CN110050163B - 用于控制热泵的压缩机的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于例如通过控制压缩机(3)来控制热泵(2)的加热能力的方法。热泵(2)布置成用于向第一散热器比如空间加热***(9)和第二散热器比如热自来水***(11)供给热。热泵(2)根据第一操作模式操作，在第一操作模式中，热主要供给至第一散热器(9)。检测操作模式中从第一操作模式至第二操作模式的切换，在第二操作模式中，热主要供给至第二散热器(11)。随后，在检测到操作模式从第一操作模式切换至第二操作模式之后，保持热泵(2)的控制逻辑设定，例如压缩机(3)的压缩机速度，热泵(2)在操作模式切换之前以该控制逻辑设定进行操作。

Description

用于控制热泵的压缩机的方法
技术领域
本发明涉及用于控制热泵的压缩机的方法。被控制的热泵布置成用于向例如呈空间加热***和热自来水***形式的第一散热器和第二散热器供给热。本发明的方法确保热泵操作成使得当需要时热总是可用于散热器中的每个散热器。
背景技术
住宅比如单个家庭住宅通常设置有用于提供空间加热以及用于对热自来水进行加热的加热***。加热可以借助于热泵来提供。热泵包括布置在制冷剂路径中的压缩机、例如呈冷凝器形式或呈气体冷却器形式的排热热交换器、膨胀装置以及蒸发器。在制冷剂路径中流动的制冷剂在被供给至排热热交换器之前被压缩机压缩。在排热热交换器中，在流动通过排热热交换器的制冷剂与流过排热热交换器的辅助流体(secondary fluid)之间发生热交换，使得热从流动通过排热热交换器的制冷剂排出。离开排热热交换器的制冷剂被供给至膨胀装置，在该膨胀装置处，制冷剂在供给至蒸发器之前发生膨胀。在蒸发器中，在流动通过蒸发器的制冷剂与流过蒸发器的环境流体或辅助流体之间发生热交换，使得热被流动通过蒸发器的制冷剂所吸收。离开蒸发器的制冷剂被供给至压缩机。因此，在热泵的制冷剂路径中流动的制冷剂交替地受到压缩和膨胀，同时在排热热交换器和蒸发器处发生热交换。
流过排热热交换器的辅助流体为空间加热、热自来水和可能的其他散热器提供所需的加热。
热泵必须操作成使得通过在排热热交换器中进行的热交换提供的加热满足加热***的能量需求。特别地，压缩机应当操作成获得该能量需求。在较冷的气候比如北欧气候中，对热自来水的年平均能量需求约为对空间加热的年平均需求的10％。然而，当存在持续抽取时，例如当有人正在洗澡时，对于热自来水的峰值热需求远远高于峰值空间加热需求。因此，具有用于热自来水的储存箱是方便的。
在空间加热模式期间，即当空间加热***的能量需求最大并且因此加热主要被提供给空间加热***时，压缩机可以基于由一个或更多个温度传感器所执行的测量来控制，所述一个或更多个温度传感器布置成用于对流动通过空间加热***的辅助传热流体的温度进行测量。
在自来水模式期间，即当热自来水***的能量需求最大并且因此加热主要被提供给热自来水***时，压缩机可以基于各种标准以及基于由各种传感器所执行的测量来控制。
容量控制式压缩机通常在低压缩机速度下具有比在高压缩机速度下高得多的效率。因此，希望以低压缩机速度对热自来水箱进行充电，即以低压缩机速度对箱中的自来水进行加热，以使效率最优。然而，可能发生的是，在对热自来水箱进行充电期间开始抽取自来水，或者在抽水期间开始对热自来水箱进行充电。在这种情况下，将有利的是以较高的速度来操作压缩机，以便确保满足热自来水***的峰值能量需求。此外，在对空间加热的需求高的情况下，自来水模式期间的低压缩机速度可能会导致由于较长的充电时间而引起的缺乏所提供的空间加热。这反过来可能导致在进入空间加热模式时失去舒适性和/或降低效率，因为压缩机可能需要以较高的速度操作。在最坏的情况下，空间加热损失可能会变得很大，以致于空间加热***需要辅助加热器。
WO 2007/004962 A1公开了一种旨在用于与具有蒸发器和冷凝器的热泵一起使用的控制装置，其中，借助于蒸发器和压缩机进行加热的传热电路中的传热介质布置成用以经由热交换器的第一部分和热交换器的第二部分将热传递至主要液体流。
发明内容
本发明的实施方式的目的是提供一种用于控制向至少两个散热器供给热的热泵的加热能力的方法，其中，确保当需要时热总是可用于散热器中的每一者，同时优化能量消耗。
本发明提供了一种用于控制热泵的加热能力的方法，该热泵布置成用于向第一散热器和第二散热器供给热，该方法包括下述步骤：
-根据第一操作模式操作热泵的加热能力，在第一操作模式中，热主要供给至第一散热器；
-检测操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换，在第二操作模式中，热主要供给至第二散热器；以及
-在检测到在操作模式从第一操作模式切换至第二操作模式之后，保持热泵的控制逻辑设定，热泵在操作模式切换之前以该控制逻辑设定进行操作。
本发明提供了一种用于控制热泵的加热能力的方法。在本上下文中，术语“热泵”应当理解为是指包括布置在制冷剂路径中的至少一个压缩机、排热热交换器、膨胀装置以及蒸发器的***。在制冷剂路径中流动的制冷剂交替地通过压缩机压缩并通过膨胀装置膨胀，并且在排热热交换器处和蒸发器处发生热交换。热泵经由发生在排热热交换器处的热交换向外部加热***提供加热。加热能力可以例如通过控制热泵的压缩机、与散热器有关的电加热器的容量和/或与散热器有关的辅助循环泵的速度来控制。
在通过控制压缩机来控制加热能力的情况下，通过根据本发明的方法控制的压缩机形成热泵的一部分。压缩机可以呈可变速压缩机的形式，在这种情况下，压缩机通过控制压缩机的速度来控制。作为替代方案，压缩机可以呈例如布置在压缩机机架中的两个或更多个固定速度压缩机的形式。在这种情况下，压缩机通过打开或关闭各个压缩机来控制。作为另一替代方案，压缩机可以呈例如布置在压缩机机架中的两个或更多个可变速压缩机的形式。在这种情况下，压缩机可以通过控制一个或更多个压缩机的速度并且/或者通过打开或关闭各个压缩机来控制。
热泵布置成用于向第一散热器和第二散热器供给热。因此，从排热热交换器中进行的热交换获得的热需要在第一散热器与第二散热器之间以适当的方式分布。散热器可以例如呈用于住宅比如单个家庭住宅的空间加热***和热自来水***的形式。应当注意的是，不排除热泵布置成用于向一个或更多个其他散热器供给热。例如，在第一散热器和第二散热器分别呈空间加热***和热自来水***的形式的情况下，对于单个家庭住宅而言，第三散热器可以例如呈用于对游泳池的水进行加热的加热***的形式。
根据本发明的方法，热泵的加热能力最初根据第一操作模式操作，在第一操作模式中，热主要供给至第一散热器。因此，已经确定的是，第一散热器是具有最大加热需求的散热器，并且第一操作模式选择成使得满足这种加热需求。因此，包括压缩机的热泵操作成——可能基于与第一散热器有关的一组相关控制参数比如在适当的位置处执行的温度测量——向第一散热器供热。
接下来，检测操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换，在第二操作模式中，热主要供给至第二散热器。因此，已经发生了某些事情，其结果是第二散热器目前是具有最大加热需求的散热器。因此有必要执行操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换，以确保满足第二散热器的加热需求。操作模式的切换可以例如通过检测已打开或已关闭的阀或者通过检测相关温度的预定变化来检测。替代性地或附加地，用于控制热泵和/或散热器的软件程序中的标记或变量可以指示压缩机以哪种操作模式操作。在这种情况下，操作模式的切换可以通过检测标记或变量的改变来检测。标记或变量可以例如通过对散热器的阀进行控制的控制逻辑而改变，从而向压缩机的控制逻辑提供与阀的状态的变化有关的信息。
最后，响应于检测到操作模式的切换，热泵操作成使得用于热泵的控制逻辑至少在最初被保持，热泵在操作模式切换之前以该控制逻辑操作。例如压缩机可以操作成使得压缩机速度在最初被保持，压缩机在操作模式切换之前以该压缩机速度操作。因此，至少在最初，热泵特别是压缩机继续操作成使得确保满足第一散热器的加热需求。由此避免了热的供给变得不足以还满足第一散热器的加热需求。
此外，在该压缩机速度实际上足以满足第一散热器的加热需求以及第二散热器的加热需求的情况下，不需要响应于检测到的操作模式中的切换而增加压缩机的速度。因此，压缩机在确保可用于第一散热器和第二散热器的足够的加热的同时以尽可能节能的方式操作。
热泵可以包括控制器单元运行软件，该控制器单元运行软件适于控制热泵和/或散热器——包括控制散热器和/或热泵的压缩机、阀——和相关控制参数比如温度、压力等的测量。
该方法还可以包括下述步骤：
-在检测到操作模式从第一操作模式切换至第二操作模式之后，监测与第二散热器有关的温度；以及
-根据所监测的温度来调节热泵的加热能力。
热泵的加热能力可以例如通过调节压缩机速度来调节。如上所述，压缩机速度最初不响应于检测到的操作模式的切换而改变。然而，用操作模式的切换表示的新的操作条件可能与这种不变的压缩机速度不匹配。特别地，压缩机速度可能不足以满足第二散热器的增加的加热需求，这触发了操作模式的切换。因此，在检测到操作模式从第一操作模式切换至第二操作模式之后，可以监测与第二散热器有关的温度，以确保该温度保持在可接受的范围内。如果所监测的温度超出可接受的范围，则调节压缩机速度以使所监测的温度恢复到可接受的水平。
在第一散热器为空间加热***且第二散热器为热自来水***的情况下，所监测的温度可以例如是在热自来水箱内占主导的温度。如果该温度下降到某一阈值以下，则表明当前的压缩机速度不足以满足第二散热器的当前热需求，这可能是由热自来水箱的排水引起的峰值需求。因此，在检测到这样的温度下降的情况下，必须增大压缩机速度，以避免热从第一散热器的供给至第二散热器的供给的转移达到不再能满足第一散热器的加热需求的程度。
根据所监测的温度调节加热能力的步骤仅可以在完成操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换的情况下执行。
在一些情况下，从启动操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换直到切换完成为止可能需要一定的时间。在这种情况下，可以例如通过检测阀的打开或关闭而在初始时检测操作模式的切换。然而，在***适应新的操作条件之前，所监测的温度可能无法表示第二散热器的实际加热需求。因此，可能有利地是，在对加热能力作出任何调节之前进行等待，直到操作模式的切换已经完成为止，以便确保实际上需要对加热能力进行调节以满足第二散热器的加热需求。
该方法还可以包括下述步骤：在检测到第一散热器和/或第二散热器的需求水平增加的情况下提高加热能力，例如增大压缩机速度。增大压缩机速度导致排热热交换器中的热交换增加，并且由此导致供给至加热***的热供给增加。因此，增大压缩机速度将确保满足第一散热器和/或第二散热器的增加的需求水平，即总的热供给量增加以匹配增加的需求水平。
该方法还可以包括下述步骤：
-存储热泵的控制逻辑设定，热泵在操作模式从第一操作模式切换至第二操作模式之前以该控制逻辑设定进行操作；
-检测操作模式从第二操作模式至第一操作模式的切换；以及
-在检测到操作模式从第二操纵模式切换至第一操作模式之后，以所存储的控制逻辑设定操作热泵。
所存储的控制逻辑设定可以是或包括压缩机的压缩机速度，压缩机在操作模式从第一操作模式切换至第二操作模式之前以该压缩机速度操作。根据本实施方式，在操作模式从第一操作模式切换至第二操作模式之前压缩机操作的速度被存储。该速度也是在操作模式切换之后最初保持的压缩机速度。因此，当***在第一操作模式下操作时，可以假定该压缩机速度与加热需求匹配。
当***在第二操作模式下操作一段时间时，检测到操作模式从第二操作模式切换至第一操作模式。因此，第一散热器现在又是具有最大加热需求的散热器。如果假设自操作模式从第一操作模式切换到第二操作模式以来，包括第一散热器的加热需求的总体操作条件没有显著变化，则所存储的压缩机速度将很有可能确保在操作模式从第二操作模式切换至第一操作模式之后满足第一散热器的加热需求。因此，这是一个良好的起点。
第一散热器可以是空间加热***，并且第二散热器可以是热自来水***。
根据该实施方式，操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换是操作模式从空间加热模式至热自来水模式的切换。在这种情况下，操作模式的切换可以通过热水箱的显著排水例如由于有人在洗澡而启动，或者通过热水箱中的水开始加热而启动。响应于此，保持在空间加热模式期间应用的压缩机速度，而不是启动压缩机的正常热自来水模式控制。因此，即使在可能由于热自来水***的临时峰值需求而引起的热自来水***的加热需求高于空间加热***的加热需求的情况下，压缩机最初也以与空间加热***的加热需求相适应的速度操作。
检测操作模式的切换的步骤可以包括检测阀的设定的变化，该阀对流动至第一散热器和第二散热器的热的热交换流体的流进行控制。
例如，阀可以是具有两种设定的类型，即一种设定为向第一散热器供给热的热交换流体并且一种设定为向第二散热器供给热的热交换流体。在这种情况下，操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换可以通过下述方式检测：检测阀从阀向第一散热器供给热的热交换流体的设定切换成阀向第二散热器供给热的热交换流体的设定。
作为替代方案，阀可以是能够同时向第一散热器以及第二散热器供给热的热交换流体的类型，但是，其中，分别供给至第一散热器和第二散热器的可用的热的热交换流体的分数是可变的。在这种情况下，通过检测可用的热的热交换流体在第一散热器与第二散热器之间的分布的显著变化来检测操作模式中从第一操作模式至第二操作模式的切换。
附图说明
现将参照附图对本发明进行更详细地描述，在附图中：
图1是连接至热泵的加热***的示意图，热泵包括利用根据本发明的实施方式的方法控制的压缩机；以及
图2是图示了根据本发明的实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
图1是加热***1的示意图。加热***1连接至热泵2，热泵2包括沿着制冷剂路径布置的压缩机3、去过热器(de-superheater)4、排热热交换器5、膨胀装置6以及蒸发器7。在制冷剂路径中流动的制冷剂交替地通过压缩机3压缩并通过膨胀装置6膨胀，同时在去过热器4、排热热交换器5和蒸发器7中发生热交换。在去过热器4和排热热交换器5中，在制冷剂与为加热***1提供加热的辅助传热流体之间发生热交换，使得热从制冷剂排出并被辅助传热流体吸收。由此辅助传热流体被加热。在蒸发器7中，在制冷剂与例如呈盐水形式的环境流体流或辅助流体流之间发生热交换，使得热被制冷剂吸收。
当辅助传热流体通过排热热交换器5时，辅助传热流体被供给至混合阀8，该混合阀8能够将辅助传热流体并且因此热供给至呈空间加热***9形式的第一散热器并且/或者供给至呈热自来水***11的热水箱10形式的第二散热器。混合阀8可以处于辅助传热流体仅被供给至空间加热***9的位置、处于辅助传热流体仅被供给至热水箱10的位置或者处于辅助传热流体中的一些辅助传热流体被供给至空间加热***9并且辅助传热流体中的一些辅助传热流体被供给至热水箱10的位置。在后一种情况下，通过适当地调整混合阀8，可以分别根据空间加热***9和热自来水***11的需求来调整可用的辅助传热流体在空间加热***9与热水箱10中的分布。
供给至空间加热***9的辅助传热流体被冷却同时热被供给至空间加热***9，并且已冷却的辅助传热流体返回至排热热交换器5，以便在与流动通过排热热交换器5的制冷剂进行热交换期间吸收热。
供给至热自来水***11的辅助传热流体最初被供给至去过热器4，在去过热器4处，辅助传热流体与流动通过去过热器4的制冷剂发生热交换，由此使辅助传热流体的温度升高。然后辅助传热流体被供给至热水箱10，在热水箱10处发生热交换使得热水箱10中的水的温度升高而辅助传热流体的温度降低。已冷却的传热流体返回至排热热交换器5，以便在与流动通过排热热交换器5进行热交换期间吸收热。
热泵2的压缩机3可以以下述方式操作。首先压缩机3根据第一操作模式操作，在第一操作模式下，热主要供给至空间加热***9。因此，混合阀8处于辅助传热流体中的全部或大部分辅助传热流体被供给至空间加热***9的位置，并且压缩机3以确保满足空间加热***9的加热需求的压缩机速度操作。压缩机速度可以例如基于相关控制参数比如与空间加热***9有关的相关温度测量来控制。
检测操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换，在第二操作模式中，热主要供给至热自来水***11。操作模式的切换可以例如通过检测混合阀8已经移动至辅助传热流体中的全部或大部分辅助传热流体被供给至热自来水***11的位置而被检测。操作模式的切换可以由热自来水***11的加热需求的增加引起。这可以例如是由于热水箱10的排水引起的，例如因为有人在洗澡或者仅由于热水箱10中的水的温度已经降低到阈值以下。
响应于检测到的操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换，首先保持压缩机3的压缩机速度。因此，压缩机3在操作模式切换的时候继续以确保满足空间加热***9的加热需求的压缩机速度操作。由此确保空间加热***9的加热需求在压缩机3在第二操作模式下操作时将继续被满足，而无需以过高的压缩机速度来操作压缩机3。在操作模式切换之后保持的压缩机速度可以进一步被存储。
在操作模式切换之后，可以监测与热自来水***11有关的温度。所监测的温度可以例如是热自来水箱10内部的占主导(prevailing)的温度。然后，压缩机速度可以基于所监测的温度来调节。由此确保热自来水***11的加热需求也能够被满足。例如，如果热自来水箱10内部的占主导的温度开始下降，这表明当前的压缩机速度不足以满足热自来水***11的加热需求。因此，压缩机速度需要增大，以便在不需要不可接受地减小被供给至空间加热***9的热的情况下确保足够的热被供给至热自来水***11。
在稍后的时间点处，可以检测操作模式从第二操作模式至第一操作模式的切换。与上述情况类似，可以通过检测混合阀8已经移动至辅助传热流体中的所有或大部分辅助传热流体被供给至空间加热***9的位置来检测操作模式的切换。操作模式的切换可以例如由热自来水***11的加热需求的降低引起。这可以例如是由于在已加热的水箱10中的水的温度已达到特定的水平而引起的。
响应于检测到的操作模式从第二操作模式至第一操作模式的切换，压缩机3以先前存储的压缩机速度操作。因此，恢复了压缩机3上次根据第一操作模式操作时的压缩机3操作的压缩机速度。这将很有可能确保在操作模式从第二操作模式切换至第一操作模式之后立即满足空间加热***9的加热需求。
图2是图示了根据本发明的实施方式的方法的流程图。该过程以步骤12开始。在步骤13，热泵的压缩机根据第一操作模式操作，在第一操作模式中，热泵主要向例如呈空间加热***形式的第一散热器供给热。因此，压缩机以确保满足第一散热器的加热需求的压缩机速度操作，并且压缩机速度可以基于与第一散热器有关的一个或更多个合适的控制参数来控制。
在步骤14，研究是否已经检测到操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换，在第二操作模式中，热主要供给至第二散热器。第二散热器可以例如呈热自来水***的形式。在未检测到操作模式的切换的情况下，该过程返回至步骤13，并且压缩机继续根据第一操作模式操作。
在步骤14显示已经检测到操作模式从第一操作模式至第二操作模式的切换的情况下，该过程前进至步骤15，在步骤15，压缩机当前操作的压缩机速度被存储，并且然后该过程进一步前进至步骤16，在步骤16，该压缩机速度被保持。因此，在操作模式从第一操作模式切换至第二操作模式之后，压缩机速度最初保持在与第一散热器有关的在操作模式切换的时候占主导的控制参数所指示的速度。
在步骤17，研究与第二散热器有关的温度是否超出范围。如果超出范围，则表示当前的压缩机速度与第二散热器的加热需求不匹配。在第二散热器为热自来水***的情况下，与第二散热器有关的温度可以例如是在热自来水***的热水箱内部占主导的温度。如果该温度开始下降，则说明当前的压缩机速度不足以满足热自来水***的加热需求。
因此，在步骤17显示与第二散热器有关的温度超出范围的情况下，过程前进至步骤18，在步骤18，压缩机速度被调节以确保满足第二散热器的加热需求。接下来，该过程前进至步骤19，在步骤19，研究是否检测到操作模式从第二操作模式切换回至第一操作模式。
在步骤17显示与第二散热器有关的温度不超出范围的情况下，压缩机被保持在当前水平。由于与第二散热器有关的温度在该情况下处于适当的范围内，当前的压缩机速度确保满足第二散热器的加热需求，并且因此保持这个压缩机速度是合适的。
因此，该过程直接前进至步骤19，以研究是否已经检测到操作模式从第二操作模式切换回至第一操作模式。
在步骤19显示未检测到操作模式的切换的情况下，该过程返回至步骤16，并且压缩机继续以当前的压缩机速度操作。在步骤19显示已经检测到操作模式的切换的情况下，该过程前进至步骤20，在步骤20，所存储的压缩机速度被恢复。因此，在这种情况下，在操作模式从第二操作模式切换至第一操作模式之后，压缩机以从第一操作模式切换至第二操作模式时的速度操作。
最后，该过程返回至步骤13，并且压缩机再次根据第一操作模式操作。

Claims (7)

1.一种用于控制热泵(2)的加热能力的方法，所述热泵(2)布置成用于向第一散热器(9)和第二散热器(11)供给热，所述方法包括下述步骤：
-根据第一操作模式操作所述热泵(2)的所述加热能力，在所述第一操作模式中，热主要供给至所述第一散热器(9)；
-检测操作模式从所述第一操作模式至第二操作模式的切换，在所述第二操作模式中，热主要供给至所述第二散热器(11)；
-在检测到操作模式从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式之后，保持所述热泵(2)的控制逻辑设定，所述热泵(2)在切换操作模式之前以所述控制逻辑设定进行操作；
-存储所述热泵(2)的所述控制逻辑设定，所述热泵(2)在操作模式从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式之前以所述控制逻辑设定进行操作；
-检测操作模式从所述第二操作模式至所述第一操作模式的切换；以及
-在检测到操作模式从所述第二操作模式切换至所述第一操作模式之后，以所存储的控制逻辑设定操作所述热泵(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：
-在检测到操作模式从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式之后，监测与所述第二散热器(11)有关的温度；以及
-根据所监测的温度调节所述热泵(2)的所述加热能力。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据所监测的温度调节所述加热能力的步骤仅在完成操作模式从所述第一操作模式至所述第二操作模式的切换的情况下执行。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，还包括下述步骤：在检测到所述第一散热器(9)和/或所述第二散热器(11)的需求水平增加的情况下提高所述加热能力。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述第一散热器为空间加热***(9)，并且所述第二散热器为热自来水***(11)。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，检测操作模式的切换的步骤包括检测阀(8)的设定的变化，所述阀(8)对流动至所述第一散热器(9)和所述第二散热器(11)的热的热交换流体的流进行控制。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述热泵(2)的所述加热能力通过控制所述热泵(2)的压缩机(3)的压缩机速度来控制。
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