[发明专利]内置双温相变高效蓄能模块的热泵热水系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种内置双温相变高效蓄能模块的热泵热水系统及其控制方法，包括温水箱、热水箱、循环泵、蝶阀、空气源热泵并联机组、回水阀和供水泵，所述热水箱、温水箱、回水阀、供水泵与用水末端顺序连接，形成水箱‑末端循环；所述空气源热泵并联机组、循环泵、蝶阀顺序连接，构成并联主机；所述热水箱、温水箱、并联主机顺序连接形成主机‑水箱循环。与现有技术相比，本发明设置双水箱方案，减少了回水、补水、热水之间的混合损失，本技术方案中分离高温的热水与低温的补水和回水，并且利用蓄能模块维持了双水箱中温度的相对稳定，同时保证了热泵的进出水温度均明显降低，为热泵的工作创造了稳定且节能的工作环境。

技术领域

本发明涉及一种热水系统及其控制方法，尤其是涉及一种内置双温相变高效蓄能模块的热泵热水系统及其控制方法。

背景技术

目前，大中型公共建筑，例如办公楼、医院、酒店、教学楼等，常常使用热水系统为用户供应生活热水(洗浴、盥洗、餐厨等)。热水系统往往由热水箱、加热设备、动力设备(如水泵)、管网设备组成。近些年来，由于空气源热泵具有环境友好、高效节能的优势，使用空气源热泵作为加热设备的热泵热水系统逐渐成为了市场的主流。

目前，市场上广泛使用单水箱热泵热水系统。在该系统当中，高温的热泵供水、中温的循环回水以及低温的冷水补水会汇入一个水箱中。系统中包含循环回路、加热回路以及补水回路。热水从热水箱流出，经过供水泵输送给用户，其中一部分被用水末端消耗，一部分经由回水阀返回热水箱，构成系统的循环回路；当水箱中水位降低到一定程度时，开启冷水补水，低温的补水(一般为市政自来水)补入水箱中直到水箱水位达到设定要求，构成系统的补水回路；当水箱的水温低于一定值时，水箱中的水经过循环泵和热泵机组，加热后送回热水箱中，构成系统的加热循环回路。在该系统当中，系统水箱的储热能力主要依靠水的储热能力，即主要依靠高温热水中蓄存的热量。

在实际使用中，现有热泵热水系统大多存在以下两方面问题：

首先，在现有系统中，热水箱的储热能力只能依靠水中储存的热量，当热水负荷增大时，由于水的储热密度较低，导致系统只能被动地增大热水箱体积从而提升储水能力来提升储热能力，增加了初投资和水箱占地面积；与此同时，单纯依靠热水储热的存在储热能力不足的问题，现有系统必须要在热水负荷的峰值进行开机加热，而热水负荷峰值往往位于电费峰值期，增加了系统的运行费用。

其次，在现有系统中，热泵制取的高温热水(约55℃)、末端管网的中温回水(约40℃)、补水管道的低温冷水(约15℃)统一送入热水水箱中，存在混水损失，而热泵主机为了抵御混水损失，不得不将水加热到更高温度(约60℃)来抵御混水损失，从而迫使热泵机组在较高的冷凝温度下工作，降低了机组的能效。

蓄能技术正在快速发展，应用蓄能模块进行能量的跨时间存储正在成为能源行业的热门方向，市场上涌现出了一大批石蜡、高温冰、凝胶等高效便捷的蓄能材料，但这些蓄能材料目前还未有效应用在热泵热水系统当中。

现有专利CN201910011471.5提出一种双回路蓄能水箱，将蓄能模块外置并作为电费峰值期的热源，起到了电费的“移峰填谷”效果。但是该专利也没有通过蓄能模块增大水箱的储热能力。

现有专利CN209068787U提出了一种双水箱太阳能热水系统，在利用电加热辅助加热的集热水箱之外另设保温水箱，在夜间的电费谷价期加热保温水箱来降低电费支出；现有专利CN211204209U提出一种双源双水箱热泵供水系统，通过储热水箱在主热源不足时利用水源热泵供热实现节能。上述专利中使用的双水箱系统只是将水箱分成了主水箱和副水箱，热泵每次只对其中一个水箱加热，利用热水蓄存的方式来保障水温或者降低能耗，并没有解决混水损失的问题，没有显著提高能效。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种内置双温相变高效蓄能模块的双水箱热泵热水系统及其控制方法，在保障用户用水的同时，通过内置双相变温度高效蓄能模块来提高热水箱的储热密度，从而提高水箱的储热能力。