的方法和热泵系统
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。在该实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作热泵系统的方法，/n所述热泵系统包括：/n热泵；/n至少一个加热元件；/n储热元件；/n控制元件；和/n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，/n其中，所述控制元件确定所述热泵的当前性能，/n将当前性能与存储性能进行比较，并且/n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。/n

【技术特征摘要】
20190329 EP 19166205.51.一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。


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和2中的任一项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，则所述控制元件将当前性能存储为新的存储性能。


4.根据权利要求1至3中的任一项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，并且其中，存储性能优选地是所述热泵能够实现的最大COP。


5.根据权利要求1至4中的任一项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1至5中的任一项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：



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(11)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...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·吴，M·萨尔瓦多，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP