專利名稱：供熱系統(tǒng)及控制該供熱系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供熱系統(tǒng)及控制該供熱系統(tǒng)的方法。然而，應(yīng)當理解的是本發(fā)明還可 以應(yīng)用于組合的制熱和制冷設(shè)備，用于在制熱模式下控制該設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及 一種供熱系統(tǒng)，該供熱系統(tǒng)包括熱泵，具體地說是空氣源熱泵，其具有通過制冷劑管路連 接成回路的室外蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹裝置；供熱流體管路，其通過冷凝器以在制 冷劑和熱流體之間交換熱量；以及要由所述供熱流體加熱至第一設(shè)定溫度和第二設(shè)定溫度 的至少第一對象和第二對象。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有系統(tǒng)中，基于設(shè)定的優(yōu)先級來控制這種供熱系統(tǒng)。即，如果第一和第二對象 都具有熱需求，即，需要供應(yīng)供熱流體，則用戶手工輸入首先服務(wù)第一和第二對象中的哪一 個。然后獨立地根據(jù)優(yōu)先對象所需熱量的量為該優(yōu)先對象服務(wù)，而使另一對象等待，直到滿 足了優(yōu)先對象的需求為止。在將生成家用熱水設(shè)為優(yōu)先的情況下，室內(nèi)溫度有可能會降低到舒適水平以下。 在將房間供熱設(shè)為優(yōu)先的情況下，如果熱水生成不足，則可能會在家用熱水生成上出現(xiàn)不 便。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題因此，本發(fā)明的目的是提供上述簡介部分所描述的供熱系統(tǒng)和用于控制供熱系統(tǒng) 的方法，其不僅能夠防止例如待供熱的房間內(nèi)的溫度的嚴重下降，還能夠同時向例如熱水 容器中的熱水進行足夠的供熱，且盡可能地高效。通過權(quán)利要求1中限定的供熱系統(tǒng)和權(quán)利要求9中限定的控制該供熱系統(tǒng)的方法 而實現(xiàn)這個目的。本發(fā)明的實施方式在從屬權(quán)利要求中限定。技術(shù)方案本發(fā)明的基本構(gòu)思是向所述供熱系統(tǒng)提供一種自適應(yīng)控制裝置，該自適應(yīng)控制裝 置基于第一和第二對象的供熱需求的比較來控制向待供熱的第一和第二對象供應(yīng)的供熱 流體。因此，本發(fā)明考慮了待供熱的對象雙方的供熱需求，比較這些需求，并基于該比較確 定首先為第一和第二對象中的哪一個服務(wù)，即，向其提供供熱流體。本發(fā)明的供熱系統(tǒng)包括熱泵，其具有通過制冷劑管路連接成回路的蒸發(fā)器、壓縮 機、冷凝器和膨脹裝置。應(yīng)當理解的是組合供熱和制冷設(shè)備中的熱泵也可以在制冷模式 下工作，這與制熱模式相比反轉(zhuǎn)。在制冷模式下，蒸發(fā)器將用作熱泵的冷凝器、而冷凝器將 用作熱泵的蒸發(fā)器。此外，本發(fā)明的供熱系統(tǒng)包括供熱流體管路，其通過所述冷凝器以在制 冷劑和供熱流體之間交換熱量，以及分別要由所述供熱流體加熱到第一設(shè)定溫度和第二設(shè) 定溫度的至少第一對象和第二對象。此外，為了選擇性地提供供熱流體以向第一對象或第二對象供熱，本發(fā)明的供熱系統(tǒng)包括閥，其至少能夠在第一位置和第二位置之間切換，所述 第一位置用于提供供熱流體以向所述第一對象供熱，而所述第二位置用于提供供熱流體以 向所述第二對象供熱。此外，設(shè)置了至少兩個傳感器，其分別用于在所述第一對象和所述第 二對象處檢測第一實際溫度和第二實際溫度。本發(fā)明的供熱系統(tǒng)的控制裝置被配置成在 基于需求的模式下，至少基于所述第一設(shè)定溫度和所述第一實際溫度確定第一需求并至少 基于所述第二設(shè)定溫度和所述第二實際溫度確定第二需求，并且基于所述第一需求和所述 第二需求將所述閥切換到所述第一位置和所述第二位置，以服務(wù)所述第一對象或者第二對 象，由此滿足所述第一需求或者所述第二需求(供熱需求)。應(yīng)當理解的是，至少基于第一 設(shè)定溫度和第一實際溫度來確定第一需求，但是還可以考慮其他參數(shù)來確定這些需求，例 如同時考慮時間和溫度。如果除所述溫度之外的這些參數(shù)是足夠重要的，也可以僅基于這 些參數(shù)來確定需求。此外，可以至少基于設(shè)定溫度和實際溫度之間的差來確定第一需求和
笛一雲(yún)步
>W-- ΓΓΠ <JV ο在一個優(yōu)選實施方式中，所述控制裝置被配置為如果所述第一需求高于所述第 二需求，則將所述閥切換到所述第一位置，并且如果所述第二需求高于所述第一需求，則將 所述閥切換到所述第二位置。不言而喻，所述控制裝置被配置為如果不存在第二需求，則 將所述閥切換到所述第一位置，并且如果不存在第一需求，則將所述閥切換到所述第二位 置。然而，即使存在第一和第二需求，根據(jù)本優(yōu)選實施方式，所述控制裝置切換所述閥以為 較高的需求服務(wù)。如前所述，優(yōu)先考慮的是，所述第一對象是要供熱的房間內(nèi)設(shè)置的至少一個散熱 器，其中該散熱器在其上游側(cè)經(jīng)由所述閥連接到所述供熱流體管路。根據(jù)一個優(yōu)選實施方 式，散熱器包括地板供熱回路，或者可以全部由地板供熱回路構(gòu)成。然而，輻射器和地板供 熱回路的組合也可以形成本發(fā)明的散熱器。在本實施方式中，優(yōu)選的是，第一實際溫度是到散熱器的實際流溫度，S卩，供熱流 體到散熱器的流溫度，而第一設(shè)定溫度是到散熱器的期望流溫度，可能需要該溫度來獲得 期望室溫。此外，如前所述，第二對象是容納在熱水容器中的水。根據(jù)一個實施方式，上游側(cè) 經(jīng)由所述閥連接到供熱流體管路的管道的一部分連接到用于將來自供熱流體的熱量傳遞 給所述水的熱交換器。根據(jù)另一實施方式，所述管道的一部分形成熱交換器并以例如以盤 管形式通過熱水容器的內(nèi)部，由此將來自供熱流體的熱量傳遞給水。在該實施方式中，優(yōu)選的是所述第二實際溫度是容納在所述熱水容器中并要加熱 的水的實際溫度，而所述第二設(shè)定溫度是所述水的期望溫度。此外，為了使用戶能夠在基于優(yōu)先需求的模式和優(yōu)先模式之間選擇，所述控制裝 置具有用于選擇模式的輸入裝置，其中，在優(yōu)先模式中針對第一和第二對象手動設(shè)置優(yōu)先 級。該輸入裝置還可以包括諸如按鈕的用于在需要的情況下選擇加速模式的輸入元件，在 該加速模式中，熱水容器中的附加加熱器被手動啟動以迅速對容器中的水進行供熱。此外，如前所述，本發(fā)明還提供了一種控制上述供熱系統(tǒng)的方法。所述控制方法包 括下述步驟至少基于所述第一設(shè)定溫度和所述第一實際溫度計算第一需求、并且至少基 于所述第二設(shè)定溫度和所述第二實際溫度計算第二需求，比較第一需求和第二需求，并且 基于所述比較向所述第一對象或所述第二對象供熱，即，向所述第一對象或所述第二對象提供供熱流體。本發(fā)明的方法的實施方式對應(yīng)于上述供熱系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式，從而為了避免重 復(fù)，僅參照從屬權(quán)利要求和上述描述。


由結(jié)合附圖對優(yōu)選實施方式所進行的詳細描述，本發(fā)明的附加特征及優(yōu)點將變得清楚。圖1是可以實施本發(fā)明的房間供熱和制冷設(shè)備的立體圖；圖2是用于示意性地解釋圖1所示設(shè)備的組成的系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式以下，根據(jù)在如下設(shè)備中的實施來描述本申請該設(shè)備能夠?qū)︻A(yù)定空間(房間)進 行供熱和制冷、并能夠?qū)崴萜髦械乃M行加熱，該水經(jīng)由管路50用于清潔目的，例如 水龍頭52、沐浴噴頭51等(見圖1)。然而，應(yīng)當理解的是本發(fā)明還可以在除圖1和圖2 中所示設(shè)備之外的合適的其他設(shè)備中實施。圖1中所示設(shè)備由三個主要部分構(gòu)成，室外單元10、室內(nèi)單元20和熱水容器30。 室外單元10連接到管路11、12，管路11、12將室外單元10連接到室內(nèi)單元20。室外單元 10包括制冷劑管路的入口 /出口 12和出口 /入口 11。室內(nèi)單元20包括制冷劑管路的入 口 /出口 24和出口 /入口 23。此外，室內(nèi)單元具有用于使流體在流體回路中循環(huán)的出口 21 和入口 22 (取決于模式，流體是供熱流體或供冷流體)。該流體可以是水或者鹽溶液。出口 21的管路下游經(jīng)由閥32連接到管路31和管路35。管路31以盤管的形式通過熱水容器30 的內(nèi)部(見圖1)，并經(jīng)由管路34(其連接到通往入口 22的管路36)離開熱水容器30。閥 32下游的管路35通往散熱器41和/或地板下供熱回路40，然后經(jīng)由管路36和入口 22返 回室內(nèi)單元?？梢钥闯觯绞彝鈫卧?0的連接11、12和到室內(nèi)單元的連接23、24可以根據(jù)系統(tǒng) 運行的模式(即，制熱模式或制冷模式)分別反轉(zhuǎn)。如圖2所示，室外單元包括蒸發(fā)器和/或冷凝器14、四通閥16、壓縮機15和膨脹 裝置13 (其可以是電動閥或毛細管節(jié)流裝置)。室內(nèi)單元20除其他部件外還包括冷凝器/ 蒸發(fā)器25。這些部件形成了熱泵。因此，蒸發(fā)器/冷凝器14、壓縮機15、冷凝器/蒸發(fā)器 25和膨脹裝置13通過制冷劑管路17、18而順序地連接成回路或環(huán)路。通過壓縮機18使制 冷劑在制冷劑管路17、18中循環(huán)。在制熱模式下，在圖2中制冷劑沿順時針方向循環(huán)。因 此，離開冷凝器25且在膨脹裝置13的上游具有第一溫度Ti的制冷劑通過膨脹裝置13，壓 力減小。之后，制冷劑通過蒸發(fā)器14并被蒸發(fā)，在蒸發(fā)器14的下游具有高于第一溫度的第 二溫度T2。制冷劑在離開蒸發(fā)器14之后通過壓縮機，壓力增加。最后，制冷劑在冷凝器25 中再次被冷凝到第一溫度Ti，其中，來自制冷劑的熱量傳遞到經(jīng)由連接部(入口 22和出口 21)連接到室內(nèi)單元的管路中的水或者鹽溶液(流體)。在制冷模式下，該過程相反，其中，部件14用作冷凝器而部件25用作蒸發(fā)器。然 后制冷劑在圖2中沿逆時針方向循環(huán)。室內(nèi)單元20還包括泵27和備用加熱器26。泵用于使流體(供熱或供冷流體)在流體回路(21，31，34，35，36，22)中循環(huán)。備用加熱器26的用途在于應(yīng)對上述熱泵不能滿 足全部供熱需求的情況(非常低溫時，例如，低于-10攝氏度)。該備用加熱器26在某些情 況下可以省略。在制熱模式下，流體(供熱流體)通過入口 22進入室內(nèi)單元20，通過冷凝器25，其 中，熱量從制冷劑傳遞到該流體，然后流過備用加熱器26 (在該加熱器26中，如果需要還可 以對該流體進行額外的加熱)，最后通過使流體在流體回路中循環(huán)的泵27。然后通過控制 閥32，將流體提供給地板供熱回路40和散熱器41 (見圖1)或者提供給熱水容器管路(31、 34)。在后一情況下，流體可以通過管路31進入熱水容器30，經(jīng)過熱水容器30內(nèi)部的供熱 盤管，從而將熱量從流體傳遞給熱水容器30內(nèi)容納的水，隨后通過管路34和36返回回路， 最后再通過入口 22回到室內(nèi)單元。同樣，流體還可以提供給圖1中示出的作為散熱器的地 板供熱回路40或者輻射器41，然后通過入口 22返回室內(nèi)單元。在流體溫度不足以加熱熱 水容器中的熱水時，可以在熱水容器中設(shè)置附加(加速)加熱器33。如前所述，供冷模式下流體的循環(huán)相同，只是熱泵的循環(huán)(制冷劑的流向)相反。此外，該系統(tǒng)還包括溫度傳感器60，其檢測從室內(nèi)單元流出的供熱流體的溫度，該 溫度在以下作為供熱流體的實際流溫度。設(shè)置附加溫度傳感器63來檢測熱水容器30中的 熱水的溫度。以下解釋根據(jù)本發(fā)明的實施方式的控制裝置。通常設(shè)置在室內(nèi)單元內(nèi)或室內(nèi)單元上的輸入裝置(未示出)用于輸入到散熱器 40,41的供熱流體的期望流溫度(第一設(shè)定溫度)和熱水容器30中的期望水溫(第二設(shè)定 溫度)?？蛇x地，還可以基于室外溫度(環(huán)境溫度)和/或要供熱的房間內(nèi)的室溫自動地 調(diào)節(jié)流溫度。即，如果室外溫度降低，則提高流溫度，反之亦然，和/或如果流溫度對于要供 熱的房間來說過高，導(dǎo)致向散熱器供給供熱流體和不向散熱器供給供熱流體之間的轉(zhuǎn)換率 過高，則降低流溫度，反之亦然。在運行時，控制裝置通過傳感器60、63檢測流出室內(nèi)單元的供熱流體的流溫度， 作為第一實際溫度，并檢測熱水容器30中的熱水的溫度，作為第二實際溫度?？刂蒲b置基于第一設(shè)定溫度和第二設(shè)定溫度以及第一實際溫度和第二實際溫度， 確定散熱器40、41的第一需求和熱水容器30的第二需求。該計算或確定可以包括計算或確 定第一設(shè)定溫度與第一實際溫度之間的差、以及第二設(shè)定溫度與第二實際溫度之間的差。 其他參數(shù)也會影響第一和第二需求的結(jié)果。這些參數(shù)可以從能夠由安裝者選擇的現(xiàn)場設(shè)置 組中選擇。如果只有散熱器40、41或者只有熱水容器30需要熱量，即，供熱流體提供給散熱 器40、41或者熱水容器30，則滿足該需求。如果散熱器40、41和熱水容器30都需要熱量， 則控制裝置比較第一需求與第二需求，并根據(jù)哪個需求更高來為散熱器40、41或者熱水容 器30服務(wù)。即，如果第一需求更高，則閥32切換到第一位置，經(jīng)由管路35將供熱流體提供 給散熱器40、41。在第二需求高于第一需求的情況下，閥32切換到第二位置，經(jīng)由管路31 將供熱流體提供給熱水容器30，供熱流體通過熱水容器30內(nèi)的供熱盤管，并經(jīng)由管路32和 36返回室內(nèi)單元，由此通過將流過供熱盤管的供熱流體的熱量傳遞給熱水容器30中的水 來加熱熱水容器30中的熱水。
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如果用戶通過前述供熱系統(tǒng)的輸入裝置(未示出)選擇了優(yōu)先模式，則控制裝置 從上述基于需求的模式改變?yōu)閮?yōu)先模式，其中，用戶需要設(shè)定向房間供熱(即，向散熱器 40,41提供供熱流體)優(yōu)先，或者設(shè)定向熱水容器30中的熱水供熱(S卩，向熱水容器30提 供供熱流體)優(yōu)先。此外，該系統(tǒng)可以包括選擇“加速模式”的按鈕，該加速模式能夠啟動 熱水容器30中的附加加熱器以迅速加熱熱水容器中的水，以便迅速獲得期望溫度(第二設(shè) 定溫度)。在基于需求的模式下，如果第一需求高于第二需求，供熱流體提供給散熱器40、 41而不是熱水容器30，并且如果傳感器63測量的實際溫度下降到低于容器中熱水的期望 溫度(第二設(shè)定溫度)的預(yù)定溫度以下，則還可以通過控制裝置來啟動該附加加熱器33，以 便同時在熱水容器30中獲得期望的水溫。盡管針對組合供熱和制冷設(shè)備描述了本發(fā)明，但本發(fā)明還可以應(yīng)用于不具備制冷 能力的供熱系統(tǒng)。此外，還將散熱器40、41和熱水容器30作為第一對象和第二對象對本發(fā) 明進行了描述。然而，應(yīng)當理解的是除上述對象之外本發(fā)明還可以用于對其他對象進行供 熱。
權(quán)利要求
一種供熱系統(tǒng)，該供熱系統(tǒng)包括熱泵，其具有通過制冷劑管路連接成回路的蒸發(fā)器(14)、壓縮機(15)、冷凝器(25)和膨脹裝置(13)；供熱流體管路，其通過所述冷凝器(25)以在制冷劑和供熱流體之間交換熱量；要由所述供熱流體分別供熱到第一設(shè)定溫度和第二設(shè)定溫度的至少第一對象(40，41)和第二對象；閥(32)，其至少能夠在第一位置和第二位置之間切換，所述第一位置用于提供供熱流體以向所述第一對象(40，41)供熱，所述第二位置用于提供供熱流體以向所述第二對象供熱；至少兩個傳感器(60，63)，其分別用于檢測所述第一對象和所述第二對象處的第一實際溫度和第二實際溫度，以及控制裝置，其被配置為在基于需求的模式下，至少基于所述第一設(shè)定溫度和所述第一實際溫度確定第一需求并至少基于所述第二設(shè)定溫度和所述第二實際溫度確定第二需求，并且被配置成基于所述第一需求與所述第二需求的比較將所述閥切換到所述第一位置和所述第二位置。
2.如權(quán)利要求1所述的供熱系統(tǒng)，其中，所述控制裝置被配置為如果所述第一需求高 于所述第二需求，則將所述閥(32)切換到所述第一位置，而如果所述第二需求高于所述第 一需求，則將所述閥切換到所述第二位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的供熱系統(tǒng)，其中，所述第一對象是設(shè)置在要供熱的房間內(nèi) 的至少一個散熱器(40，41)，該散熱器在其上游側(cè)經(jīng)由所述閥(32)連接到所述供熱流體管 路。
4.如權(quán)利要求3所述的供熱系統(tǒng)，其中，所述散熱器包括地板供熱回路(40)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的供熱系統(tǒng)，其中，所述第一實際溫度是到所述散熱器(40， 41)的實際流溫度(To)，所述第一設(shè)定溫度是到所述散熱器的期望流溫度。
6.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的供熱系統(tǒng)，其中，所述第二對象是容納在熱水容 器(30)中的水，其中，下述管道的一部分連接到用于將熱量傳遞給所述水的熱交換器，或 者形成通過所述熱水容器(30)內(nèi)部的熱交換器，該管道的上游側(cè)經(jīng)由所述閥(32)連接到 所述供熱流體管路的管道的一部分。
7.如權(quán)利要求6所述的供熱系統(tǒng)，其中，所述第二實際溫度是容納在所述熱水容器 (30)中并要被加熱的水的實際溫度，所述第二設(shè)定溫度是所述水的期望溫度。
8.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的供熱系統(tǒng)，其中，所述控制裝置具有用于在所述 基于需求的模式和優(yōu)先模式之間進行選擇的輸入裝置，在所述優(yōu)先模式中，手動設(shè)定所述 第一對象或者所述第二對象優(yōu)先。
9.一種控制供熱系統(tǒng)的方法，該供熱系統(tǒng)包括熱泵、供熱流體管路和要由所述供熱流體的熱量分別供熱到第一設(shè)定 溫度和第二設(shè)定溫度的至少第一對象(40，41)和第二對象，其中所述熱泵具有通過制冷劑 管路連接成回路的蒸發(fā)器(14)、壓縮機(15)、冷凝器(25)和膨脹裝置(13)，所述供熱流體 管路通過所述冷凝器以在制冷劑和供熱流體之間交換熱量，所述方法包括分別檢測所述第一對象和所述第二對象的第一實際溫度和第二實際溫度，至少基于所述第一設(shè)定溫度和所述第一實際溫度計算第一需求，并且至少基于所述第 二設(shè)定溫度和所述第二實際溫度計算第二需求，比較所述第一需求和所述第二需求，以及基于所述比較向所述第一對象(40，41)或者所述第二對象進行供熱。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述第一需求高于所述第二需求時，向所述第 一對象(40，41)供熱，在所述第二需求高于所述第一需求時，向所述第二對象供熱。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，所述第一對象是設(shè)置在要供熱的房間內(nèi)的散 熱器(40，41)，并且所述第一實際溫度是到所述房間內(nèi)的所述散熱器的實際流溫度，所述第 一設(shè)定溫度是到所述散熱器的期望流溫度。
12.如權(quán)利要求9到11中任何一項所述的方法，其中，所述第二對象是容納在熱水容 器(30)中的水，所述第二實際溫度是容納在所述熱水容器(30)中并且要加熱的水的實際 水溫，所述第二設(shè)定溫度是所述水的期望溫度。
全文摘要
一種供熱系統(tǒng)，該供熱系統(tǒng)包括熱泵，其具有通過制冷劑管路連接成回路的蒸發(fā)器(14)、壓縮機(15)、冷凝器(25)和膨脹裝置(13)；供熱流體管路，其通過所述冷凝器(25)以在制冷劑和供熱流體之間交換熱量；由所述供熱流體分別供熱至第一設(shè)定溫度和第二設(shè)定溫度的至少第一對象(40，41)和第二對象；閥(32)，其至少能夠在第一位置和第二位置之間切換，所述第一位置用于提供供熱流體以向所述第一對象(40，41)供熱，而所述第二位置用于提供供熱流體以向所述第二對象供熱；至少兩個傳感器(60，63)，其分別用于檢測所述第一對象和所述第二對象處的第一實際溫度和第二實際溫度，以及控制裝置，其被配置成在基于需求的模式下至少基于所述第一設(shè)定溫度和所述第一實際溫度確定第一需求，并至少基于所述第二設(shè)定溫度和所述第二實際溫度確定第二需求，并且被配置成基于所述第一需求與所述第二需求的比較將所述閥切換到所述第一位置和所述第二位置。此外，本發(fā)明還公開了用于控制上述供熱系統(tǒng)的方法。
文檔編號F24D3/18GK101970941SQ20098010913
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者巴特·阿斯佩拉赫, 片岡秀彥, 越智拓木 申請人:大金工業(yè)株式會社;大金歐洲公司