[发明专利]热泵能量供应优化方法和系统

说明书

技术领域

本公开的内容主要涉及空调领域，且尤其涉及采用废热、电供热和可燃材料供热的组合来优化热泵的能量利用的方法和系统。

背景

热泵通过从室外环境空气汲取热，并将热量传递到诸如家庭或商业的气候控制区域来运行。在制冷模式下，热泵通过从气候控制区域的空气汲取热到环境空气中来运行。在加热模式下，热泵通过从外部环境空气中汲取热，并将热量传递到气候控制区域来运行。通常，运行热泵比运行化石燃料的惯常锅炉更经济。然而，热泵的性能系数(COP)是环境空气温度的函数。在加热循环期间，由于随着环境温度下降，从环境空气中汲取热所需做的功更多，故而热泵的COP将降低。在加热循环期间，在某个点COP变得太小，以至于与锅炉或其它化石燃料加热源相比，不认为其更经济有效。

一种典型的方案是为热泵提供一个备用的加热器，以便在环境温度变得太低时，热泵停止运行，而诸如气体或电散热器的加热器将给气候控制环境提供热量。遗憾的是，因为需要热泵和加热器两个分立的系统，这种方法会增加成本和复杂性。另外，附加加热器不一定提供最高能率形式的加热。并且，一般这种双系统不能在合适的时间帧内，在热泵和附加加热器之间切换，以允许经济地控制气候控制区域的期望的目标温度。进一步的，这种系统不能提供在制冷循环期间优化热泵的能耗的方法。

另外，很多工业过程都产生低温废热，一般低于150℃，一般这种温度太低不能用于完成有用的工作。某些热力循环，例如吸收式制冷，可从低级热源提供环境制冷和加热。类似的，诸如聚集型或真空管型的太阳能集热器接收的太阳热能典型地为废热级别的，并且已被吸收式制冷机用来提供环境制冷。遗憾的是，一般使用的吸收式制冷循环效率低，一般COP不会实现高于约0.7，这里的术语COP被定义为Δ/ΔW，其中ΔQ被定义为加热/制冷负荷的变化量，而ΔW被定义为制冷系统消耗的功。其它类型的热泵实现更高的COP，但是废热/太阳能热源的能量输出并不是一直足以为这种热泵提供能量。

期望一种优化热泵的能量供应的方法和系统，以便使热泵的运行成本针对大范围的环境空气温度持续保持最小。

发明内容

鉴于上文提供的讨论以及其它考虑，本公开提供了用以克服在先和现有的热泵能量供应优化方法的部分和所有缺点的方法和装置。本文中也将描述本领域技术人员可以意识到的本方法和装置的其它新的和有用的优点。

在示例性的实施例中，提供了一种热泵装置，热泵装置包括：控制电路；第一能源输入端口，布置为接收来自第一能源的能量；第二能源输入端口，布置为接收来自第二能源的能量，第二能源不同于第一能源，第一和第二能源输入端口中的每一个布置为响应于控制电路为处理热泵装置内容纳的工作流体提供能量；以及与控制电路通信的环境温度传感器，环境温度传感器布置为感测环境空气的温度，其中控制电路布置为交替地选择第一能源输入端口和第二能源输入端口之一为处理工作流体提供能量，该选择响应于所感测的环境空气温度。

在一个实施例中，控制电路布置为，响应于所感测的环境温度确定第一能源和第二能源中的每一个为处理单个工作流体提供能量需要的能量输出，并且其中控制电路布置为响应于所确定的所需要的能量输出，确定由第一能源和第二能源中的每一个运行热泵装置的成本，响应于所确定的运行成本来执行选择。在另一实施例中，第一能源包括电源，第二能源包括可燃材料供能的水加热器。在又一实施例中，热泵装置进一步包括：与第一能源输入端口电连通的压缩机，压缩机布置为压缩工作流体；和与第二能源输入端口热连通的热交换器，热交换器布置为将热量从可燃材料供能的水加热器传递到工作流体。

在一个实施例中，热泵装置进一步包括第三能源输入端口，布置为接收来自第三能源的能量，第三能源不同于第一和第二能源，第三能源输入端口布置为为处理工作流体提供能量，其中控制电路进一步布置为确定第三能源的能量输出，只有在所确定的第三能源的能量输出小于热泵装置的能量需求的情况下才执行选择。在又一实施例中，第三能源包括废热源和太阳能水加热器之一。

在再一实施例中，热泵装置进一步包括与以下热连通的热交换器：第二能源输入端口；以及第三能源输入端口。在另一实施例中，为处理工作流体提供能量的第三能源输入的布置响应于控制电路，其中在所确定的第三能源确定的能量输出小于热泵装置的能量需求的情况下，控制电路进一步布置为控制第三能源输入端口为处理工作流体提供能量。