专利名称：热泵制热系统及其辅助制热的控制装置和控制方法
技术领域：
本发明涉及能源转换技术，尤其涉及一种热泵制热系统及其辅助制热的控制装置和控制方法。
背景技术：
热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。热泵从低温热源(比如室外空气或循环水)中取得热量，消耗一定机械功，而向高温热源(比如室内取暖系统)供应更高的热量，这些热量之间的关系是符合热力学第一定律的。通过热泵装置供应的热量，比用机械功所转变成的热量，或比用电能直接加热高温热源，而输出更多热量。此输出的更多的热量是从低温热源取得的，因此，使用热泵装置既可节省燃料，又可利用余热，在许多场合得到应用。热泵热水系统包括热泵主机和换热器两部分。热泵主机部分如图I所示，包括蒸 发器、压缩机、膨胀阀以及冷凝器；其中，冷凝器设置于换热器中，用以加热换热器中的水。蒸发器设置于低温热源中，吸收低温热源中的热量，通过压缩机消耗一定能量，从而通过冷凝器向换热器中的水释放更高的热量。换热器外接循环管道，换热器中被加热的水经换热器的出口流入循环管道向外界提供热量，比如通过在室内铺设循环管道向室内供暖。循环管道的水在向外界释放了热量后，随循环管道再循环回换热器，经换热器的进水口进入到换热器中再被加热。然而，在某些情况下如果仅靠热泵进行加热，可能换热器的出水无法达到预定的温度，因此，需要补充热量。由此，针对热泵还设置了热泵的辅助加热装置，以弥补热泵能量的不足。辅助加热装置可以根据换热器的出水温度对换热器的出水进行加热，以使得循环管道的水达到预定的温度。具体地，当检测到换热器的出水温度低于设定的最低温度值(t匕如15°C)，则启动辅助加热装置对换热器输出到循环管道的水进行加热；当检测到换热器的出水温度高于设定的最低温度值(比如28 °C )，则停止辅助加热装置。在实际应用中，本发明的发明人发现依据换热器的出水温度来控制辅助加热装置的启停，往往会导致辅助加热装置的开启运行时间较长，造成电能的浪费。
发明内容
本发明实施例提供了一种热泵制热系统及其辅助制热的控制装置和控制方法，用以更为合理地控制辅助加热装置的启停，避免辅助加热装置的开启运行时间较长，达到更为节约电能的目的。根据本发明的一个方面，提供了一种热泵制热系统，包括热泵、换热器、流出管道、辅助加热装置、以及辅助制热控制装置；其中，所述热泵的冷凝器设置于所述换热器中，用以对所述换热器中的流动介质进行加热；所述流出管道与所述换热器的出口相连，所述换热器中的流动介质经所述换热器的出口流入所述流出管道；所述辅助制热控制装置用以确定所述热泵的负荷率，根据确定的负荷率控制所述热泵的辅助加热装置的启停；所述辅助加热装置用以在启动后对流经所述流出管道的流动介质进行加热。
较佳地，所述辅助制热控制装置确定所述热泵的负荷率具体为所述辅助制热控制装置获取设置于所述换热器的出口处的温度传感器所检测的流出所述换热器的流动介质的温度，根据获取的所述流出所述换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率。所述辅助制热控制装置获取设置于所述换热器的出口处的温度传感器所检测的流出所述换热器的流动介质的温度，根据获取的所述流出所述换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率具体为所述辅助制热控制装置在检测周期到达时，获取所述流出所述换热器的流动介质的温度TwoHP (n)；所述辅助制热控制装置依据如下公式I确定所述热泵的当前负荷率RLF(n)RLF(n) = RLF(n_l) RLF(公式 I)公式I中，RLF(n-1)为上一个检测周期中所确定的热泵的负荷率；」RLF根据如下公式2确定Z RLF = KpX (HTset — TwoHP (n) )+ KiX (TwoHP (n-1) — TwoHP (n))(公式 2)公式2中，TwoHP(n-l)为上一个检测周期的流出所述换热器的流动介质的温度；Kp为预先设定的比例增益值；Ki为预先设定的累算增益值；Htset为预设的目标温度值。根据本发明的另一个方面，提供了一种辅助制热的控制方法，包括确定热泵的负荷率；根据所述负荷率控制所述热泵的辅助加热装置。其中，所述负荷率具体为所述热泵的当前负荷率，以及所述确定所述热泵的负荷率具体为根据流出换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率；其中，所述热泵的冷凝器设置于所述换热器中。根据本发明的另一个方面，提供了一种辅助制热的控制装置，包括负荷率确定单元，用于确定热泵的负荷率；加热控制单元，用于根据所述负荷率确定单元确定的负荷率控制所述热泵的辅助加热装置。其中，所述负荷率确定单元确定热泵的负荷率具体为所述负荷率确定单元获取设置于换热器的出口处的温度传感器所检测的流出换热器的流动介质的温度，根据获取的流出换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率；其中，所述热泵的冷凝器设置于所述换热器中；以及，所述加热控制单元根据所述负荷率确定单元确定的负荷率控制所述热泵的辅助加热装置具体为所述加热控制单元获取负荷率确定单元确定的负荷率，若获取的负荷率大于设定的上限值，则控制辅助加热装置启动；若获取的负荷率小于设定的下限值，则控制辅助加热装置停止。本发明实施例由于根据热泵的负荷率来控制所述热泵的辅助加热装置，从而可以在负荷率较大时，即热泵的加热能力较弱时，开启辅助加热装置来辅助制热，而不必在流出换热器的流动介质的温度没有达到预设的目标温度值，同时热泵的负荷率还较小时开启辅助加热装置进行辅助制热；从而可以充分利用热泵能量进行制热，避免在控制过程中过于频繁的开启辅助加热装置、辅助加热装置开启运行时间较长，从而达到节约电能、节能降耗的目的。
图I为现有技术的热泵示意图；图2为本发明实施例的热泵制热系统的示意图；图3为本发明实施例的进行辅助制热的控制方法流程图； 图4为本发明实施例的根据负荷率控制辅助加热装置启停的示意图；图5为本发明实施例的辅助制热控制装置内部结构框图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/或线程内，一个模块也可以位于一台计算机上和/或分布于两台或更多台计算机之间。本发明的发明人对现有技术进行分析，发现现有技术的依据换热器的出水温度来控制辅助加热装置的启停存在不合理性在实际应用中，热泵也会随着换热器的出水温度进行输出功率的调节；因此，当换热器的出水温度较低时，如果此时热泵的输出功率并未达到热泵的最大输出功率，则没有必要开启辅助加热装置，而是通过热泵自身的控制系统来提高热泵的输出功率，以提高换热器的出水温度。基于该分析，本发明的发明人的主要思路在于利用热泵的负荷率来控制辅助加热装置的启停。这样，当确定出热泵的负荷率达到设定的上限值时，说明热泵的输出功率已达到较高值仍然不能满足负荷，此时再启动辅助加热装置对换热器的出水(或其它从换热器流出的流动介质，如空气)进行加热，从而充分利用了热泵的能量，避免了过于频繁的启动辅助加热装置，更进一步节约了电能。当确定出热泵的负荷率达到设定的下限值时，关闭辅助加热装置，辅助加热装置停止对换热器的出水(或其它流动介质)的加热。下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明实施例提供的热泵制热系统如图2所示，包括热泵201、换热器202、流出管道203、热泵的辅助制热系统204、回流管道205。其中，热泵的辅助制热系统204中包括辅助加热装置211、辅助制热控制装置212。其中，热泵201的冷凝器设置于换热器202中，用以对换热器202中的流动介质进行加热。流出管道203与换热器202的出口相通，换热器202中的流动介质通过流出管道203流出热泵制热系统，用以给热泵制热系统外 的设备供热，例如，给热泵制热系统外的地暖或者制热式空调或者热水供热。具体地，在流出管道203中设置有水泵，使得换热器202中被加热的流动介质通过流出管道203流出热泵制热系统，给热泵制热系统外的设备供热。回流管道205与换热器202的入口相通，较低温度的流动介质通过回流管道205回流到换热器202中重新被加热。上述的流动介质具体可以是水、或者空气、或者其它液体，如油等。也就是说，热泵201可以对换热器202中的水，或者空气，或者其它液体进行加热。对于流动介质为水，或者其它液体的情况，从流出管道203流出热泵制热系统的热的流动介质，经铺设于热泵制热系统外的循环管道206后，从回流管道205回流到换热器202中。在流动介质流经循环管道206的过程中，流动介质向外界释放了热量、降低了温度。对于流动介质为空气的情况，从流出管道203流出热泵制热系统的热的空气可以通过铺设于热泵制热系统外的管道而流向需要热空气的场合，比如，需要供热的房间；而需要升温、加热的空气，则通过铺设于热泵制热系统外的管道被风机抽向回流管道205，经回流管道205回流到换热器202中重新被加热。辅助制热控制装置212用以确定热泵201的负荷率，根据确定的负荷率控制辅助加热装置211的启停。辅助加热装置211具体可以是电加热装置；加热的方式可以是在流出管道203外进行加热，通过流出管道203的管道壁的热传导，实现对流经流出管道203的流动介质进行加热，从而使得流出热泵制热系统、流入循环管道203的流动介质的温度达到预定的温度值。此外，加热的方式也可以是将电加热器设置于流出管道203中，对流经流出管道203的流动介质直接进行加热。当辅助制热控制装置212控制辅助加热装置211启动后，辅助加热装置211对换热器202输出到回流管道205中的流动介质进行加热；当辅助制热控制装置212控制辅助加热装置211停止后，辅助加热装置211停止对换热器202输出到回流管道205中的流动介质进行加热。本发明实施例的辅助制热控制装置212进行辅助制热的控制方法，流程图如图3所示，包括如下步骤S301 :确定热泵的负荷率。辅助制热控制装置212可以实时根据监测的温度计算热泵的负荷率，或者在检测周期到达时，确定热泵的负荷率。检测周期为根据实际情况预先设定的，比如可以设定检测周期为I分钟，或者10分钟。辅助制热控制装置212确定热泵负荷率的一种具体方法如下辅助制热控制装置212包括设置在于换热器202的出口处的温度传感器，该温度传感器用于检测流出换热器202的流动介质的温度。辅助制热控制装置212获取该温度传感器检测的温度，即获取流出换热器202的流动介质的温度后，根据该温度传感器检测的温度确定热泵的负荷率。辅助制热控制装置212在获取温度传感器检测的温度，即流出换热器202的流动介质的温度后，根据流出换热器202的流动介质的温度计算热泵的当前负荷率，具体计算热泵的当前负荷率的公式如下RLF(n) = RLF(n-1) RLF(公式 I)公式I中，RLF(n)表示热泵的当前负荷率，即当前检测周期中所确定的热泵的负荷率；RLF(n-l)表示热泵之前的负荷率，即上一个检测周期中所确定的热泵的负荷率。公式I中的」RLF根据如下公式2确定Z RLF = KpX (HTset — TwoHP(n) )+ KiX (TwoHP(n-1) — TwoHP(n))(公式 2)
公式2中，TwoHP(n)表示当前检测周期中所检测的流出换热器202的流动介质的温度，亦即TwoHP (n)为辅助制热控制装置212在当前检测周期到达时所获取的流出换热器202的流动介质的温度；TwoHP(n-l)表示上一个检测周期的流出换热器202的流动介质的温度，即辅助制热控制装置212在上一个检测周期到达时所获取的流出换热器202的流动介质的温度；Kp为预先设定的比例增益值，例如可以设定Kp为6. 0% ；Ki为预先设定的累算增益值，比如可以设定Ki为2. 5% ；Htset为预设的目标温度值，即期望的流出换热器202的流动介质的温度值。当然，本领域技术人员还可根据其它方法确定热泵的负荷率，而不仅限于上述的方法来确定热泵的负荷率。因此，其它确定热泵负荷率的方法也应视为本发明的保护范围。事实上，负荷率考量了热泵的加热能力，负荷率越小，表示热泵的加热能力越强，负荷率越大，表示热泵的加热能力在减弱；这样，可以规定当负荷率大于某个值(如50%)时辅助加热装置211开启，当负荷率小于某个值(如0%)时辅助加热装置211停止(如图4所示)。这样，即使流出换热器202的流动介质的温度没有达到预设的目标温度值，但是热泵的负荷率还较小时，可以不必开启辅助加热装置211，而由热泵通过自身的调节自控装置，根据流出换热器202的流动介质的温度加大输出功率，比如加大压缩机的工作频率，从而使得流出换热器202的流动介质的温度升高；由此，充分利用热泵的能量，而尽量避免开启辅助加热装置211，减少辅助加热装置211开启运行时间，达到节能降耗的目的。S302:若确定的负荷率大于设定的上限值，则执行步骤S303，控制辅助加热装置211启动；若确定的负荷率小于设定的下限值，则执行步骤S304，控制辅助加热装置211停止。本领域技术人员可以根据实际情况设定上限值和下限值。例如，可以设定上限值为55%，下限值为5%。若热泵的当前负荷率，即当前检测周期所确定的负荷率，大于设定的上限值，则执行步骤S303，控制辅助加热装置211启动；若热泵的当前负荷率，即当前检测周期所确定的负荷率，小于设定的下限值，则执行步骤S304，控制辅助加热装置211停止。S303:控制辅助加热装置211启动。辅助加热装置211启动后，对换热器202输出到回流管道205中的流动介质进行加热，从而使得经过回流管道205流向热泵制热系统外的流动介质的温度达到预定的温度，足以对外界进行供热。S304 :控制辅助加热装置211停止。辅助加热装置211停止后，辅助加热装置211不再对换热器202输出到回流管道205中的流动介质进行加热。上述的辅助制热控制装置212的内部结构，如图5所示，包括负荷率确定单元501、加热控制单元502。负荷率确定单元501用于确定热泵的负荷率。具体地，负荷率确定单元501中包括设置于所述换热器的出口处的温度传感器。负荷率确定单元501获取设置于所述换热器的出口处的温度传感器所检测的流出换热器202的流动介质的温度；负荷率确定单元501根据获取的所述流出换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率。负荷率确定 单元501确定热泵的当前负荷率的具体方法可以如上述步骤S301中所述的方法，此处不再赘述。加热控制单元502用于根据负荷率确定单元501确定的负荷率控制所述热泵的辅助加热装置。具体地，加热控制单元502从负荷率确定单元501获取负荷率确定单元501确定的负荷率，若获取的负荷率大于设定的上限值，则控制辅助加热装置启动；若获取的负荷率小于设定的下限值，则控制辅助加热装置停止。本发明实施例由于根据热泵的负荷率来控制所述热泵的辅助加热装置，从而可以在负荷率较大时，即热泵的加热能力较弱时，开启辅助加热装置来辅助制热，而不必在流出换热器的流动介质的温度没有达到预设的目标温度值，同时热泵的负荷率还较小时开启辅助加热装置进行辅助制热；从而可以充分利用热泵能量进行制热，避免在控制过程中过于频繁的开启辅助加热装置、辅助加热装置开启运行时间较长，从而达到节约电能、节能降耗的目的。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种热泵制热系统，包括热泵、换热器、流出管道、辅助加热装置、以及辅助制热控制装置； 其中，所述热泵的冷凝器设置于所述换热器中，用以对所述换热器中的流动介质进行加热； 所述流出管道与所述换热器的出口相连，所述换热器中的流动介质经所述换热器的出口流入所述流出管道； 所述辅助制热控制装置用以确定所述热泵的负荷率，根据确定的负荷率控制所述热泵的辅助加热装置的启停； 所述辅助加热装置用以在启动后对流经所述流出管道的流动介质进行加热。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述辅助制热控制装置确定所述热泵的负荷率具体为 所述辅助制热控制装置获取设置于所述换热器的出口处的温度传感器所检测的流出所述换热器的流动介质的温度，根据获取的所述流出所述换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述辅助制热控制装置获取设置于所述换热器的出口处的温度传感器所检测的流出所述换热器的流动介质的温度，根据获取的所述流出所述换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率具体为 所述辅助制热控制装置在检测周期到达时，获取所述流出所述换热器的流动介质的温度 TwoHP(η)； 所述辅助制热控制装置依据如下公式I确定所述热泵的当前负荷率RLF(η) RLF(n) = RLF(n-1) RLF(公式 I) 公式I中，RLF (n-Ι)为上一个检测周期中所确定的热泵的负荷率；」RLF根据如下公式2确定Z RLF = KpX (HTset — TwoHP (n) ) + Ki X (TwoHP (n-1) — TwoHP (η))(公式 2) 公式2中，TwoHP (n-1)为上一个检测周期的流出所述换热器的流动介质的温度；Kp为预先设定的比例增益值；Ki为预先设定的累算增益值；Htset为预设的目标温度值。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述辅助制热控制装置根据确定的负荷率控制所述热泵的辅助加热装置的启停具体为 所述辅助制热控制装置若确定所述热泵的当前负荷率大于设定的上限值，则控制辅助加热装置启动；若确定所述热泵的当前负荷率小于设定的下限值，则控制辅助加热装置停止。
5.一种辅助制热的控制方法，包括 确定热栗的负荷率； 根据所述负荷率控制所述热泵的辅助加热装置。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述负荷率具体为所述热泵的当前负荷率，以及所述确定所述热泵的负荷率具体为 根据流出换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率；其中，所述热泵的冷凝器设置于所述换热器中。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据流出换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率，具体包括 在检测周期到达时，获取所述流出换热器的流动介质的温度TwoHP(η)； 依据如下公式I确定所述热泵的当前负荷率RLF(η) RLF(n) = RLF(n-1) RLF(公式 I) 公式I中，RLF (n-Ι)为上一个检测周期中所确定的热泵的负荷率；」RLF根据如下公式2确定Z RLF = KpX (HTset — TwoHP (n) ) + Ki X (TwoHP (n-1) — TwoHP (η))(公式 2)公式2中，TwoHP (n-1)为上一个检测周期的流出换热器的流动介质的温度；Kp为预先设定的比例增益值；Ki为预先设定的累算增益值；Htset为预设的目标温度值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述负荷率控制所述热泵的辅助加热装置具体包括 若所述热泵的当前负荷率大于设定的上限值，则控制辅助加热装置启动；若所述热泵的当前负荷率小于设定的下限值，则控制辅助加热装置停止。
9.一种辅助制热的控制装置，包括 负荷率确定单元，用于确定热泵的负荷率； 加热控制单元，用于根据所述负荷率确定单元确定的负荷率控制所述热泵的辅助加热 装直。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述负荷率确定单元确定热泵的负荷率具体为 所述负荷率确定单元获取设置于换热器的出口处的温度传感器所检测的流出换热器的流动介质的温度，根据获取的流出换热器的流动介质的温度，确定所述热泵的当前负荷率；其中，所述热泵的冷凝器设置于所述换热器中；以及， 所述加热控制单元根据所述负荷率确定单元确定的负荷率控制所述热泵的辅助加热装置具体为 所述加热控制单元获取负荷率确定单元确定的负荷率，若获取的负荷率大于设定的上限值，则控制辅助加热装置启动；若获取的负荷率小于设定的下限值，则控制辅助加热装置停止。
全文摘要
本发明公开了一种热泵制热系统及其辅助制热的控制装置和控制方法。所述系统包括热泵、换热器、流出管道、辅助加热装置、以及辅助制热控制装置；其中，热泵的冷凝器设置于换热器中，对换热器中的流动介质加热；流出管道与换热器的出口相连；辅助制热控制装置用以确定热泵的负荷率，根据确定的负荷率控制热泵的辅助加热装置的启停；辅助加热装置用以在启动后对流经所述流出管道的流动介质进行加热。由于根据热泵的负荷率来控制所述热泵的辅助加热装置，从而可以在负荷率较大时，再开启辅助加热装置来辅助制热，从而可以充分利用热泵能量进行制热，避免在控制过程中过于频繁的开启辅助加热装置，达到节约电能、节能降耗的目的。
文档编号F24H9/20GK102759192SQ20121026442
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者李希志, 邓玉平, 黄曙良 申请人:青岛海信日立空调系统有限公司