空气源热泵机组和蓄热型电加热装置联合供热系统的制作方法

本实用新型属于节能技术领域，具体涉及空气源热泵机组和蓄热型电加热装置联合供热系统。

背景技术：

近年来，由于我国电力工业的持续发展，产业结构发生了很大变化，而且人民生活质量不断提高，尤其是一些中心城市对环境保护的特殊要求和某些电力供应较为充足的地方，蓄热装置得到广泛的使用。不同的热源都有相应的适用范围。比如空气源热泵具有节能的突出优点，但在低环境温度和高环境湿度的时候，工作受限甚至不能工作。随着出水温度的升高，热泵能效比大幅下降，节能效果不明显，而低出水温又不能满足许多供热末端的要求；电蓄热设备工作稳定，出水温度高，供热效果好，但通常电力要大幅增容，导致投资大。

现有的联合供热系统中，如专利号：cn201721478083，名称：空气源热泵和蓄热电锅炉联合集中供热系统的中国专利，其中包含空气源热泵和蓄热电锅炉，但只是根据一个固定的环境温度切换或协同工作，实际不同品牌的热泵和蓄热电锅炉规格型号多样，特性各不相同，实际工作工况也千变万化，只是简单地根据一个固定的外温，很难发挥系统最大的性能。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种空气源热泵机组和蓄热型电加热装置联合供热系统。

本实用新型所采用的技术方案为：空气源热泵机组和蓄热型电加热装置联合供热系统，包括空气源热泵机组、蓄热型电加热装置和耦合器，耦合器包括容器，容器内设置有上筛板和下筛板，上筛板和下筛板均设置有筛孔，容器上部设置有输送蓄热型电加热装置出水口和接收热泵机组回水口，容器下部设置有接收用户回水口和输送热泵机组出水口，输送热泵机组出水口通过第一管道与空气源热泵机组的进水口连通，空气源热泵机组的出水口通过第二管道与接收热泵机组回水口连通，输送蓄热型电加热装置出水口通过第三管道与蓄热型电加热装置的进水口连通。

进一步地，所述的接收用户回水口通过总回水管与供热网管连通，总回水管上设置有总回水温度传感器。

进一步地，所述的蓄热型电加热装置的出水口通过总供水管与供热网管连通，总供水管上设置有总供水温度传感器。

进一步地，所述的第一管道上设置有热泵机组循环泵和热泵机组总回水温度传感器。

进一步地，所述的第二管道上设置有热泵机组总出水温度传感器。

进一步地，所述的第三管道上设置有总循环泵和蓄热型电加热装置总回水温度传感器。

本实用新型的有益效果为：(1)空气源热泵机组在供暖季的某些极寒时段无法正常供热，只能放弃使用，本实用新型采用蓄热装置补热，使空气源热泵应用范围扩大。

(2)空气源热泵出水温度较低，温差小。某些供热末端如散热片要求温度高，温差大，热泵不能满足要求。本实用新型采用蓄热型电加热装置提温，使适用范围更广。

(3)蓄热装置输出介质多样，供热稳定，能满足几乎所有供热末端的要求，但是存在电力增容大的缺陷。本实用新型将蓄热结合热泵联合供热，发挥热泵高效节能的特点，大幅降低电力增容的要求，兼有蓄热供热的优秀特性。

(4)热源供热没有冗余，遇到设备故障，难免影响用户供暖。本实用新型结合两种热源，系统可靠性大大增加，在部分设备故障时，可以保障基本供暖，为排除故障争取时间。

(5)一般集中供热要求小流量大温差，蓄热型电加热装置输出热性多样，可以满足要求，但是空气源热泵出水是大流量小温差，特性不匹配，本实用新型采用耦合器解决这个问题。

(6)热泵型号厂家众多，特征曲线千差万别，与蓄热装置联合运行需要良好的匹配，采用单一的运行策略或方法很难满足各种组合方式。本实用新型采用智能的自适应逼近策略，会很快适应实际的运行状态，达到最接近用户要求的的运行效果。

(7)本实用新型针对用户的不同需求，设置了多种运行模式，有经济模式、节能模式、强热模式、单蓄热模式、单热泵模式、手动模式。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是耦合器的结构示意图；

图3是本实用新型中的控制系统框图；

图中：1-空气源热泵机组、2-蓄热型电加热装置、3-耦合器、4-供热用户、31-接收用户回水口、32-输送热泵机组出水口、33-接收热泵机组回水口、34-输送蓄热型电加热装置出水口、35-下筛板、36-上筛板、37-筛孔、5-总循环泵、6-热泵机组循环泵、7-总回水温度传感器、8-总供水温度传感器、9-蓄热型电加热装置总回水温度传感器、10-热泵机组总回水温度传感器、11-热泵机组总出水温度传感器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“前”、“后”、“左”、“右”、“底”、“侧面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

如图1、2所示，空气源热泵机组和蓄热型电加热装置联合供热系统，包括空气源热泵机组1、蓄热型电加热装置2和流量自动调谐器3，流量自动调谐器3包括容器，容器内设置有上筛板36和下筛板35，使容器具有上部空腔、中部空腔和下部空腔，上筛板36和下筛板35均设置有均匀分布的筛孔37，容器上部设置有分别与容器上部空腔连通的输送蓄热型电加热装置出水口34和接收热泵机组回水口33，容器下部设置有分别与容器下部空腔连通的接收用户回水口31和输送热泵机组出水口32。

输送热泵机组出水口32通过第一管道与空气源热泵机组1的进水口连通，空气源热泵机组2的出水口通过第二管道与接收热泵机组回水口33连通，输送蓄热型电加热装置出水口34通过第三管道与蓄热型电加热装置2的进水口连通。

所述的第一管道上设置有热泵机组循环泵6和热泵机组总回水温度传感器10。所述的第二管道上设置有热泵机组总出水温度传感器11。所述的第三管道上设置有总循环泵5和蓄热型电加热装置总回水温度传感器9。

如图1所示，所述的接收用户回水口31通过总回水管与供热网管连通为供热用户4提供热量，且总回水管上设置有总回水温度传感器7。所述的蓄热型电加热装置2的出水口通过总供水管与供热网管连通为供热用户4提供热量，且总供水管上设置有总供水温度传感器8。

如图3所示，该装置还设置有plc主机，plc主机分别与总回水温度传感器7、总供水温度传感器8、蓄热型电加热装置总回水温度传感器9、热泵机组总回水温度传感器10、热泵机组总出水温度传感器11、外界气温传感器连接。同时plc主机监控总循环泵5、热泵机组循环泵6、空气源热泵机组1和蓄热型电加热装置2的工作状态。

本实用新型的工作原理及过程：

1、主水路循环：用户回水通过接收用户回水口31进入流量自动调谐器3，通过空气源热泵机组1与流量自动调谐器3的循环升温，从输送蓄热型电加热装置出水口34输出，经总循环泵5驱动，进入蓄热型电加热装置2，再次加热后输送给供热用户4。如此反复。

2、流量自动调谐器3的作用及内部水流：用户回水通过接收用户回水口31进入流量自动调谐器3的下部空腔，由于下筛板35的阻隔，以及用户回水流量<热泵需水量，用户回水基本通过输送热泵机组出水口32输送到空气源热泵机组1，经空气源热泵机组1加热后，通过接收热泵机组回水口33送回流量自动调谐器3，因空气源热泵机组1流量大，部分热水通过输送蓄热型电加热装置出水口34送出流量自动调谐器3，部分热水通过上筛板36上的筛孔37向下输送，通过下筛板35进入流量自动调谐器3的下部空腔，与接收用户回水口31进来的用户回水混合，通过输送热泵机组出水口32输送到空气源热泵机组1，再次被空气源热泵机组1加热，如此不断，使流量自动调谐器3内的水温不断上升。最终空气源热泵机组1和流量自动调谐器3组成的系统具备了高温差小流量的特性，匹配用户供热要求。

3、热泵机组中热泵寿命的平衡方法：plc主机记录每台热泵的累计工作时间。启动时，优先启动运行时间最少的热泵，停止时，优先停止运行时间最长的热泵。

4、热泵机组的群控方法：用户设置总供水温度t设后，plc主机通过485通讯自动将热泵的回水温度设定为t设-2℃，特别地，此温度有上限值，以免热泵能效过低。

此后，热泵机组总出水温度传感器11采集热泵机组的总出水温度，与用户设定值t设比较，plc主机按下列方法控制热泵群里热泵的运行或停止，从而使热泵群出水温度达到设定值。

加载热泵：热泵总出水温<t设–t差(负差温度)，每n秒加载一台。

保持热泵：t设-t差<热泵总出水温<t设，保持运行数。

减载热泵：t设<热泵总出水温，每n秒减载一组。

至此，可以将热泵机组视同一台制热能力可变的超大型热泵。

5、热泵循环泵的群控：大型应用的时候，为了节省电能，通常配置多台热泵机组循环泵6。

平衡多台热泵机组循环泵6的工作时间：plc主机记录每台热泵机组循环泵6的工作时间，启动时，优先启动运行时间最少的热泵机组循环泵6，停止时，优先停止运行时间最长的热泵机组循环泵6。

热泵机组循环泵6启动条件：plc主机通过485通讯检测到空气源热泵机组1的启泵信号。

热泵机组循环泵6启动数量：泵运行数＝热泵运行数/总热泵数*总水泵数，向上取整数。特别地，为了防止热泵管路冷冻，plc主机至少启动一台水泵。

6、设备选型弹性较大，需从供热可靠性、设备寿命、谷电价格、峰电价格、平电价格、增容条件等综合考虑。首先，蓄热型电加热装置保证在电加热状态下能满足单独供热，即电功率及热功率>热负荷；其次，热泵在标称工况下连续工作时，制热能力能满足单独供热。

7、通常热泵才有cop(能效比)指标，为了控制逻辑运算的方便，定义了一些假定的虚拟cop。

fcop＝峰电电价/谷电电价*0.95

pcop＝平电电价/谷电电价*0.95

gcop＝空气源热泵机组极限启动气温对应的能效比

其中0.95为蓄热型电加热装置的热转化率，即蓄热型电加热装置最大有效放热量/总耗电量。

8、在空气源热泵机组1和蓄热型电加热装置2两种热源联合供热时，需要测量计算热泵的实时cop，使plc主机能决定让哪种热源运行，如何运行等。

plc主机采集热泵机组热功率、热泵机组电功率的数据，计算scop＝热泵总热功率/总电功率。

由于热泵机组热功率的数据滞后于热泵机组电功率的数据，plc主机对热泵机组电功率的数据延后一定时间用于计算，延后时间根据实际情况设定。

9、运行模式1-手动模式：plc主机对空气源热泵机组1和蓄热型电加热装置2只监不控，由用户自行管理空气源热泵机组1和蓄热型电加热装置2的运行。

10、运行模式2-强热模式：plc主机指令气源热泵机组1和蓄热型电加热装置2按设定的出水温度运行，不考虑外界气温等条件对热泵的影响，不强制蓄热型电加热装置2只在谷电时期启动电加热，以保证供热效果为导向。

11、运行模式3-单蓄热模式：plc主机指令蓄热型电加热装置2按设定的温度自动运行，plc主机指令空气源热泵机组1停机。

12、运行模式4-单热泵模式：plc主机指令空气源热泵机组1按设定的温度自动运行，plc主机指令蓄热型电加热装置2停机。

13、运行模式5-经济模式：即提供相同的热量，采用花费最少的空气源热泵机组1或蓄热型电加热装置2或组合进行供热。

空气源热泵机组1的能效比受环境空气温度、环境空气湿度、出水温度等影响，通过特征曲线查得的特定能效比对应的温度可能存在误差，导致判断空气源热泵机组1是否参与供热出现错误，增加花费。通过实际运行寻找到特定能效比对应的准确温度，可以更准确地判断空气源热泵机组1是否参与供热，减少花费。

(1)谷电时：

当室外温度>t谷，t谷指空气源热泵机组极限启动气温，空气源热泵机组1进行供热，蓄热型电加热装置2按需要提温。否则，只有蓄热型电加热装置2进行供热。

当空气源热泵机组1运行后，比较scop与gcop。

若scop>gcop+0.05(此值可调整)，则本次运行结束后t谷-1℃(此值可调整)；

若scop<gcop-0.05(此值可调整)，则本次运行结束后t谷+1℃(此值可调整)。

所述的0.05为可接受的范围值，当scop上下偏差在0.05之内，不调整t谷值。

(2)平电时：

当室外温度>t平，t平指平电电价/谷电电价*0.95的值为能效比，根据热泵制热曲线图查询获得空气源热泵机组1此能效比时的运行温度，这时，空气源热泵机组1进行供热，蓄热型电加热装置2按需要提温。否则，只有蓄热型电加热装置2进行供热；例如t平＝-7℃。当室外气温大于-7℃时，产生相同热量，空气源热泵机组1比蓄热型电加热装置2花费更少。

当空气源热泵机组1运行后，比较scop与pcop。

若scop>pcop+0.05(此值可调整)，则本次运行结束后t平-1℃(此值可调整)；

若scop<pcop-0.05(此值可调整)，则本次运行结束后t平+1℃(此值可调整)。

所述的0.05为可接受的范围值，当scop上下偏差在0.05之内，不调整t平值。

(3)峰电时：

当室外温度>t峰，t峰指峰电电价/谷电电价*0.95的值为能效比，根据热泵制热曲线图查询获得空气源热泵机组1此能效比时的运行温度，这时，空气源热泵机组1进行供热，蓄热型电加热装置2按需要提温。否则，只有蓄热型电加热装置2进行供热；例如t平＝-2℃。当室外气温大于-2℃时，产生相同热量，空气源热泵机组1比蓄热型电加热装置2花费更少。

当空气源热泵机组1运行后，比较scop与fcop。

若scop>fcop+0.05(此值可调整)，则本次运行结束后t峰-1℃(此值可调整)；

若scop<fcop-0.05(此值可调整)，则本次运行结束后t峰+1℃(此值可调整)。

所述的0.05为可接受的范围值，当fcop上下偏差在0.05之内，不调整t峰值。

(4)在峰电、平电时段出现蓄热型电加热装置2启动电加热后的处理方法：

检测到室外气温>t谷，即启动热泵；

提高蓄热型电加热装置2的蓄热温度到最大值；

减小pcop、fcop，使峰电、平电时段热泵工作时长增加，增大gcop的值，使谷电时段空气源热泵机组1工作时长减小从而增加蓄热型电加热装置2蓄热时长；

(5)峰电、平电时段蓄热装置启动电加热的情况消失后的处理方法：

当谷电开始时蓄热型电加热装置2仍有一定蓄热量(可设置)后，增加pcop、fcop，减小gcop的值，调整到初始值时，降低蓄热型电加热装置2的谷电蓄热温度。

14、运行模式6-节能模式：

检测到室外气温>t谷，控制系统将空气源热泵机组1的出水温度设定为用户需求的温度并自动运行，控制系统将蓄热型电加热装置2的出水温度设定为用户需求的温度并自动运行。

在峰电、平电时段出现蓄热装置启动电加热后的处理方法：提高蓄热型电加热装置2谷电蓄热的蓄热温度到最大值，峰电平电时段蓄热装置启动电加热的情况消失，且谷电开始时蓄热型电加热装置2仍有一定蓄热量(可设置)后，降低蓄热型电加热装置2的谷电蓄热温度。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。