一种节能高效的燃气中央热水优化系统的制作方法

本发明涉及中央热水系统领域，特别是一种节能高效的燃气中央热水优化系统。

背景技术：

中央热水系统其实就是打开龙头就有热水，花洒就出热水。为生活提供便利。目前一般只是在酒店、洗浴场所、会所等地使用。随着生活水平的提高，目前家庭和一些中小宾馆也在逐步采用。随时的热水让您舒畅的生活，洗手洗菜都是热水更别说洗浴了。中央热水系统主要由热源、换热、蓄热和循环系统构成。参考图1，例如一种常见的中央热水系统(简称为原系统)，包括冷水管、加热循环管、补冷水电动阀、热水保温水箱、热水器循环泵、燃气机组、plc控制器、加热循环管、热水加压泵、回水管和回水电磁阀。这种中央热水系统具有以下缺陷：

(1)燃气机组不能全功率输出：燃气机组有其特性——即进水与出水的温差较大如△温差≥25℃时，燃气机组可以100％的全力输出；而进水与出水的温差较小如△温差仅≥5℃时，燃气机组仅有20％左右的功率输出：即进水与出水的温差越大，燃气机组的输出功率也就越大，热效率也就越高；反之，则进水与出水的温差越小，燃气机组的输出功率也就越低，热效率也就越低。一般情况下，热水保温水箱由于恒温的设置即水温为50℃-55℃，而燃气机组的出水温度一般为55℃左右，因此导致燃气机组的功率闲置明显、造成浪费和沉冗。

(2)热水保温水箱水温波动较大：当用水终端大量用热水，热水保温水箱的水位会迅速降低，当水位低于设定水位时，plc控制器会自动开启补冷水电动阀补充大量的冷水到热水保温水箱。在天气状况较差时，热水保温水箱的水温会迅速下降，虽然此时由于进出水的温差加大燃气机组的输出功率略有提高，但由于天气状况较差如环境温度低、冷水温度低、系统的热量损失大等，其加热能力不能完全满足其瞬间的温降，有可能导致热水保温水箱内的水温会快速降低于50℃甚至更低，从而较大的影响系统供热水温度的稳定性和用水终端用户的使用体验。

(2)系统加热热水器循环泵大量耗能：市政自来水先自流入热水保温水箱，在燃气机组对热水保温水箱加热时，需要启动热水器循环泵，即中央热水系统只要加热就要启动热水器循环泵，这样不仅会消耗电能且热水器循环泵长期运行存在故障隐患、需要经常维护。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种燃气机组能够全功率输出、水温波动较小且节约热水器循环泵耗能的节能高效的燃气中央热水优化系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种节能高效的燃气中央热水优化系统，包括冷水主管、一次加热循环管、二次加热循环管、补冷水电动阀、热水保温水箱、热水器循环泵、燃气机组、plc控制器、水位传感器和温度传感器；所述燃气机组分为一次加热燃气机组和二次加热燃气机组；所述补冷水电动阀一端通过所述冷水主管接入市政供水管网，另一端通过所述一次加热循环管依次与所述一次加热燃气机组和热水保温水箱相连通；所述热水保温水箱的出水端通过所述二次加热循环管依次与所述热水器循环泵和二次加热燃气机组相连通形成闭合回路；所述水位传感器和温度传感器安装在所述热水保温水箱内，且与所述plc控制器电连接；所述plc控制器与所述补冷水电动阀和热水器循环泵电连接。

作为本发明的进一步改进：还包括冷水支管、防缺水补冷水电动阀和缺水水位传感器，所述冷水主管与热水保温水箱的进水端之间连通有所述冷水支管；所述防缺水补冷水电动阀安装在所述冷水支管上，所述缺水水位传感器安装在所述热水保温水箱内，且与所述plc控制器电连接，所述plc控制器与所述防缺水补冷水电动阀电连接。

作为本发明的进一步改进：还包括热水加压泵、热水管、供热水管网、用水终端、压力表和变频控制器，所述热水加压泵通过所述热水管一端与所述热水保温水箱连通，另一端与所述供热水管网连通，所述供热水管网与用水终端连通，所述压力表安装在所述热水管上，所述压力表和热水加压泵分别与所述变频控制器电连接。

作为本发明的进一步改进：还包括回水管、回水电磁阀和回水温度传感器，所述回水管一端与所述热水保温水箱连通，另一端与所述供热水管网连通，所述回水电磁阀和回水温度传感器安装在所述回水管上，所述回水电磁阀和回水温度传感器分别与所述plc控制器电连接。

作为本发明的进一步改进：还包括冷水旁通管和旁通阀，所述冷水旁通管并联在所述冷水主管和冷水支管之间，所述旁通阀安装在所述冷水旁通管上且与所述plc控制器电连接。

作为本发明的进一步改进：还包括冷水温度传感器和冷水表，所述冷水温度传感器和冷水表安装在所述冷水主管上且与所述plc控制器电连接。

一种节能高效的燃气中央热水优化系统的控制方法，包括以下步骤：(401)水位传感器检测热水保温水箱的水位并将检测到的热水保温水箱的水位信号传输给plc控制器；(402)plc控制器接收到该水位信号后，判断该水位信号是否低于设定极限水位，(403)若是，则开启防缺水补冷水电动阀和补冷水电动阀，(404)直到热水保温水箱的水位到达该设定极限水位时，停止防缺水补冷水电动阀和补冷水电动阀。

一种节能高效的燃气中央热水优化系统的控制方法，包括以下步骤：(301)缺水水位传感器检测热水保温水箱的水位并将检测到的热水保温水箱的水位信号传输给plc控制器；(302)plc控制器接收到该水位信号后，判断该水位信号是否低于设定警戒水位，(303)若是，则开启防缺水补冷水电动阀，市政供水管网的常温水通过冷水支管流入热水保温水箱，(304)直到热水保温水箱的水位到达该设定警戒水位时，停止补冷水电动阀。

一种节能高效的燃气中央热水优化系统的控制方法，包括以下步骤：(101)水位传感器检测热水保温水箱的水位并将检测到的热水保温水箱的水位信号传输给plc控制器；(102)plc控制器接收到该水位信号后，判断该水位信号是否低于设定水位，(103)若是，则开启补冷水电动阀，市政供水管网的常温水通过冷水主管和一次加热循环管流经一次加热燃气机组，经一次加热燃气机组加热升温后流入热水保温水箱，(104)直到热水保温水箱的水位到达该设定水位时，停止补冷水电动阀和一次加热燃气机组。

作为本发明的进一步改进：还包括以下步骤：(201)温度传感器检测热水保温水箱的水温并将检测到的热水保温水箱的水温信号传输给plc控制器；(202)plc控制器接收到该水温信号后，判断该水温信号是否低于设定加热温度，(203)若是，则判断接收到的水位信号是否低于设定水位，(204)若否，则启动热水器循环泵和二次加热燃气机组，热水保温水箱内的水流经二次加热燃气机组，上升设定升温温度以上后补入热水保温水箱，(205)直到热水保温水箱的水温到达设定温度时，停止热水器循环泵和二次加热燃气机组。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)当水位传感器检测到热水保温水箱的水位低于设定水位即热水保温水箱水位的25％≤x＜热水保温水箱水位的60％时，可以开启补冷水电动阀，补充的自来水流经一次加热燃气机组，经一次加热燃气机组加热升温后直接补入热水保温水箱。一方面，由于自来水的水温一般为15-25℃左右，即使此时一次加热燃气机组的出水温度设置仅为55℃，△温差至少有25℃或以上，一次加热燃气机组完全可以100％全功率输出，达到物尽其用的目的，解决了由于燃气机组进出水温差不大，导致燃气机组的功率闲置明显、造成浪费和沉冗的问题；另一方面，补充的自来水必须经过一次加热燃气机组加热后方能流入热水保温水箱，一次加热燃气机组的出水温度为55℃，与热水保温水箱内的水温相近，其水温的波动十分小甚至可以忽略不计，解决了由于天气状况较差，例如环境温度低、冷水温度低、系统的热量损失大等导致自来水与热水保温水箱之间温差较大，水温波动较大，直接注入的低温自来水会导致热水保温水箱瞬间温降，而燃气机组加热能力不能完全满足其瞬间的温降，有可能导致热水保温水箱内的水温会快速降低于50℃甚至更低的问题。

(2)当水位传感器检测到热水保温水箱的水位低于设定水位即热水保温水箱水位的25％≤x＜热水保温水箱水位的60％时，可以开启补冷水电动阀，充分利用市政供水管网的压力流经一次加热燃气机组加热，无需启动热水器循环泵，只有在热水保温水箱的水位到达设定警戒水位即x≥热水保温水箱水位的60％，且温度传感器检测热水保温水箱的水温低于设定加热温度即＜50℃时才启动热水器循环泵。这种方案可以大幅减少热水器循环泵的功率，既可以不用消耗启动热水器循环泵的电能，还避免了热水器循环泵长期运行可能导致的故障和维修事项，而且也减少了热水器循环泵运行时的震动和噪音。

附图说明

图1为原系统的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图中，冷水主管31、一次加热循环管32、二次加热循环管33、冷水支管34、热水管35、回水管36、冷水旁通管37、补冷水电动阀1、热水保温水箱6、热水器循环泵3、燃气机组4、plc控制器10、水位传感器2、温度传感器5、防缺水补冷水电动阀19、缺水水位传感器18、热水加压泵7、压力表20、变频控制器9、回水电磁阀14、回水温度传感器12、旁通阀21、冷水温度传感器13、冷水表a22、冷水表b23和热水表16。

图4为本控制方法s4的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明：

参考图2和图3，一种节能高效的燃气中央热水优化系统，包括冷水主管31、一次加热循环管32、二次加热循环管33、补冷水电动阀1、热水保温水箱6、热水器循环泵3、燃气机组4、plc控制器10、水位传感器2和温度传感器5；其中：

所述燃气机组4分为一次加热燃气机组(图2中序号5-14为一次加热燃气机组)和二次加热燃气机组(图2中序号1-4为二次加热燃气机组)；

所述补冷水电动阀一端通过所述冷水主管接入市政供水管网，另一端通过所述一次加热循环管依次与所述一次加热燃气机组和热水保温水箱相连通；

所述热水保温水箱的出水端通过所述二次加热循环管依次与所述热水器循环泵和二次加热燃气机组相连通形成闭合回路；

所述水位传感器和温度传感器安装在所述热水保温水箱内，且与所述plc控制器电连接；

所述plc控制器与所述燃气机组、补冷水电动阀和热水器循环泵电连接。

优选地，还包括冷水支管34、防缺水补冷水电动阀19和缺水水位传感器18，所述冷水主管与热水保温水箱的进水端之间连通有所述冷水支管；所述防缺水补冷水电动阀安装在所述冷水支管上，所述缺水水位传感器安装在所述热水保温水箱内，且与所述plc控制器电连接，所述plc控制器与所述防缺水补冷水电动阀电连接。

优选地，还包括热水加压泵7、热水管35、供热水管网、用水终端、压力表20和变频控制器9，所述热水加压泵通过所述热水管一端与所述热水保温水箱连通，另一端与所述供热水管网连通，所述供热水管网与用水终端连通，所述压力表安装在所述热水管上，所述压力表和热水加压泵分别与所述变频控制器电连接。

优选地，还包括回水管36、回水电磁阀14和回水温度传感器12，所述回水管一端与所述热水保温水箱连通，另一端与所述供热水管网连通，所述回水电磁阀和回水温度传感器安装在所述回水管上，所述回水电磁阀和回水温度传感器分别与所述plc控制器电连接。

优选地，还包括冷水旁通管37和旁通阀21，所述冷水旁通管并联在所述冷水主管和冷水支管之间，所述旁通阀安装在所述冷水旁通管上且与所述plc控制器电连接。

优选地，还包括冷水温度传感器13和冷水表a22，所述冷水温度传感器和冷水表a安装在所述冷水主管上且与所述plc控制器电连接。

优选地，还包括冷水表b23，所述冷水表b安装在所述冷水支管上且与所述plc控制器电连接。

优选地，还包括热水表16，所述热水表安装在所述热水管上且与所述plc控制器电连接。

一种节能高效的燃气中央热水优化系统的控制方法s1，包括以下步骤：

(401)水位传感器检测热水保温水箱的水位并将检测到的热水保温水箱的水位信号传输给plc控制器；

(402)plc控制器接收到该水位信号后，判断该水位信号是否低于设定极限水位即x＜热水保温水箱水位的10％，

(403)若是，则开启防缺水补冷水电动阀和补冷水电动阀，停止其它设备，

(404)直到热水保温水箱的水位到达设定极限水位即热水保温水箱水位的10％≤x＜热水保温水箱水位的25％时，停止防缺水补冷水电动阀和补冷水电动阀。

控制方法s1在热水保温水箱的水位低于极限水位时，除防缺水补冷水电动阀和补冷水电动阀可以工作外，其它设备均自动断电停机保护，避免发生事故和意外。

一种节能高效的燃气中央热水优化系统的控制方法s2，包括以下步骤：

(301)缺水水位传感器检测热水保温水箱的水位并将检测到的热水保温水箱的水位信号传输给plc控制器；

(302)plc控制器接收到该水位信号后，判断该水位信号是否低于设定警戒水位即热水保温水箱水位的10％≤x＜热水保温水箱水位的25％，

(303)若是，则开启防缺水补冷水电动阀，市政供水管网的常温水通过冷水支管流入热水保温水箱，

(104)直到热水保温水箱的水位到达设定警戒水位即热水保温水箱水位的25％≤x＜热水保温水箱水位的60％时，停止补冷水电动阀。

控制方法s2在热水保温水箱的水位低于警戒水位时，自动开启防缺水补冷水电动阀，经冷水支管强制补水至热水保温水箱，防止缺水和发生意外。

一种节能高效的燃气中央热水优化系统的控制方法s3，包括以下步骤：

(101)水位传感器检测热水保温水箱的水位并将检测到的热水保温水箱的水位信号传输给plc控制器；

(102)plc控制器接收到该水位信号后，判断该水位信号是否低于设定水位即热水保温水箱水位的25％≤x＜热水保温水箱水位的60％，

(103)若是，则开启补冷水电动阀，市政供水管网的常温水通过冷水主管和一次加热循环管流经一次加热燃气机组，经一次加热燃气机组加热升温后流入热水保温水箱，

(104)直到热水保温水箱的水位到达设定水位即x≥热水保温水箱水位的60％时，停止补冷水电动阀和一次加热燃气机组。

参考图4，一种节能高效的燃气中央热水优化系统的控制方法s4，包括以下步骤：

(201)温度传感器检测热水保温水箱的水温并将检测到的热水保温水箱的水温信号传输给plc控制器；

(202)plc控制器接收到该水温信号后，判断该水温信号是否低于设定加热温度即＜50℃，

(203)若是，则判断接收到的水位信号是否低于设定水位即x＜热水保温水箱水位的60％，

(204)若否，则启动热水器循环泵和二次加热燃气机组，热水保温水箱内的水流经二次加热燃气机组，上升设定升温温度以上即≥5℃后补入热水保温水箱，

(205)直到热水保温水箱的水温到达设定温度即≥55℃时，停止热水器循环泵和二次加热燃气机组。

一种节能高效的燃气中央热水优化系统的控制方法s5，包括以下步骤：

(501)回水温度传感器检测回水管内的水温并将检测到的回水管内的水温信号传输给plc控制器；

(502)plc控制器接收到该水温信号后，判断该水温信号是否低于设定回水温度即＜38℃，

(503)若是，则启动回水电磁阀，回水管内的水通过回水管流入热水保温水箱，热水保温水箱内的水通过热水管流入供热水管网，再流回回水管内，

(504)直到回水管内的水温到达设定止水温度即≥40℃时，停止回水电磁阀。

本发明的工作原理和功能：

(1)当水位传感器检测到热水保温水箱的水位低于设定水位即热水保温水箱水位的25％≤x＜热水保温水箱水位的60％时，可以开启补冷水电动阀，补充的自来水流经一次加热燃气机组，经一次加热燃气机组加热升温后直接补入热水保温水箱。一方面，由于自来水的水温一般为15-25℃左右，即使此时一次加热燃气机组的出水温度设置仅为55℃，△温差至少有25℃或以上，一次加热燃气机组完全可以100％全功率输出，达到物尽其用的目的，解决了由于燃气机组进出水温差不大，导致燃气机组的功率闲置明显、造成浪费和沉冗的问题；另一方面，补充的自来水必须经过一次加热燃气机组加热后方能流入热水保温水箱，一次加热燃气机组的出水温度为55℃，与热水保温水箱内的水温相近，其水温的波动十分小甚至可以忽略不计，解决了由于天气状况较差，例如环境温度低、冷水温度低、系统的热量损失大等导致自来水与热水保温水箱之间温差较大，水温波动较大，直接注入的低温自来水会导致热水保温水箱瞬间温降，而燃气机组加热能力不能完全满足其瞬间的温降，有可能导致热水保温水箱内的水温会快速降低于50℃甚至更低的问题。

(2)当水位传感器检测到热水保温水箱的水位低于设定水位即热水保温水箱水位的25％≤x＜热水保温水箱水位的60％时，可以开启补冷水电动阀，充分利用市政供水管网的压力流经一次加热燃气机组加热，无需启动热水器循环泵，只有在热水保温水箱的水位到达设定水位即x≥热水保温水箱水位的60％，且温度传感器检测热水保温水箱的水温低于设定加热温度即＜50℃时才启动热水器循环泵。这种方案可以大幅减少热水器循环泵的功率，既可以不用消耗启动热水器循环泵的电能，还避免了热水器循环泵长期运行可能导致的故障和维修事项，而且也减少了热水器循环泵运行时的震动和噪音。

综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。