一种热泵与燃气锅炉联合供热系统与其调控方法与流程

文档序号：23061445发布日期：2020-11-25 17:44阅读：470来源：国知局

本发明涉及暖通空调技术领域，尤其涉及一种热泵与燃气锅炉联合供热系统与其调控方法。

背景技术：

由于热泵的性能系数cop与室外温度有关，因此在外温低的情况下，热泵的cop降低很多，特别是在频频出霜时，cop更低，也就是说产生相同的热量，需要消耗更多的电能；为保证热泵的cop足够高，并节约电能，热泵常与燃气锅炉结合运行，但是常常找到不能正确的运行分界点来切换热泵或是燃气锅炉。

在热泵cop足够高的情况下，热泵系统的cop不高，这也是热泵系统常见的问题；热泵的cop与供热系统的供水温度有关，热泵为热源的供热系统不能按照热用户的热负荷供热，就会导致热泵出水温度高，也是热泵cop不高的原因之一。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种热泵与燃气锅炉联合供热系统与其调控方法，采用热泵与燃气锅炉联合作为热源的供热系统，起到提高热泵cop，降低供热成本，系统cop寻优的作用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种热泵与燃气锅炉联合供热系统包括热泵、燃气锅炉、调控控制器与热量表、温度压力传感器、室温监测系统、水泵和热用户，所述燃气锅炉供水管和燃气锅炉回水管之间连接多个燃气锅炉，燃气锅炉连接燃气锅炉燃气表；燃气锅炉供水管连接燃气锅炉供水温度传感器、燃气锅炉供水压力传感器和燃气锅炉供水球阀，燃气锅炉供水管的末端与燃气锅炉连接上t接头相连；所述燃气锅炉回水管连接燃气锅炉循环泵、燃气锅炉热量表、燃气锅炉回水温度传感器、燃气锅炉回水压力传感器和燃气锅炉回水球阀，燃气锅炉回水管始端与燃气锅炉连接下t接头相连；

所述热泵供水管和热泵回水管之间连接多个热泵，热泵连接热泵电能表；热泵供水管连接热泵供水温度传感器、热泵供水压力传感器和热泵回水球阀，热泵供水管的末端与热泵连接上t接头相连；所述热泵回水管连接热泵循环泵、热泵热量表、热泵回水温度传感器、热泵回水压力传感器和热泵供水球阀，热泵回水管的始端与热泵连接下t接头相连；

所述二网循环泵入口水管连接二网循环泵、止回阀、二网供水温度传感器、二网供水压力传感器和二网供水管；所述二网供水管连接二网供水管球阀、分水器，二网供水管的末端连接热用户；热用户与二网回水管连接，所述二网回水管上连接集水器、二网回水球阀、除污器、二网回水温度传感器、二网回水压力传感器和二网流量表。

同时燃气锅炉连接上t接头与二网循环泵入口水管相连，热泵连接下t接头与二网回水管相连；燃气锅炉连接下t接头与热泵连接上t接头通过燃气锅炉与热泵联通管连接；

热泵循环泵、燃气锅炉循环泵和二网循环泵都配有变频器，并配有电能表；燃气锅炉供电部分与热泵供电部分也单独配置电量表；燃气锅炉单独配置燃气表，所有电量表与煤气表、热量表、流量表都具有远程数字接口，调控控制器可以直读瞬时量与累积量；

所述调控控制器左端设控制器模拟量输入接口和控制器数字量接口，右端设控制器模拟量输出接口；调控控制器控制整个供热系统运行。

与热泵相连的上下t接头之间的间距应该在3~5个管径，与燃气锅炉相连的上下t接头之间的间距也应该在3~5个管径。

一种热泵与燃气锅炉联合供热系统的调控方法，其步骤如下：

s1：计算最小成本系数

（1）调控控制器采集供热系统的运行数据：热泵输出热量、用电量，燃气锅炉的输出热量与用气量，以及热泵与燃气锅炉的出水、回水温度、热网的供水温度与回水温度、与热泵、燃气锅炉、一网和二网的压力传感器；

（2）调控控制器按照热用户热负荷计算热用户需要的供热量，供热量计算公式为：q供=k1*(tn-tw)，这里k1是供热系数，可由历史数据或是经验数据获得，取值与供热面积成正比；tn是室温；tw是外温；

（3）由于采用热泵与燃气锅炉联合供热，因此q泵=q供-q炉；这里q泵是热泵输出热量，q供是热用户的供热量，q炉是燃气锅炉输出的热量；

（4）热泵性能系数计算cop热泵=q泵/q热泵电入；这里q热泵电入是输入到热泵的电量；

（5）燃气锅炉效率计算η=q炉/q炉气入；这里q炉气入是输入到燃气锅炉的天燃气热量；

（6）计算成本系数y1=q热泵电入*￥电价+q炉气入*￥炉气价。注意在峰谷电价情况下，要按照时间段，按照峰谷电价计算成本系数；

（7）使燃气锅炉输出热量q炉在0~100%变化，每变化1%，计算热泵输出的热量q泵，并计算成本系数；

（8）在成本系数y1数列中找最小成本系数，对应最小成本系数的q泵和q炉就是最经济的泵炉热量分配比；

（9）按照最小成本系数对应的q泵，可以计算热泵出水温度tg泵=q泵/g热泵流量+th二网；这里g热泵流量是热泵水系统流量，th二网是二网回水温度；

（10）按照最小成本系数对应的q炉，可以计算燃气锅炉出水温度tg炉=q炉/g炉流量+tg泵；这里g炉流量是燃气锅炉水系统的流量；

（11）以上（2）~（10），每小时计算一次；

s2：计算最佳流量

（1）使系统最佳流量g佳流=g泵流量=g炉流量=g二网流量，使流量g佳流在设计流量~k2%之间变化，每次变化减少1%，k2%的选择范围60%~100%之间；

（2）按照tg泵流=q泵/g泵流量+th二网计算热泵出水温度，与tg炉=q炉/g炉流量+tg泵计算燃气锅炉出水温度；

（3）计算改变流量后的热泵cop，cop流量=cop泵+（tg泵-tg泵流）*k3%，k3值在1~4之间选择；

（4）计算热泵输入电量，q热泵电入=q泵/cop流量；

（5）计算系统cop，cop系统=（q泵+q炉）/（q热泵电入+q炉电入+q炉气入+q水泵电入）；

（6）计算热泵与燃气锅炉的联合性能系数cop泵炉=（q泵+q炉）/（q热泵电入+q炉气入）；

（7）然后计算综合性能系数y2=cop泵炉－cop系统；

（8）上述计算完成后，在综合性能系数y2的数列中，选择综合性能系数y2为最大值时的流量为最佳流量g佳流，而对应最佳流量g佳流的是最佳热泵出水温度tg泵与燃气锅炉出水温度tg炉；

（9）以上（1）~（8），每小时计算一次；

s3：调控控制器输出计算的热泵出水温度tg泵流与燃气锅炉出水温度tg炉到热泵与燃气锅炉，控制二网供水温度按照给定的供水温度运行；同时控制热泵循环泵流量、燃气锅炉循环泵流量与二网循环泵流量按照g热泵流量、g炉流量与g二网流量运行。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果：采用热泵与燃气锅炉联合作为热源的供热系统，系统设计简单合理，易操作；应用合理的方法计算准确的运行分界点来切换热泵或是燃气锅炉，起到提高热泵cop，降低供热成本，系统cop寻优的作用。

附图说明

图1是本发明供热系统的结构图；

1、热泵电能表；2、燃气锅炉燃气表；3、二网循环泵入口水管；4、热泵循环泵变频器；5、热泵循环泵；6、热泵n；7、热泵二；8、热泵一；9、燃气锅炉电能表；10、燃气锅炉循环泵变频器，11、二网流量表；12、燃气锅炉循环泵；13、燃气锅炉n；14、燃气锅炉二；15、燃气锅炉一；16、燃气锅炉供水温度传感器；17、燃气锅炉供水压力传感器；18、燃气锅炉回水温度传感器；19、燃气锅炉回水压力传感器；20、热泵供水温度传感器；21、热泵供水压力传感器；22、热泵回水温度传感器；23、热泵回水压力传感器；24、二网供水温度传感器；25、二网供水压力传感器；26、二网回水温度传感器；27、二网回水压力传感器；28、除污器；29、燃气锅炉供水球阀；30、水泵电能表；31、二网循环泵；32、二网循环泵变频器；33、止回阀；34、二网供水管球阀；35、热用户；36、分水器；37、集水器；38、二网回水球阀；39、触摸屏；40、室外温度传感器；41、控制器模拟量输入接口；42、控制器数字量接口；43、控制器模拟量输出接口；44、调控控制器；45、热泵供水球阀；46、热泵回水球阀；47、燃气锅炉回水球阀；48、燃气锅炉供水管；49、燃气锅炉回水管；50、热泵供水管；51热泵回水管；52、二网供水管；53、二网回水管；54、燃气锅炉连接上t接头；55、燃气锅炉连接下t接头；56、燃气锅炉与热泵联通管、57、热泵连接上t接头；58、热泵连接下t接头；59、热泵热量表；60、燃气锅炉热量表；61、室温测量系统。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明进行说明。

如图1，一种热泵与燃气锅炉联合供热系统包括热泵、燃气锅炉、调控控制器与热量表、温度压力传感器、室温监测系统、水泵和热用户，所述燃气锅炉供水管48和燃气锅炉回水管49之间连接多个燃气锅炉，燃气锅炉连接燃气锅炉燃气表2；燃气锅炉供水管48连接燃气锅炉供水温度传感器16、燃气锅炉供水压力传感器17和燃气锅炉供水球阀29，燃气锅炉供水管48的末端与燃气锅炉连接上t接头54相连；所述燃气锅炉回水管49连接燃气锅炉循环泵12、燃气锅炉热量表60、燃气锅炉回水温度传感器18、燃气锅炉回水压力传感器19和燃气锅炉回水球阀47，燃气锅炉回水管49始端与燃气锅炉连接下t接头55相连，所述燃气锅炉循环泵12上连接燃气锅炉循环泵变频器10；

所述热泵供水管50和热泵回水管51之间连接多个热泵，热泵连接热泵电能表1；热泵供水管50连接热泵供水温度传感器20、热泵供水压力传感器21和热泵回水球阀46，热泵供水管50的末端与热泵连接上t接头57相连；所述热泵回水管51连接热泵循环泵5、热泵热量表59、热泵回水温度传感器22、热泵回水压力传感器23和热泵供水球阀45，热泵回水管51的始端与热泵连接下t接头58相连，热泵循环泵5连接热泵循环泵变频器4；采用双t结构实现热泵热源与燃气锅炉热源串联，热泵出水与燃气锅炉出水混合形成热网供水。

所述二网循环泵入口水管3连接二网循环泵31、止回阀33、二网供水温度传感器24、二网供水压力传感器25和二网供水管52，所述二网循环泵31连接二网循环泵变频器32；所述二网供水管52连接二网供水管球阀34、分水器36，二网供水管52的末端连接热用户35；热用户35与二网回水管53连接，所述二网回水管53上连接集水器37、二网回水球阀38、除污器28、二网回水温度传感器26、二网回水压力传感器27和二网流量表11；

同时燃气锅炉连接上t接头54与二网循环泵入口水管3相连，热泵连接下t接头58与二网回水管53相连；燃气锅炉连接下t接头55与热泵连接上t接头57通过燃气锅炉与热泵联通管56连接；

所述调控控制器44左端设控制器模拟量输入接口41和控制器数字量接口42，右端设控制器模拟量输出接口43；设有室温测量系统61和室外温度传感器40，供热系统中的热泵与燃气锅炉与调控控制器之间采用数字通信，调控控制器可以设置热泵出水温度与燃气锅炉出水温度。