一种多热源热泵热水系统的控制方法与流程

1.本技术涉及热泵技术领域，特别涉及一种多热源热泵热水系统的控制方法。


背景技术：

2.由于太阳能含量丰富，对环境无毒无害，目前已被广泛应用在提供生活、生产用热水需求领域中。但是，太阳光照强度受天气和气候状况影响较为突出，若出现连续无日照的情况，则整个系统就会瘫痪，只有在日照条件好的时候，才能保证有热水，其不稳定性和间断性严重影响了其应用。
3.目前热泵热水技术也比较成熟，热泵热水系统可利用自然能源（如空气、土壤、地下水等）、生产或生活中的热源（如生产过程中的废热水、建筑物内部的排热、生活污水等）来制造生活、生产用热水。虽然热泵热水系统环境适应能力强，能够解决多种热水需求，但是其产生能量需要消耗一定的电力。此外，在碳达峰和碳中和的双碳战略下，且我国存在用电不均衡的特点，一到高峰季就供电不足。因此，如何通过提供一种合适的控制方法以进一步实现热泵热水系统的节能减排目的，是本领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本技术的目的在于提供一种多热源热泵热水系统的控制方法，能够控制各热源的启动顺序及启停时间，能够在保证热水系统运行稳定的同时进一步实现节能减排的目的。
5.为了实现以上目的，本发明采用了以下技术方案：一种多热源热泵热水系统的控制方法，所述系统包括太阳能供热模块、水源供热模块和空气能供热模块，所述太阳能供热模块、水源供热模块和空气能供热模块分别连接到恒温水箱，恒温水箱用于用户侧用水设备提供设定温度的热水；所述太阳能供热模块包括太阳能集热器和太阳能水箱，太阳能集热器和太阳能水箱之间通过水泵p1连接；水源供热模块包括废水箱和水源热泵机组x1，废水箱用于接收并存放工业排放的热水；水源热泵机组x1一侧连接废水箱，另一侧连接恒温水箱；空气能供热模块包括空气能热泵机组x2，空气能热泵机组x2与恒温水箱连接；所述方法包括以下步骤：获取太阳能集热器出水端温度t1和太阳能水箱内水温t3，根据t1与t3之间的水温温差控制水泵p1的开启或关闭，在水泵p1开启时，水泵p1打开时，太阳能水箱中低温度的水经过循环水路送入太阳能集热器进行加热，将加热后的水经过循环水路送入太阳能水箱；当水泵p1关闭时，获取废水箱内水温t6，当废水箱内水温t6高于第一预设温度时，启动水源热泵机组x1换热对恒温水箱中的水加热；当水泵p1关闭，且水源热泵机组x1关闭时，获取恒温水箱内水温t4，若t4低于第二预设温度，启动空气源热泵机组x2对恒温水箱中的水加热，其中，所述第二预设温度是根据
用户侧设定的用水温度进行设置的。
6.作为优选，获取太阳能水箱内温度t3及太阳能水箱内水位，根据太阳能水箱内温度t3和太阳能水箱内水位控制第一补水电磁阀e1的开启或关闭，在第一补水电磁阀e1打开时，由第一冷水补水单元向太阳能水箱补水。
7.作为优选，获取恒温水箱内的水温t4及恒温水箱内水位，根据恒温水箱内水温t4及恒温水箱内水位控制第二补水电磁阀e2的开启或关闭，在第二补水电磁阀e2打开时，由第二冷水补水单元向恒温水箱补水。
8.作为优选，获取太阳能水箱内水温t3、恒温水箱内水温t4、用户设定的用户侧用水温度ts以及恒温水箱内水位高度，根据太阳能水箱内水温t3、恒温水箱内水温t4与用户侧用水温度的温差、及恒温水箱内的水位高度，控制水泵p2打开或关闭实现由太阳能水箱向恒温水箱补热水。
9.作为优选，获取太阳能水箱内水位和恒温水箱内水位，当恒温水箱处于低水位时，判断太阳能水箱是否处于高水位，若是，打开水泵p2由太阳能水箱向恒温水箱补水，否则，打开第二补水电磁阀e2，由第二冷水补水单元向恒温水箱补水。
10.作为优选，获取太阳能集热器出水端温度t1和进水端温度t2，当出水端温度t1或进水端温度t2低于第一预设防冻温度时，开启水泵p1循环防冻。
11.作为优选，恒温水箱与用户侧用水设备之间通过循环水路连通，该循环水路上设有水泵p4，通过水泵p4的开启或关闭控制恒温水箱与用户侧用水设备的循环水路是否导通。
12.作为优选，获取恒温水箱与用户侧用水设备之间循环水路中的水温t5，当其低于第二预设防冻温度时，开启水泵p4循环防冻。
13.作为优选，获取恒温水箱与用户侧用水设备之间循环水路中的水温t5，当t5低于预设温度时，打开水泵p4，把该循环水路中的水回到恒温水箱加热，该预设温度根据用户侧预设的用水温度设置。
14.作为优选，在需要打开水泵p1之前，获取太阳能集热器出水端温度t1，当太阳能集热器出水端温度t1高于预设过热保护温度时，保持水泵p1关闭。
15.作为优选，定时开关水泵p1，使太阳能集热器向太阳能水箱补热水；和/或定时开关水泵p2，使太阳能水箱向恒温水箱补水；和/或定时开关第一补水电磁阀e1，使第一冷水补水单元向太阳能水箱补水；和/或定时开关第二补水电磁阀e2，使第二补水电磁发e2向恒温水箱补水。
16.通过上述步骤能够实现太阳能供热模块、水源供热模块和空气能供热模块的工作优先级的设置，合理利用太阳能资源以及工业废水资源，有利于节约能源。通过温差控制各供热模块的工作情况，能够实现对系统的自动化控制，能够在节能减排的前提下稳定的向用户提供热水，保证用户用水的可靠性。
附图说明
17.图1为多热源热泵热水系统示意图；图2为多热源热泵热水系统的控制方法示意图。
18.附图标记：太阳能集热器10，第一温度监测计11，第二温度监测计12，太阳能水箱
14，第三温度监测计15，第一水位计16，第一冷水补水单元17，电加热带18，恒温水箱20，第二水位计21，第四温度监测计22，第二冷水补水单元23，第五温度监测计26，水源热泵机组30，废水箱33，第六温度监测计34，空气源热泵机组40。
具体实施方式
19.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式是的本公开将更加全面和完整，且将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
20.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将移师到，可以时间本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其他的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各个方面。
21.图1示出了本公开的实施例的多热源热泵热水系统。
22.如图1所示，系统包括供热模块、恒温水箱20和用户侧用水设备。其中所述供热模块太阳能供热模块、水源供热模块和空气能供热模块，所述太阳能供热模块、水源供热模块和空气能供热模块分别连接到恒温水箱20，恒温水箱20与用户侧用水设备连通。
23.太阳能供热模块包括太阳能集热器10和太阳能水箱14，太阳能集热器10和太阳能水箱1414之间通过循环水路连通。太阳能集热器10和太阳能水箱14之间的循环水路上设有水泵p1，通过水泵p1开关控制太阳能集热器10和太阳能水箱14之间的循环水路是否导通，使用太阳能集热器10对循环水路中的水进行加热。太阳能集热器10的出水端设置有用于监测太阳能集热器10出水温度t1的第一温度监测计11，太阳能集热器10的进水端设置有用于监测太阳能集热器10进水温度t2的第二温度监测计12。
24.太阳能水箱14内设有用于监测水箱内温度t3的第三温度监测计15，以及用于监测太阳能水箱14内水位高度的第一水位计16。太阳能水箱14还与第一冷水补水单元17连接，所述第一冷水补水单元17用于为太阳能水箱14补充冷水。所述第一冷水补水单元17包括连接外部水源例如自来水的第一进水管，该第一进水管连接到太阳能水箱14，第一进水管与太阳能水箱14之间设有用于控制所述第一进水管是否导通的第一补水电磁阀e1，在第一补水电磁阀e1打开时，外部水源通过第一进水管向太阳能水箱14补水。作为优选，第一进水管上设有电加热带18，所述电加热带18用于加热通过第一冷水补水单元17补入太阳能水箱14的水。
25.太阳能水箱14与恒温水箱20通过水路连接，用于将太阳能水箱14中的热水加入恒温水箱20中。所述太阳能水箱14与恒温水箱20之间的水路上设有水泵p2，通过控制水泵p2的开关控制太阳能水箱14与恒温水箱20之间的水路是否连通。
26.水源供热模块包括废水箱33和水源热泵机组x1 30，废水箱33用于接收并存放工业排放的热水，废水箱33内设有用于监测废水箱33内水温的第六温度监测计34；废水箱33与水源热泵机组x1 30间通过循环水路连接，该循环水路上设有水泵p5，通过水泵p5的开关控制废水箱33与水源热泵机组x1 30间通过循环水路是否导通；水源热泵机组x1 30与恒温水箱20间通过循环水路连接，该循环水路上设有水泵p7，通过水泵p7的开关控制水源热泵
机组x1 30与恒温水箱20间的循环水路是否导通；在废水箱33与水源热泵机组x1 30之间、水源热泵机组x1 30与恒温水箱20之间的循环水路均导通时，启动水源热泵机组x1 30换热对恒温水箱20中的水加热。
27.空气能供热模块包括空气能热泵机组x2，空气能热泵机组x2与恒温水箱20之间通过循环水路连通，该循环水路上设有水泵p6，通过水泵p6的开关控制空气能热泵机组x2与恒温水箱20之间的循环水路是否导通。在需要使用空气能供热模块提高恒温水箱20中的水温时，打开水泵p6循环空气能热泵机组x2到恒温水箱20之间的水路，启动空气能热泵机组x2进行加热。
28.恒温水箱20中设有用于监测恒温水箱20内温度t4的第四温度监测计22，以及用于监测水位高度的第二水位计21。恒温水箱20还与第二冷水补水单元23连接，所述第二冷水补水单元23用于对恒温水箱20补充冷水。第二冷水补水单元23包括连接外部水源例如自来水的第二进水管，该第二进水管连接到恒温水箱2020，第二进水管与恒温水箱20之间设有用于控制所述第二进水管是否导通的第二补水电磁阀e2。在使用水源供热模块或空气能供热模块时，第二冷水补水单元23根据恒温水箱2020内的水位情况控制第二补水电磁阀e2的开关以自动向恒温水箱20内补充冷水。
29.恒温水箱20与用户侧用水设备之间通过循环管路连接，该循环管路上设有水泵p4，通过水泵p4的开关控制恒温水箱20与用户侧用水设备是否导通。作为优选，该循环水路上设有用于监测管路内水温的第五温度监测计26。
30.上述多热源热泵热水系统，太阳能集热器10加热的水先经过太阳能水箱14，再加到恒温水箱20，恒温水箱20的热水送到用户侧使用；废水箱33用于存放工业排放的热水，热水直接循环到水源热泵机组x1 30，用来给水源热泵机组x1 30换热制热水；水源热泵机组x1 30和和空气源热泵机组x2 40加热的水直接进到恒温水箱20，供给到用户侧。上述多热源热泵热水系统中，太阳能供热模块的工作优先级大于水源供热模块，水源供热模块大于空气能供热模块的工作优先级，从而能够合理利用太阳能资源和废弃工业热水资源进行供热，节约电力资源，同时能够保证用户侧热水提供的稳定性。
31.本公开的实施例还提供了一种多热源热泵热水系统的控制方法，应用于上述多热源热泵热水系统。如图2所示，方法包括以下步骤：s1，获取太阳能集热器10出水端温度t1和太阳能水箱14内水温t3，根据t1与t3之间的水温温差控制水泵p1的开启或关闭；s2，当水泵p1关闭时，获取废水箱33内水温t6，当废水箱33内水温t6高于第一预设温度时，打开水泵p5和p7，启动水源热泵机组x1 30换热对恒温水箱20中的水加热。
32.s3，当水泵p1关闭，且水源热泵机组x1 30关闭时，获取恒温水箱20内水温t4，若t4低于第二预设温度，打开水泵p6，启动空气源热泵机组x2 40对恒温水箱20中的水加热，其中，所述第二预设温度是根据用户侧设定的用水温度进行设置的。
33.在具体实施例中，p7的开关与水源热泵机组x1的开关联动，即水源热泵机组x1开启，水泵p7一并开启，水源热泵机组x1关机，水泵p7一并关闭。
34.通过上述步骤实现太阳能供热模块、水源供热模块和空气能供热模块的工作优先级的设置，合理利用太阳能资源以及工业废水资源，有利于节约能源。通过温差控制各供热模块的工作情况，能够实现对系统的自动化控制，能够在节能减排的前提下稳定的向用户
提供热水，保证用户用水的可靠性。
35.本实施例的热水系统的控制方法主要包括以下内容：（1）通过水温比较来合理利用太阳能的资源：太阳能集热器10和太阳能水箱14水路由水泵p1控制，当太阳能集热器10出水温度t1比太阳能水箱14内的水温t3高a℃，水泵p1打开，太阳能集热器10向太阳能水箱14加热水，当太阳能集热器10出水温度t1比太阳能水箱14内的水温t3低b℃，水泵p1关闭，停止向太阳能水箱14加热水。即：t1-t3≥a（可调），启动水泵p1，t1-t3≤b（可调），停止水泵p1。
36.通过以上方法可以快速将太阳能制热的水收集到水箱，能更充分利用太阳能资源，从而达到节能的目的。
37.（2）每天定时利用太阳能资源：设定每天固定时间，来开关水泵p1，给太阳能水箱14加热水。即：每天hh：mm（可调），启动水泵p1，延时t分钟（可调）关闭水泵p1。
38.这样可以按时按需的利用太阳能资源。
39.（3）太阳能集热器10到太阳能水箱14的管路具有防冻功能：太阳能集热器10进水温度t2和出水温度t1任一小于c（可调）℃，则开启水泵p1循环防冻，当持续监测到太阳能集热器10进水温度t2和出水温度t1都大于c c1（c1表示回差值，c1可调）℃时，关闭水泵p1退出防冻。即：t1或t2《c（可调），启动水泵p1；持续一段时间监测到t1且t2＞c c1℃，关闭水泵p1。
40.上述设置中，温度c℃是用户根据实际需要设置的管路防冻温度，由于在温度监测过程中可能会出现偶然的温度变动，因此，为了排除这种情况，在持续一段时间（例如2分钟）内均监测到t1、t2高于预设温度时，才关闭水泵p1。需要说明的是，上述c c1℃仅是示例性描述，本领域技术人员可以根据实际需要设置在温度回升的高于预设的防冻温度的任意温度时，控制关闭水泵p1。上述设置能够防止在低温下太阳能集热器10到太阳能水箱14之间的循环水路冻住或冻裂而影响系统使用。
41.（4）具有防太阳能集热器10出水温度t1过高保护：太阳能集热器10出水温度t1大于d（可调）℃时，水泵p1不开，当太阳能集热器10出水温度t1小于等于d-d1℃（d1表示回差值，d1可调）时才允许开水泵p1。即：t1》d（可调），p1不启动；到t1≤d-d1，允许水泵p1打开。
42.设置上述出水温度过高保护，能够防止温度过高的水流入太阳能水箱和恒温水箱，出现水箱爆炸或者烫伤用户等情况。
43.（5）太阳能水箱14可根据水箱温度补水：当太阳能水箱14温度t3大于等于e（可调）℃并且太阳能水箱14的水位w1小于f%（可调）时，打开第一补水电磁阀e1，由第一外部补水单元向太阳能水箱14补水，当太阳能水箱14温度t3小于等于g（可调）℃或者太阳能水箱14的水位w1大于等于99%时，关闭第一补水电磁阀e1。即：t3≥e（可调）且w1＜f%（可调），启动e1；到t3≤g（可调）或w1≥99%，关闭e1。
44.上述太阳能水箱补水控制优先利用太阳能加热的水来补水，达到节能的目的。
45.（6）太阳能水箱14可每天定时补水：设定每天固定时间，来开关第一补水电磁阀e1，给太阳能水箱14补水。即：
每天aa：bb（可调），启动e1；到w1≥h%（可调），停止e1。
46.这样可以按时按需的补水，可以设置用水较少时段补水，保证用水高峰足够的热水。
47.（7）恒温水箱20可根据水箱温度补水：当恒温水箱20温度t4大于等于i（可调）℃并且恒温水箱20的水位w2小于j%（可调）时，打开第二补水电磁阀e2，向恒温水箱20补水，当恒温水箱20温度t4小于等于k（可调）℃或者恒温水箱20的水位w2大于等于99%时，关闭第二补水电磁阀e2。即：t4≥i且w2＜j%（可调），启动e2，到t4≤k（可调）或w2≥99%，关闭e2。
48.上述智能补水控制方法保证在水温低的时候不补水，不会因为补水而降低水温，影响用户体验感。
49.（8）太阳能水箱14向恒温水箱20智能上水：太阳能水箱14到恒温水箱20的热水由水泵p2控制，当太阳能水箱14温度t3大于l（可调）℃且恒温水箱20温度t4小于等于用户预设的用水温度ts且恒温水箱20的水位w2低于m%时，开启水泵p2，太阳能水箱14热水进入恒温水箱20，如果太阳能水箱14温度t3小于l-2℃或者恒温水箱20温度t4大于用户设定温度ts或者恒温水箱20的水位w2高于99%时，关闭水泵p2，停止补热水。即：t3＞l（可调）且w2＜m%（可调）且t4≤ts，启动p2；到t3＜l-2或w2≥99%或者t4＞ts关闭p2。
50.上述恒温水箱20的水位w2高于99%表示的是恒温水箱20的最高水位，在向恒温水箱20补水的过程中，监测到恒温水箱20中的水位达到最高水位时，为了防止恒温水箱20中的水溢出，停止向恒温水箱20中继续加水。
51.（9）恒温水箱20可根据水位w2自动补水：当恒温水箱20的水位w2低于预设值n%（可调）时，如果太阳能水箱14水位w1大于等于50%，则开启水温p2，太阳能水箱14热水给恒温水箱20补水，直到恒温水箱20的水位w2大于p%（可调），停止补水关闭水泵p2，如果太阳能水箱14水位w1低于50%，则打开补水电磁阀e2，由第二冷水补水单元23向恒温水箱20。即：如果w2≤n%（可调）：当w1≥50%时启动p2，当w＜50%时启动e2；直到w2≥p%（可调），停止p2或者e2。
52.上述太阳能水箱14水位w1大于等于50%表示的是太阳能水箱14中存有足够的水以用于向恒温水箱20中补水，上述比例是本领域技术人员可以根据实际需要设置的。通过上述设置，限定恒温水箱20中的补水优先级是先由太阳能水箱14向恒温水箱20补热水，在太阳能水箱14中蓄水不足的情况下，由外部冷水补水单元向恒温水箱20中补冷水。其优点是优先使用太阳能加热的水，更节能。
53.（10）恒温水箱20可每天定时补水：每天设定固定时间，进入设定时段后，如果太阳能水箱14水位w1大于等于50%，则开启水温p2，太阳能水箱14热水给恒温水箱20补水，直到恒温水箱20的水位w2大于p%（可调），停止补水关闭水泵p2，如果太阳能水箱14水位w1低于50%，则打开补水电磁阀e2，向恒温水箱20补充自来水。 即：每天ee：ff（可调）时，当w1≥50%时启动p2，当w1＜50%时启动e2；直到w2≥p%（可调），停止p2或者e2。
54.这样可以按时按需的补水，比如用水较少时段补水，保证用水高峰足够的热水。
55.上述太阳能水箱14水位w1大于等于50%表示的是太阳能水箱14中存有足够的水以
用于向恒温水箱20中补水，上述比例是本领域技术人员可以根据实际需要设置的。
56.（11）通过水温比较来合理利用废水资源：废水箱33水路通过水泵p5与水源热泵机组x1 30相连，当废水箱33的水温t6大于等于q（可调）℃时，打开水泵p5，循环废水箱33到水源热泵机组x1 30之间的水路，同时联动水源热泵机组x1 30启动换热制热水，当废水箱33的水温t6小于r（可调）℃时，联动水源热泵机组x1 30关机，关闭水泵p5。即：t6≥q（可调）℃开启p5和x1，t6＜r（可调）℃关闭p5和x1。
57.（12）通过水温比较来调配空气源热泵机组开停：当上述太阳能水泵p1没有开，且水源热泵机组x1 30也没有开机且恒温水箱20温度t4小于等于用户设定温度ts-s（其中s可根据实际需要设置）℃时，开启水泵p6和空气源热泵机组x2 40来制热水，直到恒温水箱20温度t4大于用户设定温度ts关机。即：p1没开且x1没开且t4≤ts-s（可调）℃开启x2，直到t4＞ts关闭x2。
58.只有其他热源都不充足不可利用的情况下才打开空气源热泵制热水，以此保证系统节能。
59.(13)管网回水功能：用户侧当管路上的水温t5低于t（可调）℃时，打开水泵p4，把管路里面的冷水回到恒温水箱20加热，管路上的水温t5大于等于w（可调）℃时，回水结束水泵p4关闭。即：t5＜t（可调）℃，则打开p4；t5≥w（可调）℃，关闭p4。
60.回水功能可以保证用户侧的管道无冷水，一打开水就出热水，给用户带来更好的体验感，同时也避免了需要放空管道中的冷水才出热水的情况，更节水。
61.（14）用户侧水路防冻功能：当用户侧水路水温低于v（可调）℃时，启动水泵p4把水路循环起来防冻，到持续一段时间（例如2分钟）监测到t5大于v v1℃（v1表示回差值，v1可调）后退出防冻，关闭水泵p4。即：t5＜v（可调）℃，启动水泵p4；到t5＞v v1℃，关闭水泵p4。
62.从而可以防止冬天用户侧水管冻坏的情况出现。
63.（15）太阳能水箱14和恒温水箱20防冻：当太阳能水箱14温度和恒温水箱20温度都小于等于u （可调）℃时，启动管道电加热带x3 18加热防冻，直到太阳能水箱14温度和恒温水箱20温度都大于u u1℃（u1表示回差值，u1可调），关闭管道电加热带18x3退出防冻。即：t3 《u（可调）℃且t4 《u（可调）℃，启动x3，到t3 》u 3且t4》u u1关闭x3。
64.由于系统中太阳能水箱仅能从太阳能集热器接收热水，为了在太阳能不足的情况下对太阳能水箱进行防冻，设置电加热带x3，在太阳能不足的情况下使用电加热带x3加热第一冷水补水单元进入太阳能水箱的水，从而实现对太阳能水箱的防冻。
65.上述控制方法能够根据各处温度智能调配系统热源工作的优先级，在不影响用热水供应的情况下更充分的利用资源：太阳能优先于废水热能优先于空气能优先于电加热管。
66.尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本公开的原理和宗旨的情况下在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。