[发明专利]一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统的控制方法，其特征在于，包括太阳能集热器（1）向储热水箱（2）的蓄热控制、太阳能集热系统内循环控制、太阳能集热循环防冻控制、空气源热泵（3）单独对储热水箱（2）蓄热控制、空气源热泵（3）单独供暖环控制、空气源热泵（3）与储热水箱（2）联合供暖循环控制和储热水箱（2）单独供暖循环控制；

所述太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统包括太阳能集热系统、空气源热泵系统、储热水箱（2）及末端设备，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器（1），通过太阳能集热器（1）加热储热水箱（2）中的水，所述空气源热泵系统与储热水箱（2）、末端设备连接，所述储热水箱（2）与末端设备连接，其特征在于，所述太阳能集热器（1）的出水口处设置有排气阀，所述太阳能集热器（1）的出水端通过第一循环管路与储热水箱（2）的上部连接，所述太阳能集热器（1）的进水端通过第二循环管路与储热水箱（2）的下部连接，所述第一循环管路上靠近太阳能集热器（1）一端和靠近储热水箱（2）一端分别设置有温度探头T1（17）、电动二通阀FM2（8），所述第二循环管路上靠近太阳能集热器（1）一端和靠近储热水箱（2）一端分别设置有太阳能侧循环水泵B1（4）和电动二通阀FM3（9），所述第二循环管路上在太阳能侧循环水泵B1（4）入口端设置有温度探头T6（22），所述第一循环管路和第二循环管路之间通过第一水管短接，所述第一水管上设置有电动二通阀FM1（7），所述储热水箱（2）的上部和下部分别设置有温度探头T2（18）和温度探头T3（19），所述温度探头T1（17）、电动二通阀FM2（8）、电动二通阀FM3（9）、电动二通阀FM1（7）、温度探头T6（22）、太阳能侧循环水泵B1（4）、温度探头T2（18）和温度探头T3（19）均与PLC控制器（23）电连接；

所述储热水箱（2）上部和下部分别通过第一供暖主管、第二供暖主管与末端设备连接，所述空气源热泵系统包括空气源热泵（3），所述空气源热泵（3）分别通过第一回水管路和第二回水管路与第一供暖主管、第二供暖主管连接，所述第一供暖主管、第二供暖主管上靠近储热水箱（2）的一端分别设置有电动二通阀FM5（11）、电动二通阀FM4（10），所述第一供暖主管、第二供暖主管之间在靠近储热水箱（2）一端通过第二水管短接，所述第二水管上设置有电动二通阀FM6（12），所述第一供暖主管、第二供暖主管之间在靠近末端设备一端通过第三水管短接，所述第三水管上设置有电动二通阀FM10（16），所述第一供暖主管上在第一回水管路和第二回水管路之间设置有电动二通阀FM8（14），所述第一供暖主管、第二供暖主管上靠近末端设备一端均设置有电动二通阀组FM9（15），所述第二供暖主管上在电动二通阀组FM9（15）后端设置有用户侧循环水泵B3（6），所述第一供暖主管、第二供暖主管上在第一回水管路和第二回水管路之后端分别设置有温度探头T4（20）和温度探头T5（21），所述第一回水管路和第二回水管路上靠近第一供暖主管、第二供暖主管一端均设置有电动二通阀组FM7（13），所述第二回水管路上还设置有热泵侧循环水泵B2（5），所述电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（11）、电动二通阀FM6（12）、电动二通阀组FM7（13）、电动二通阀FM8（14）、电动二通阀组FM9（15）、电动二通阀FM10（16）、空气源热泵（3）、热泵侧循环水泵B2（5）、用户侧循环水泵B3（6）、温度探头T4（20）、温度探头T5（21）均与PLC控制器（23）电连接；

系统运行前处于初始状态，初始状态下，关闭空气源热泵（3）、太阳能侧循环水泵B1（4）、热泵侧循环水泵B2（5）和用户侧循环水泵B3（6），电动二通阀FM1（7）、电动二通阀FM3（9）、电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（8）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀组FM9（15）打开，其余电动二通阀处于关闭状态；

所述太阳能集热器（1）向储热水箱（2）的蓄热控制过程为：

当温度探头T1（17）所测温度大于PLC控制器（23）内设定的集热温度β，且温度探头T1（17）所测温度与温度探头T3（19）所测温度的温差大于2℃、且温度探头T2（18）所测温度小于PLC控制器（23）内设定的过热温度α时，开启太阳能侧循环水泵B1（4），同时打开电动二通阀FM2（8）和电动二通阀FM3（9），且关闭电动二通阀FM1（7），使太阳能集热器（1）与储热水箱（2）之间形成循环回路；

所述太阳能集热系统内循环控制过程为：

当温度探头T6（22）所测温度与温度探头T3（19）所测温度的温差大于2℃时，关闭电动二通阀FM2（8），打开电动二通阀FM1（7）和电动二通阀FM3（9）；

所述太阳能集热循环防冻控制过程为：

当温度探头T6（22）所测温度低于PLC控制器（23）内设定的防冻温度γ时，关闭电动二通阀FM1（7），打开电动二通阀FM2（8）和电动二通阀FM3（9），以及开启太阳能侧循环水泵B1（4），使太阳能集热器（1）与储热水箱（2）之间形成循环回路；

所述空气源热泵（3）单独对储热水箱（2）蓄热控制过程为：

当系统处于供暖时间段，当温度探头T1（17）所测温度低于PLC控制器（23）内设定的集热温度β，系统恢复初始状态，当温度探头T2（18）所测温度低于PLC控制器（23）内设定的集热温度β，打开电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（11）、电动二通阀组FM7（13）和电动二通阀FM10（16），关闭电动二通阀FM6（12）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀组FM9（15），同时开启热泵侧循环水泵B（5）和空气源热泵（3），空气源热泵（3）通过内部蒸发器与环境空气换热，并利用介质将热量带到冷凝器侧，将空气中的热量传到水管中，实现空气源热泵（3）单独对储热水箱（2）蓄热控制，该蓄热过程在温度探头T2（18）所测温度大于集热温度β时结束；

所述空气源热泵（3）单独供暖环控制过程为：

当系统处在供暖时间内，末端用户有供暖需求，当温度探头T2（18）所测温度比PLC控制器（23）内设定的集热温度β低10℃，关闭电动二通阀FM5（11）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀FM10（16），打开电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM6（12）、电动二通阀组FM7（13）和电动二通阀组FM9（15），关闭热泵侧循环水泵B2（5），开启用户侧循环水泵B3（6）和空气源热泵（3），系统实现储热水箱（2）不满足供暖需求且末端需求供暖时，空气源热泵（3）单独供暖循环；

所述空气源热泵（3）与储热水箱（2）联合供暖循环控制过程为：

当系统处在供暖时间内，末端用户有供暖需求，当温度探头T2（18）所测温度大于等于β-10℃时，且小于集热温度β时，开启电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（11）、电动二通阀组FM7（13）和电动二通阀组FM9（15），关闭电动二通阀FM6（12）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀FM10（16），关闭热泵侧循环水泵B2（5），开启用户侧循环水泵B3（6）和空气源热泵（3），系统进行空气源热泵（3）与储热水箱（2）串联联合供暖循环；

所述储热水箱（2）单独供暖循环控制过程为：

当温度探头T2（18）所测温度大于集热温度β时，关闭动二通阀FM6（12）、电动二通阀组FM7（13）和电动二通阀FM10（16），打开电动二通阀FM4（10）、电动二通阀FM5（11）、电动二通阀FM8（14）和电动二通阀组FM9（15），关闭热泵侧循环水泵B2（5），开启用户侧循环水泵B3（6），关闭空气源热泵（3），系统进入储热水箱（2）单独供暖循环。