太阳能集热器和空气源热泵联合供热水系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能集热器和空气源热栗联合供热水系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]空气源热栗，也称“空气源热栗热水器” “冷气热水器”等。“空气能热水器”把空气中的低温热量吸收进来，经过热栗转化为高温热能以此来加热水温。空气能热水器具有高效节能的特点，制造相同的热水量，比电辅助太阳能热水器利用能效高。空气源热栗热水器顾名思义就是把空气中的热量通过冷媒搬运到水中，传统的电热水器和燃气热水器是通过消耗燃气和电能来获得热能，而空气能热水器是通过吸收空气中的热量来达到加热水的目的，在消耗相同电能的情况下可以吸收相当于三倍电能左右的热能来加热水。
[0003]目前工程上所有的太阳能集热器和空气源热栗联合定时供热水系统控制方面存在明显的缺陷。空气源热栗的启停是通过水箱平均水温进行判断，若水箱平均水温没达到供水温度，则开启空气源热栗，且直到水箱平均水温达到供水温度时，再关掉热栗，这造成水箱平均水温在短时间内就被加热到供水温度，大大降低了太阳能集热器的利用率。因此，由于缺乏对空气源热栗的精确控制，降低了太阳能集热器的利用率，使得空气源热栗进行了较多不必要的运行，造成较大的能源浪费。
[0004]因此，有必要设计一种太阳能集热器和空气源热栗联合供热水系统及控制方法。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能集热器和空气源热栗联合供热水系统及控制方法，该太阳能集热器和空气源热栗联合供热水系统及控制方法节能效果好。
[0006]发明的技术解决方案如下:
[0007]一种太阳能集热器和空气源热栗联合供热水系统，其特征在于，包括控制器、水箱
[7]、空气源热栗(9)和太阳能集热器(10);
[0008]所述的空气源热栗通过第一水管与水箱相连形成空气源热栗循环回路，所述的第一水管上设有空气源热栗循环水栗(8);
[0009]所述的太阳能集热器通过第二水管与水箱相连形成太阳能集热器循环回路，所述的第二水管上设有太阳能集热器水栗(6);
[0010]水箱具有出水口和进水口 ；
[0011]太阳能集热器和空气源热栗联合供热水系统还包括环境温度传感器(I)、设置于水箱出水口处的水箱出口水温传感器(2)、设置于水箱中部的水箱水温传感器(3)和设置于太阳能集热器出口处的集热器出口水温传感器(4);
[0012]所述的环境温度传感器、水箱出口水温传感器、水箱水温传感器和集热器出口水温传感器的输出端均与控制器相连；
[0013]空气源热栗、空气源热栗循环水栗和太阳能集热器水栗均受控于控制器。
[0014]水箱的出水口处连接有出水水管，出水水管上设有受控于控制器的用户供水水栗 (5)。
[0015]所述的控制器为单片机、PLC或DSP。
[0016]一种太阳能集热器和空气源热栗联合供热水控制方法，采用前述的太阳能集热器和空气源热栗联合供热水系统；
[0017]控制器通过环境温度传感器、水箱出口水温传感器、水箱水温传感器和集热器出口水温传感器分别获得环境温度、水箱出口水温t2、水箱水温t3和集热器出口水温t 4；
[0018]在预设的工作时段:采用以下方法控制太阳能集热器和空气源热栗的开启和关闭:
[0019]控制器监测集热器出口水温tjP水箱出口水温12，如果t4_t2> dtl ;则开启太阳能集热器循环水栗；如果t4_t2< dtl，则关闭太阳能集热器循环水栗；dtl为预设的温度差值，dtl取值为5?10°C
[0020]控制器监测环境温度^和水箱水温13，并基于4条预设的温度基准线和环境温度L确定所需的水箱基准温度Tz ( τ )，4条温度基准线分别为T J τ )、Τ2( τ )、Τ3( τ )和Τ4(τ)，其中τ为时间变量；在环境温度为ta，tb，t。和％时，只开启空气源热栗，获得的水箱水温升温曲线为对应的T1(T)、Τ2(τ)、Τ3(τ )和Τ4(τ)4条曲线；
[0021]ta的取值范围为t 5°C ;
[0022]tb的取值范围为 5°C< t 15°C ；
[0023]tc的取值范围为 15°C< t 25°C ；
[0024]td的取值范围为25°C < t d;
[0025]【为保证热栗的制热量ta，tb，t。和t满优选值分别为0°C、10°C，20°C，30°C】
[0026]若5°C，采用温度基准线T i ( τ )确定Tz ( τ );
[0027]若5°C< L彡15°C，采用温度基准线丁八丁)确定Τζ(τ)；
[0028]若15°C< L彡25°C，采用温度基准线T3(T)确定Τζ(τ);
[0029]若25°C< L，采用温度基准线Τ4(τ)确定Τζ(τ);
[0030]控制器比较水箱基准温度Tz ( τ )和水箱水温t3，当水箱实际水温〖3低于Τζ(τ) -dt2时，开启空气源热栗，加热水箱中的水；当水箱实际水温高于Tz ( τ ) +dt2时，空气源热栗停止运行；
[0031]dt2为设定的温度差值，dt2取值为1.5?3°C。
[0032]在预设的工作时段，控制器每T时间对温度进行监控并实施水温控制，所述的T为20?60分钟ο
[0033]预设的工作时段为开始时间tam到结束时间tpm，tam从上午的8点到10点之间取值，tpm从下午4点半到6点之间取值。
[0034]太阳能集热器和空气源热栗联合供热水系统包括环境温度传感器、水箱出口水温传感器、水箱水温传感器、集热器出口水温传感器、用户供水水栗、太阳能集热器循环水栗、水箱、空气源热栗循环水栗、空气源热栗、太阳能集热器和控制器等。所述控制方法全部由系统中控制器自动完成。控制器中预设温度基准线。
[0035](I)温度基准线Tn ( τ )的设置温度基准线Tn ( τ )设为单独开启空气源热栗时水箱内的水温上升曲线。随环境温度不同，热栗效率不同，水温上升速度也不同。控制器中设定4条温度基准线，即T1 ( τ )、T2 ( τ )、T3 ( τ )和T4( τ )，分别对应于环境温度为0°C、10°C、20°C和30°C。四条水温上升曲线的终点都为(下午5:00，50°C )
[0036](2)供热水系统的控制方法
[0037]供热水系统的控制方法主要在于两点:
[0038]①优先开启太阳能集热器太阳能集热器的运行根据集热器出口水温和水箱出口水温的温差来控制，温差大于设定值10°c时，太阳能集热器循环水栗开启，温差小于设定温差5°C时，太阳能集热器停止运行。
[0039]②精确控制空气源热栗和空气源热栗循环水栗供热水系统每天9:00开始测量环境温度和水箱水温，每30分钟测一次，直到下午5:00或者水温达到所需的供水温度50°C后停止检测。环境温度低于10°C，采用温度基准线T1(T);环境温度在5°C和15°C之间，采用温度基准线T2(T);环境温度在15°C和25°C之间，采用温度基准线T3(T);环境温度高于25°C，采用温度基准线Τ4( τ )。每天不同时刻环境温度不同，所选取的温度基准线也可随之变化。确定合适的温度基准线Tn(T)后，找到该温度基准线在该时刻的温度作为基准温度Tz ( τ )。控制器即时比较基准温度Tz ( τ )和水箱水温，当水箱实际水温低于Τζ(τ) -2.5°C时，空气源热栗开启，加热水箱中的水；当水箱实际水温高于Tz ( τ ) +2.5°C时，空气源热栗停止运行。如果该温度基准线在该时刻没有温度作为基准温度Tz ( τ )，则不进行比较，空气源热栗保持停机状态。
[0040]有益效果:
[0041]本发明的太阳能集热器和空气源热栗联合供热水系统及方法，通过对环境温度的检测实现对空气源热栗的精确控制，提高太阳能集热器的利用率，最大程度上减少空气源热栗的运行时间，在满足系统供热水舒适性的同时，进一步提高太阳能集热器和空气源热栗联合定时供热水系统的节能效果。
[0042]本发明主要创新点:
[0043]优先开启太阳能集热器，精确控制空气源热栗启停，实现能耗最低。供热水系统定期(如每30分钟)检测一次环境温度和水箱水温，选取最为合适的基准温度，根据基准温度(而非供水温度