一种供热系统及其控制方法与流程

本发明涉及供热节能领域，特别涉及一种供热系统及其控制方法。

背景技术：

随着污染较大的散烧煤方式被越来越多的禁止，如何解决分散的小规模供热成为供热领域的一个重要问题。替代方案中，电采暖因电能容易获得而受到广泛关注和推广。

现有技术中电采暖的主要方式包括电热锅炉和空气源热泵，但存在如下问题：电热锅炉单纯实现了由电向热的转化，电热转化比例仅为1:1，能效较低；空气源热泵利用电能驱动，从空气中取热，电热转化比例可达1:2甚至1:3，具有较高的能效，但是能效与需求不协调。举例来说，初末寒期空气温度高，能效高，但是需要的热量少；严寒期空气温度低，机组能效低，但是需要的热量多，可能达不到需求。此外，空气源热泵还面临着换热管结霜，需要耗热除霜的问题，进一步增加了能耗。因此，在严寒期空气源热泵的平均能耗也很低，大幅度增加了电耗。与此同时，冬季的太阳能虽然强度不高，但是对于分散供热来说也是比较好的热源，这部分热量在电采暖中没有得到有效的利用。

因此，一种可以充分利用太阳能、空气能，系统流程简单，并且可以在冬季连续稳定、高效运行的供热系统以及控制方法亟待研发，在合适的工况采用合适的运行方法，使整个采暖季的电耗最小。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种供热系统及其控制方法，能够充分利用太阳能和空气能进行供热，同时在极端不利的条件下可以实现电辅热供热的模式，使系统的综合能效达到最高，整个采暖季可以连续稳定的运行。

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种供热系统，包括空气源热泵，其通过制冷剂管道与空冷蒸发器连通，用于吸收流经空冷蒸发器的空气中的热能，并将吸收的热能输送至供热管道；

空冷蒸发器，其设置有两个通风口，第一通风口通过第一三通阀与外界空气连通，第二通风口通过第二三通阀与外界空气连通；

太阳能集热器，其设置有两个通风口，第一通风口通过第三三通阀与外界空气连通，第二通风口分两路，一路与所述空冷蒸发器的第二通风口连通，另一路通过第二三通阀与外界空气连通；

所述第一三通阀与所述第三三通阀通过旁通管道连通。当外部太阳能充足时，空气源热泵吸收温度较高的太阳能集热器的热能进行供热，通过旁通管道形成空气内部循环，进入太阳能供热模式，提高能耗降低电耗。

进一步，所述供热系统还包括电加热器，其设置在所述空冷蒸发器的第二通风口与所述太阳能集热器的第二通风口之间。当所述供热系统有结霜风险时，启动电加热器，可进入电辅热供热模式，防止结霜，保证机组的正常运行。

进一步，所述供热系统还包括循环风机，其设置在所述空冷蒸发器的第一通风口或第二通风口处。

进一步，所述空冷蒸发器还包括盘管，所述盘管连通所述空气源热泵。

进一步，所述第一三通阀和/或第二三通阀和/或第三三通阀为三通挡板阀，用于根据实际工况，调节所述供热系统，进入不同的供热模式。

进一步，所述供热系统还包括：

第一温度传感器，其设置在所述空气源热泵的外部，用于检测室外的空气温度t1；

第二温度传感器，其设置在所述空冷蒸发器的第一通风口处，用于检测经过所述第一通风口的空气温度t2；

第三温度传感器，其设置在所述太阳能集热器的第二通风口处，用于检测经过所述第二通风口的空气温度t3。

进一步，所述供热系统还包括控制装置，所述控制装置用于采集所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器所检测的温度数据，并根据所述温度数据匹配到对应的预设控制策略，并根据所述预设控制策略控制所述第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀。

根据本发明的另一个方面，提供一种供热系统的控制方法，用于控制上述所述的供热系统，其特征在于，包括以下步骤：

采集第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器所分别检测的温度值t1、t2、t3；

根据预设比较策略对所述温度值t1、t2、t3进行比较，得到比较结果；

根据比较结果，匹配到与所述比较结果相对应的预设控制策略；

根据所述预设控制策略输出控制参数，以控制所述第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀，实现不同的供热模式。

进一步，所述预设比较策略包括：

比较策略一，将所述温度值t2与所述温度值t1进行比较；

比较策略二，将所述温度值t3与所述温度值t1进行比较；

比较策略三，将所述温度值t2与预设温度值t0进行比较。

进一步，所述预设控制策略包括：

控制策略一，控制所述第一三通阀和第三三通阀，使所述空冷蒸发器的第一通风口与外界空气连通的通道关闭，所述太阳能集热器的第一通风口与外界空气连通的通道关闭，且所述空冷蒸发器的第一通风口与太阳能集热器的第一通风口通过所述旁通管道连通；控制所述第二三通阀，使所述太阳能集热器的第二通风口与外界空气连通的通道关闭；所述供热系统切换至空气内部循环流程，进入太阳能供热模式；

控制策略二，控制所述第一三通阀，使所述空冷蒸发器的第一通风口与外界空气连通的通道打开；控制所述第二三通阀和第三三通阀，使所述太阳能集热器的第一通风口与外界空气连通的通道打开，第二通风口与外界空气连通的通道关闭；所述供热系统切换至外部空气利用太阳能加热流程，进入空气能+太阳能供热模式；

控制策略三，控制所述第一三通阀，使所述空冷蒸发器的第一通风口与外界空气连通的通道打开；控制所述第二三通阀和第三三通阀，使所述太阳能集热器的第一通风口与外界空气连通的通道关闭，第二通风口与外界空气连通的通道打开；所述供热系统切换至外部空气直接加热流程，进入空气能供热模式；

控制策略四，在控制策略一至控制策略三的基础上启动电加热器，所述供热系统分别进入电辅热供热、太阳能+电辅热供热、空气能+电辅热供热、空气能+太阳能+电辅热供热模式。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明提供的供热系统及其控制方法，采用第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器检测温度，通过第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀对供热系统进行调节。当外部太阳能充足时，空气源热泵吸收温度较高的太阳能集热器的热能进行供热，提高能耗降低电耗；当外部太阳能不足时，空气源热泵吸收太阳能和低品位的空气能供热，能效较高；当没有太阳能时，空气源热泵吸收空气能供热，能效与空气源热泵相同；当空气能不足时，空气源热泵吸收空气能和电加热热能供热，能效介于空气源热泵和电热锅炉之间；当空气温度极低无法利用时，空气源热泵吸收电加热热能，能效等同电热锅炉；当外界空气湿度较高、有结霜风险时，均启动电加热器，防止结霜，保证机组的正常运行。因此本发明的各个运行工况，与相同工况下的空气源热泵相比，都能达到较高的能效，大幅度降低电耗，且能避免空气源热泵结霜除霜的不连续运行的问题，具有很强的实用性和广泛的适用性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的供热系统示意图；

图2是本发明实施例二提供的空气内部循环示意图；

图3是本发明实施例二提供的外部空气利用太阳能加热或利用太阳能和电加热器加热示意图；

图4是本发明实施例二提供的外部空气直接加热或外部空气利用电加热器加热示意图。

附图标记：

1、空气出口，2、第一三通阀，3、第一温度传感器，4、第二温度传感器，5、空冷蒸发器，6、循环风机，7、空气源热泵，8、电加热器，9、常规空气入口，10、第二三通阀，11、第三温度传感器，12、太阳能集热器，13、第三三通阀，14、太阳能空气入口，15、旁通管道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

为了使得公众能够更好的理解本发明，以下实施例中，预设温度是指结霜温度或热泵运行极限温度，温度值用t0表示；第一温度传感器3检测的是室外温度，温度值用t1表示；第二温度传感器4检测的是空冷蒸发器5的第一通风口即空冷蒸发器5的空气出口温度，温度值用t2表示；第三温度传感器11检测的是太阳能集热器12的第二通风口即太阳能集热器12的空气出口温度，温度值用t3表示。

实施例一

本发明实施例一提供一种供热系统。

请参照图1，图1为本发明提供的供热系统示意图。该供热系统包括：空气源热泵7、空冷蒸发器5、太阳能集热器12。

其中，空气源热泵7通过制冷剂管道与空冷蒸发器5内的盘管连通。空气源热泵7用于吸收流经空冷蒸发器5的空气中的热能，并将吸收的热能输送至供热管道。

空冷蒸发器5设置有两个通风口，第一通风口通过第一三通阀2与外界空气连通，第二通风口通过第二三通阀10与外界空气连通；空冷蒸发器5的第一通风口或第二通风口处还设置循环风机6。

太阳能集热器12设置有两个通风口，第一通风口通过第三三通阀13与外界空气连通，第二通风口分两路，一路与第二通风口连通，另一路通过第二三通阀10与外界空气连通。

第一三通阀2与第三三通阀13通过旁通管道15连通。当外部太阳能充足时，空气源热泵7吸收温度较高的太阳能集热器12的热能进行供热，通过旁通管道15形成空气内部循环，进入太阳能供热模式，提高能耗降低电耗。

空冷蒸发器5的第二通风口与太阳能集热器12的第二通风口之间还设置电加热器8，当供热系统有结霜风险时，启动电加热器8，可进入电辅热供热模式，防止结霜，保证机组的正常运行。

在本实施例中，供热系统还包括：

设置在空气源热泵7外部的第一温度传感器3，用于检测室外空气温度，温度值用t1表示；

设置在空冷蒸发器5的第一通风口处的第二温度传感器4，用于检测经过空冷蒸发器5的第一通风口即空冷蒸发器5的空气出口的空气温度，温度值用t2表示；

设置在太阳能集热器12的第二通风口处的第三温度传感器11，用于检测经过太阳能集热器12的第二通风口即太阳能集热器12的空气出口的空气温度，温度值用t3表示。

在本实施例中，供热系统还包括控制装置，用于采集第一温度传感器3、第二温度传感器4和第三温度传感器11所检测的温度数据，并根据温度数据匹配到对应的预设控制策略，并根据预设控制策略控制第一三通阀2、第二三通阀10和第三三通阀13。

实施例二

本发明实施例二提供一种供热系统的控制方法。用于控制上述实施例一的供热系统，包括以下步骤：

s1，采集第一温度传感器3、第二温度传感器4和第三温度传感器11所分别检测的温度值t1、t2、t3；

s2，根据预设比较策略对温度值t0、t1、t2、t3进行比较，得到比较结果；

s3，根据比较结果，匹配到与比较结果相对应的预设控制策略；

s4，根据预设控制策略输出控制参数，以控制第一三通阀2、第二三通阀10和第三三通阀13，实现不同的供热模式。

在本实施例中，步骤s2中所述的预设比较策略包括：

比较策略一，将温度值t2与温度值t1进行比较；

比较策略二，将温度值t3与温度值t1进行比较；

比较策略三，将温度值t2与预设温度值t0进行比较。

在本实施例中，步骤s3中所述的预设控制策略包括：

控制策略一，控制第一三通阀2和第三三通阀13，使空冷蒸发器5的第一通风口与外界空气连通的通道关闭，太阳能集热器12的第一通风口与外界空气连通的通道关闭，且空冷蒸发器5的第一通风口与太阳能集热器12的第一通风口通过旁通管道15连通；控制第二三通阀10，使太阳能集热器12的第二通风口与外界空气连通的通道关闭；供热系统切换至空气内部循环流程，进入太阳能供热模式，请参照图2；

控制策略二，控制第一三通阀2，使空冷蒸发器5的第一通风口与外界空气连通的通道打开；控制第二三通阀10和第三三通阀13，使太阳能集热器12的第一通风口与外界空气连通的通道打开，第二通风口与外界空气连通的通道关闭；供热系统切换至外部空气利用太阳能加热流程，进入空气能+太阳能供热模式，请参照图3；

控制策略三，控制第一三通阀2，使空冷蒸发器5的第一通风口与外界空气连通的通道打开；控制第二三通阀10和第三三通阀13，使太阳能集热器12的第一通风口与外界空气连通的通道关闭，第二通风口与外界空气连通的通道打开；供热系统切换至外部空气直接加热流程，进入空气能供热模式，请参照图4；

控制策略四，在控制策略一至控制策略三的基础上启动电加热器8，供热系统分别进入电辅热供热、太阳能+电辅热供热、空气能+电辅热供热、空气能+太阳能+电辅热供热模式。

在本实施例中，步骤s3中所述的根据比较结果，匹配到与比较结果相对应的预设控制策略，包括：

当比较结果为t2>t1时，即空冷蒸发器5的空气出口的空气温度t2高于室外温度t1时，匹配到控制策略一；此时，供热系统切换至空气内部循环流程，进入太阳能供热模式，请参照图2。在此模式中，电加热器8处于不工作状态，空气在系统内部循环，经过太阳能集热器12加热后，进入空冷蒸发器5放热，由空气源热泵7回收热能后进行供热。

当比较结果为t3>t1>t2时，即太阳能集热器12的空气出口的空气温度t3高于室外温度t1，但空冷蒸发器5的空气出口的空气温度t2低于室外温度t1时，匹配到控制策略二；此时，供热系统切换至外部空气利用太阳能加热流程，进入空气能+太阳能供热模式，请参照图3。在此模式中，电加热器8处于不工作状态，外部空气由太阳能空气入口14进入系统，经过太阳能集热器12加热后，进入空冷蒸发器5放热，由空气源热泵7回收热能后进行供热，放热后的空气通过空气出口1排出系统。

当比较结果为t3＝t1，且t2>t0时，即太阳能集热器12的空气出口的空气温度t3与室外温度t1相同，且空冷蒸发器5的空气出口的空气温度t2高于预设温度t0时，匹配到控制策略三；此时，供热系统切换至外部空气直接加热流程，进入空气能供热模式，请参照图4。在此模式中，电加热器8处于不工作状态，外部空气由常规空气入口9进入系统，由空气源热泵7回收热能后进行供热，放热后的空气通过空气出口1排出系统。

当比较结果为t2<t0时，即空冷蒸发器5的空气出口的空气温度t2低于预设温度t0时，匹配到控制策略四；此时，电加热器8处于工作状态，供热系统分别进入以下供热模式：

电辅热供热或太阳能+电辅热供热，请参照图2，空气在系统内部循环，依次经过太阳能集热器12和电加热器8加热或单独经过电加热器8加热(太阳能不足，不能加热时)后，进入空冷蒸发器5放热，由空气源热泵7回收热能后进行供热。

空气能+电辅热供热，请参照图4，外部空气由常规空气入口9进入系统，经过电加热器8加热后，进入空冷蒸发器5放热，由空气源热泵7回收热能后进行供热，放热后的空气通过空气出口1排出系统。

空气能+太阳能+电辅热供热模式，请参照图3，外部空气由太阳能空气入口14进入系统，依次经过太阳能集热器12和电加热器8加热后，进入空冷蒸发器5放热，由空气源热泵7回收热能后进行供热，放热后的空气通过空气出口1排出系统。

上述电加热器8的加热量控制在保证t2>t0，即保证空冷蒸发器5的空气出口的空气温度t2高于预设温度t0，也就是保证空冷蒸发器5的空气出口的空气温度t2高于结霜温度或热泵运行极限温度。

在上述所有实施例中，第一三通阀2、第二三通阀10和第三三通阀13包括但不限于三通挡板阀，用于根据实际工况，调节供热系统进入不同的供热模式。

上述所有实施例适用于控制装置为自动控制或手动控制的情形。

本发明旨在保护一种供热系统及其控制方法，该供热系统可根据不同的工况进行控制，有太阳能时充分利用太阳能，太阳能不足的情况下用空气能进行补充，当有结霜风险或达到热泵回收极限时通过电辅热补充，从而使设备可以在整个采暖季都能正常运行，且达到最佳运行效率，降低系统电耗。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。