一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统的制作方法

本实用新型涉及一种热水供应系统，更具体地说，涉及一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统。

背景技术：

随着生活水平的不断提高，人们对热水供应需求不断增加。集中供应热水在民用建筑、商业服务业广泛使用，例如游泳池、学校公寓、商场宾馆等都需要集中供应一定的热水，节能环保的新能源热水供应系统有着广泛的应用市场，越来越受到用户的欢迎。

常规的太阳能热水产品受天气影响明显，在阴雨天、下雪天、夜晚就不能工作，在我国的很多地区太阳热水器的电辅助装置工作时间要超过40％，因而其实际运用和节能效果受到很大影响。

空气源热泵热水器是一种新型的热水制取装置，可以从环境低温热源吸收大量的热能，经热泵循环后制取热水。空气源热泵系统一般由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器四个部分组成，在制取热水时，进入蒸发器的低温低压液态工质在蒸发器中蒸发，吸收外界环境空气中的热量，变成低温低压蒸气进入压缩机；气态工质被压缩机压缩，变为高温高压蒸气后进入冷凝器；工质在冷凝器中释放热量、冷凝成为液态，把从蒸发器和压缩机中吸取的热量和电能传递给冷水；冷凝后的高压液态热泵工质经节流膨胀装置降低压力，然后进入蒸发器开始下一热力循环，以达到不断制取热水的目的。

空气源热泵热水器有着制热效率高、安全性能好、使用寿命长和安装方便的特点，其适应环境气候能力强，几乎不受天气影响，可以全天候生产热水，不论刮风下雨白天黑夜，一天24小时生产供应热水。但在天气晴朗的春夏秋季节，太阳能热水产品的经济性更为显著。

经检索，现有技术中已有太阳能和空气源热泵联合制热的技术方案公开，但是现有技术方案中存在以下缺陷：

1)空气源热泵作为太阳能热水器的辅助加热装置，在空气源热泵介入后，空气源热泵和太阳能热水器生产的热水一般直接进入生活用水罐或中间罐中混合，由于空气源热泵和太阳能热水器生产的热水不同，这种混合方式无法调节和控制水温，因此供应热水温度稳定性差；

2)由于空气源热泵和太阳能热水器生产的热水在混合过程中不能很好地根据水温改变混合比例，容易导致热水达到设定温度的时间较长，从而使空气源热泵介入时间增加，导致电能消耗增加。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有太阳能和空气源热泵联合制热系统存在的上述不足，提供一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，采用本实用新型的技术方案，利用控制系统智能优化空气源热泵机组和太阳能热水器的工作模式，在保证稳定提供热水的情况下，充分降低生产热水的成本，节省电能；并且，空气源热泵机组和太阳能热水器生产的热水首先汇集到混水装置内，控制系统根据用水温度智能优化混水装置的混合比例，实现了稳定水温的效果，温度控制更加精确。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，包括进水泵、空气源热泵机组、太阳能热水器、循环水泵、贮水箱、用水泵和控制系统，还包括具有流量调节和混合作用的混水装置，所述的空气源热泵机组和太阳能热水器通过管路并联连接，所述的进水泵将自来水分别输入空气源热泵机组和太阳能热水器的进水口，空气源热泵机组和太阳能热水器的出水口分别连接至混水装置，所述的混水装置连接至贮水箱的进水口，所述的贮水箱的循环水口通过循环水泵分别连接至空气源热泵机组和太阳能热水器的循环水口，所述的贮水箱的出水口通过用水泵连接至用户端；所述的控制系统包括控制器、数据采集模块和热源控制模块，所述的控制器分别电连接数据采集模块、热源控制模块和混水装置，控制器根据数据采集模块检测得到的温度信息选择热源控制模块的工作模式及调节混水装置的输出流量。

更进一步地，还包括辅助电加热器，所述的辅助电加热器与控制器电连接，所述的辅助电加热器的进水口连接进水泵，辅助电加热器的出水口连接贮水箱的进水口。

更进一步地，所述的数据采集模块包括用于检测环境温度的环境温度传感器、用于检测用户侧水温的用户侧水温传感器和用于检测贮水箱水温的水箱水温传感器。

更进一步地，所述的用水泵处还设有用于控制用水泵启停的压力开关并联水流开关。

更进一步地，所述的用户端与贮水箱的回路上还设有电磁阀。

更进一步地，所述的贮水箱内设有用于实现不同水位控制的四段式水位开关。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，其控制器分别电连接数据采集模块、热源控制模块和混水装置，利用控制系统智能优化空气源热泵机组和太阳能热水器的工作模式，在保证稳定提供热水的情况下，充分降低了生产热水的成本，节省电能；并且，空气源热泵机组和太阳能热水器的出水口分别连接到混水装置，混水装置连接至贮水箱的进水口，空气源热泵机组和太阳能热水器生产的热水首先汇集到混水装置内，在混水装置中进行混合，同时控制系统根据用水温度智能优化混水装置的混合比例，实现了稳定水温的效果，温度控制更加精确；

(2)本实用新型的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，其还包括辅助电加热器，辅助电加热器与控制器电连接，辅助电加热器的进水口连接进水泵，辅助电加热器的出水口连接贮水箱的进水口，当环境温度低于某设定值时，辅助电加热器能够生产热水，保证多种环境气候下均能稳定地提供热水，尤其在冬季低温条件下稳定可靠运行；

(3)本实用新型的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，其数据采集模块包括用于检测环境温度的环境温度传感器、用于检测用户侧水温的用户侧水温传感器和用于检测贮水箱水温的水箱水温传感器，实现热水供应系统的实时检测，为控制系统综合判断空气源热泵机组、太阳能热水器和辅助电加热器的工作方案提供可靠依据；

(4)本实用新型的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，其用水泵处还设有用于控制用水泵启停的压力开关并联水流开关，便于用水增压泵的自动控制；

(5)本实用新型的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，其用户端与贮水箱的回路上还设有电磁阀，通过打开电磁阀能够在用水泵开启后将用户端管道内的冷水循环到贮水箱中，减少用户端放出冷水的水量，减少水资源的浪费；

(6)本实用新型的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，其贮水箱内设有用于实现不同水位控制的四段式水位开关，便于控制贮水箱内的水量，方便及时补水。

附图说明

图1为本实用新型的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统的原理示意图；

图2为本实用新型中的控制系统的原理示意图。

示意图中的标号说明：

1、截止阀；2、过滤器；3、进水泵；4、空气源热泵机组；5、太阳能热水器；6、辅助电加热器；7、混水装置；8、水流开关；9、循环水泵；10、贮水箱；11、清洗阀；12、用水泵；13、压力开关并联水流开关；14、电磁阀。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例

结合图1和图2所示，本实施例的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，包括进水泵3、空气源热泵机组4、太阳能热水器5、循环水泵9、贮水箱10、用水泵12、控制系统以及具有流量调节和混合作用的混水装置7，空气源热泵机组4和太阳能热水器5通过管路并联连接，即空气源热泵机组4和太阳能热水器5的进水口分别连接至进水泵3，空气源热泵机组4和太阳能热水器5的出水口分别连接至混水装置7，进水泵3将自来水分别输入空气源热泵机组4和太阳能热水器5的进水口，在空气源热泵机组4和太阳能热水器5中加热后，从空气源热泵机组4和太阳能热水器5的出水口分别流向混水装置7中，在混水装置7中充分混合后，流入与混水装置7连接的贮水箱10内，贮水箱10的循环水口通过循环水泵9分别连接至空气源热泵机组4和太阳能热水器5的循环水口，在贮水箱10内的热水温度下降后，通过循环水泵9将热水再次循环到空气源热泵机组4和太阳能热水器5中加热，贮水箱10的出水口通过用水泵12连接至用户端。如图2所示，控制系统包括控制器、数据采集模块和热源控制模块，控制器分别电连接数据采集模块、热源控制模块和混水装置7，数据采集模块用于检测用户侧水温、贮水箱10内水温和环境温度等温度参数，热源控制模块能够控制太阳能热水器5单独工作，也可控制太阳能热水器5与空气源热泵机组4同时工作，控制器根据数据采集模块检测得到的温度信息选择热源控制模块的工作模式及调节混水装置7的输出流量。

本实施例的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，将空气源热泵机组4和太阳能热水器5联合运行，并采用智能控制系统，集中向一定数量的用户提供热水，如高档住宅、办公楼、宾馆客房、医院病房、学生宿舍等；考虑到太阳能热水器5在阴雨天、下雪天、夜晚就不能工作，引入空气源热泵机组4，形成空气源热泵+太阳能热水器组合系统，可以实现在更多的环境气候下，稳定的提供热水；同时，在热水供应系统中，采用智能控制系统，保证了热水的稳定生产和最优节能效果，增强了原有太阳能热水系统的适应环境气候能力，同时更加节能环保。

上述的混水装置7既具有流量调节作用，又具有热水混合作用，能够实现不同热源供水的适时调节，由控制器对采集数据进行运算后，根据预设控制策略对混水装置7传输信号，进行输出流量控制，以达到稳定水温的效果。该混水装置7可采用两个流量调节阀和一段混合通道，空气源热泵机组4和太阳能热水器5的出水口分别连接一个流量调节阀，两个流量调节阀均由控制器控制，控制器根据用户侧用水温度和贮水箱10内水温以及空气源热泵机组4和太阳能热水器5即时制热效率，控制两个流量调节阀的流量比例，从而使热水混合后达到设定温度，便于热水温度精确控制。具有流量调节和热水混合作用的混水装置7并不限于上述介绍的结构，还可通过现有的其他技术手段实现，在此就不再一一赘述。

接续图1所示，由于低温条件下空气源热泵机组4无法有效提供热水，因此在本实施例中，还包括辅助电加热器6，辅助电加热器6也与控制器电连接，辅助电加热器6的进水口连接进水泵3，辅助电加热器6的出水口连接贮水箱10的进水口，当环境温度低于某设定值时，辅助电加热器6能够生产热水，保证多种环境气候下均能稳定地提供热水，尤其在冬季低温条件下稳定可靠运行。贮水箱10的底部还设有便于贮水箱10排污的清洗阀11。用水泵12处还设有用于控制用水泵12启停的压力开关并联水流开关13，便于用水增压泵的自动控制。循环水泵9的前端还设有水流开关8。用户端与贮水箱10之间还设有返水回路，在该回路上还设有电磁阀14，通过打开电磁阀14能够在用水泵12开启后将用户端管道内的冷水循环到贮水箱10中，减少用户端放出冷水的水量，减少水资源的浪费。另外，贮水箱10内还设有用于实现不同水位控制的四段式水位开关，如图1中所示的S1、S2、S3和S4，便于控制贮水箱10内的水量，方便及时补水。为了便有热水供应系统的控制，在进水泵3的前端还可设置截止阀1和过滤器2。

如图2所示，在本实施例中，数据采集模块包括用于检测环境温度的环境温度传感器、用于检测用户侧水温的用户侧水温传感器和用于检测贮水箱10水温的水箱水温传感器，通过上述的数据采集模块，实现了热水供应系统的实时检测，为控制系统综合判断空气源热泵机组4、太阳能热水器5和辅助电加热器6的工作方案提供可靠依据，便于控制器进行运算和综合判断。热源控制模块采用优先级综合控制策略，即太阳能热水器5优先于空气源热泵机组4，空气源热泵机组4优先于辅助电加热器6，具体而言，当太阳能热水器5生产的热水温度无法达到设定温度时，才开启空气源热泵机组4辅助生产热水，当空气源热泵机组4也无法提供足够温度热水时，才开启辅助电加热器6。同时，还可对热源输出功率进行协调控制，达到水温稳定以及节能的效果，例如空气源热泵机组4可采用变频器等具有调节输出功率的设备。本实施例中的控制器可采用目前流行的主流控制器，比如可编程控制器、嵌入式系统、单片机等，但不局限于此。水温控制策略可采用PID算法，将采集的温度值与设定值对比，进而控制热源以及混水装置，让系统尽快、准确的到达设定温度。

本实施例的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，为用户集中提供55℃热水。运行时，当太阳能热水器5出口温度高于某设定值时，控制器将采集的温度值与设定值进行对比，此时空气源热泵机组4无需工作，以实现最优节能效果，充分利用太阳能产生热水，降低生产热水成本；当太阳能热水器5出口温度低于某设定值时，控制器将采集的温度值与设定值对比，此时空气源热泵机组4需要工作，根据温差调节输出功率，以实现混水装置7出口温度高于某设定值；当环境温度低于某设定值时，控制器将采集的温度值与设定值对比，此时辅助电加热器6工作，根据温差调节输出功率，以实现贮水箱10内温度高于某设定值。在循环水泵9不使用时，也可采用直热式生产热水。

本实用新型的一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统，利用控制系统智能优化空气源热泵机组和太阳能热水器的工作模式，在保证稳定提供热水的情况下，充分降低生产热水的成本，节省电能；并且，空气源热泵机组和太阳能热水器生产的热水首先汇集到混水装置内，控制系统根据用水温度智能优化混水装置的混合比例，实现了稳定水温的效果，温度控制更加精确；同时，增强了原有太阳能热水系统的适应环境气候能力，更加节能环保。

以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。