热泵系统的制作方法

本发明涉及家电，尤其是涉及一种热泵系统。

背景技术：

1、目前，空调热回收技术旨在解决常规制冷过程中冷凝热直接排放造成的能源浪费问题，通过引入热水换热器将制冷产生的废热转化为生活热水，从而实现节能与一机多用。

2、相关技术中，热回收控制策略主要包括单一全热回收、单一部分热回收、水箱循环加热及常规电子膨胀阀控制等几类方案，但均未能完美平衡多工况需求，从而导致系统在应对复杂多变的实际使用场景时，难以同时兼顾热水舒适度、制冷性能保持与整体运行能效的最优解。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明的目的在于提出一种热泵系统，该热泵系统能够在应对复杂多变的实际使用场景时，既能平衡多工况需求、确保热水稳定充足地供应，又能最大化提升能源利用效率，使整个热泵系统始终维持在综合能效的最优状态。

3、本发明实施例提出了一种热泵系统，所述热泵系统包括：

4、水箱，用于储存生活用水；

5、第一换热器，设置于室外，用于向外部环境排放冷凝热；

6、第二换热器，与所述水箱的内部循环回路连接，用于加热所述生活用水；

7、第三换热器，连接所述热泵系统的末端，用于冷媒蒸发吸热并向所述热泵系统的末端提供冷量；

8、压缩机，所述压缩机具有排气口和进气口；

9、第一冷媒支路、第二冷媒支路和第三冷媒支路，其中，所述第一冷媒支路的首端和所述第二冷媒支路的首端均用于与所述排气口连接，所述第一冷媒支路的末端和所述第二冷媒支路的末端均用于与所述第三冷媒支路的首端连接，所述第三冷媒支路的末端用于与所述排气口连接，所述第一换热器位于所述第一冷媒支路上，所述第二换热器位于所述第二冷媒支路上，所述第三换热器位于所述第三冷媒支路上；

10、控制阀，所述控制阀设置于所述压缩机与所述第一冷媒支路、所述第二冷媒支路、所述第三冷媒支路之间，所述控制阀用于选择性地控制所述冷媒在所述第一冷媒支路、所述第二冷媒支路和/或所述第三冷媒支路中循环流动；

11、控制器，所述控制器被配置为：

12、获取用户的用水需求以及所述用水需求对应的持续时间；

13、根据所述用水需求和所述持续时间确定目标用水阶段；

14、基于所述目标用水阶段，控制所述热泵系统运行至与所述目标用水阶段对应的目标运行模式。

15、上述技术方案具有如下优点或有益效果：在获取用户的用水需求的同时获取用水需求对应的持续时间，进而基于持续时间和用水需求精确地确定当前所处的目标用水阶段，由于在目标用水阶段的确定过程中，结合持续时间进行综合评估，不仅能够有效防止目标运行模式的频繁打断和切换，保护热泵系统的执行部件免受频繁启停带来的机械磨损，还能确保系统精准识别出用户持续性的真实用水状态。在此基础上，控制器以目标用水阶段为控制基准，智能驱动热泵系统切换并运行至与该阶段匹配的目标运行模式，这不仅提升了整体能效与用户体验，还实现了制冷、热回收与生活热水供给之间的高效协同联动，从而在应对复杂多变的实际使用场景时，既能平衡多工况需求、确保热水稳定充足地供应，又能最大化提升能源利用效率，使整个热泵系统始终维持在综合能效的最优状态。

16、另外，根据本发明实施例的热泵系统，还可以具有如下附加的技术特征：

17、进一步的，所述控制阀包括第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀和第三电子膨胀阀，基于所述目标用水阶段，控制所述热泵系统运行至与所述目标用水阶段对应的目标运行模式，所述控制器被配置为：当确定所述目标用水阶段为大量用水阶段时，控制所述热泵系统运行至与所述大量用水阶段对应的全热回收运行模式；其中，所述全热回收运行模式包括：控制所述第一电子膨胀阀关闭，并控制所述第二电子膨胀阀和第三电子膨胀阀开启；获取所述第三换热器的出口过热度；根据预设目标过热度与预设过热度控制回差，确定偏差上限阈值和偏差下限阈值；根据所述出口过热度、所述偏差上限阈值和所述偏差下限阈值调节所述第三电子膨胀阀的开度；其中，根据所述出口过热度、所述偏差上限阈值和所述偏差下限阈值调节第三电子膨胀阀的开度时，所述控制器被配置为：当所述出口过热度大于所述偏差上限阈值时，控制所述第三电子膨胀阀的开度增大；当所述出口过热度小于所述偏差下限阈值时，控制所述第三电子膨胀阀的开度减小；当所述出口过热度大于或等于所述偏差下限阈值且所述出口过热度小于或等于所述偏差上限阈值时，控制所述第三电子膨胀阀维持当前开度不变。

18、上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过在大量用水阶段启用全热回收运行模式，使室外换热器停止参与冷凝换热，冷凝热得以优先且集中地用于加热水，从而提高了热水出水温度的响应速度，有效保障了大流量用水的需求，进而在确保热泵系统运行稳定性的同时，使系统能效达到最优状态。

19、进一步的，热泵系统还包括：室外环境温度传感器，用于获取室外环境温度；基于所述目标用水阶段，控制所述热泵系统运行至与所述目标用水阶段对应的目标运行模式，所述控制器被配置为：当确定所述目标用水阶段为无用水阶段时，获取所述水箱的水箱温度和所述室外环境温度；根据所述室外环境温度和预设映射关系确定模式切换温度，其中，所述预设映射关系包括多组所述室外环境温度和所述模式切换温度之间的对应关系；根据所述水箱温度、所述模式切换温度和预设水箱停止加热温度控制所述热泵系统运行至与所述无用水阶段对应的目标运行模式；其中，根据所述水箱温度、所述模式切换温度和预设水箱停止加热温度控制所述热泵系统运行至与所述无用水阶段对应的目标运行模式时，所述控制器被配置为：当检测到所述水箱温度大于或等于预设水箱停止加热温度时，控制所述热泵系统运行制冷运行模式；当检测到所述水箱温度小于或等于所述模式切换温度与预设切换温度回差之差时，控制所述热泵系统运行全热回收蓄热运行模式；当检测到所述水箱温度大于或等于所述模式切换温度与所述预设切换温度回差之和，且小于所述预设水箱停止加热温度时，控制所述热泵系统运行部分热回收蓄热运行模式；当检测到所述水箱温度大于或等于所述模式切换温度与预设切换温度回差之差，且小于或等于所述模式切换温度与所述预设切换温度回差之和时，控制所述热泵系统维持所述全热回收蓄热运行模式或所述部分热回收蓄热运行模式。

20、上述技术方案具有如下优点或有益效果：能够有效避免在水箱温度处于临界状态时因微小温度波动导致运行模式频繁切换，从而显著减少压缩机及控制阀的机械磨损，延长热泵系统的使用寿命，同时提升水箱蓄热过程的控制精度，确保系统热力循环的平稳过渡与整体能效的最优。

21、进一步的，控制所述热泵系统运行制冷运行模式后，所述控制器被配置为：控制所述第二电子膨胀阀关闭，控制所述第三电子膨胀阀和所述第一电子膨胀阀开启；根据所述出口过热度、所述偏差上限阈值和所述偏差下限阈值调节所述第三电子膨胀阀的开度；当检测到所述水箱温度低于预设重新加热温度，且确定所述目标用水阶段为无用水阶段时，控制所述热泵系统执行获取所述水箱的水箱温度和所述室外环境温度的步骤；当所述用水需求表征当前处于第一用水状态时，控制所述热泵系统执行根根据所述用水需求和所述持续时间确定目标用水阶段的步骤。

22、上述技术方案具有如下优点或有益效果：不仅能够保证生活热水的快速升温，还能有效防止压缩机发生液击或排气温度过高，从而在确保热泵系统运行稳定性的同时，使系统能效达到最优状态。

23、进一步的，控制所述热泵系统运行全热回收蓄热运行模式后，所述控制器被配置为：控制所述第一电子膨胀阀关闭，控制所述第三电子膨胀阀和所述第一电子膨胀阀开启，并根据所述出口过热度、所述偏差上限阈值和所述偏差下限阈值调节所述第三电子膨胀阀的开度；当所述用水需求表征当前处于第一用水状态时，执行根据所述用水需求和所述持续时间确定目标用水阶段的步骤。

24、上述技术方案具有如下优点或有益效果：不仅保证了全热回收蓄热模式下热水制备的高效性与系统运行的安全性，还能根据实际用水强度的变化自适应调整运行策略，从而在满足用户高负荷用水需求的同时，实现系统综合能效的最优化。

25、进一步的，控制所述热泵系统运行部分热回收蓄热运行模式后，所述控制器被配置为：控制所述第三电子膨胀阀的开度调整至预设最大开度，控制所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀开启；根据所述水箱温度、所述模式切换温度、所述预设水箱停止加热温度、预设热水侧最大冷媒分配比例和预设热水侧最小冷媒分配比例，确定当前的热水侧冷媒分配比例；根据所述热水侧冷媒分配比例调节所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度；其中，根据所述热水侧冷媒分配比例和所述水箱温度调节所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度，所述控制器被配置为：当所述热水侧冷媒分配比例增大时，控制所述第二电子膨胀阀的开度增大，并控制所述第一电子膨胀阀的开度减小；当所述热水侧冷媒分配比例减小时，控制所述第二电子膨胀阀的开度减小，并控制所述第一电子膨胀阀的开度增大；当所述水箱温度升高时，控制所述热水侧冷媒分配比例减小，并控制所述第二电子膨胀阀的开度减小，控制所述第一电子膨胀阀的开度增大；基于所述出口过热度、所述预设偏差上限阈值和所述预设偏差下限阈值调节所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度；其中，基于所述出口过热度、所述预设偏差上限阈值和所述预设偏差下限阈值调节所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度，所述控制器被配置为：当所述出口过热度大于所述偏差上限阈值时，控制所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度增大；当所述出口过热度小于所述偏差下限阈值时，控制所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度减小；当所述出口过热度大于或等于所述偏差下限阈值，且所述出口过热度小于或等于所述偏差上限阈值时，维持所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度不变。

26、上述技术方案具有如下优点或有益效果：在完成支路流量分配的基础调节后，基于出口过热度对第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的开度进行修正，能够有效消除支路流量分配过程中的热力耦合干扰，确保蒸发器始终处于最佳的换热状态，从而提升了系统运行的稳定性与综合能效。同时，能够大幅降低因供液波动导致的压缩机液击风险，有效延长了热泵系统的使用寿命。

27、进一步的，确定当前的热水侧冷媒分配比例，所述控制器还被配置为：当所述水箱温度大于或等于所述模式切换温度，且小于第一预设温度阈值时，确定当前的热水侧冷媒分配比例为第一预设比例；当所述水箱温度大于或等于所述第一预设温度阈值，且小于第二预设温度阈值时，确定当前的热水侧冷媒分配比例为第二预设比例；当所述水箱温度大于或等于第二预设温度阈值，且小于或等于所述预设水箱停止加热温度时，确定当前的热水侧冷媒分配比例为第三预设比例；其中，所述第一预设比例大于所述第二预设比例，所述第二预设比例大于所述第三预设比例。

28、上述技术方案具有如下优点或有益效果：不仅有效降低了控制器的运算负荷，提高了热泵系统的控制响应效率，还能使冷媒流量的分配更加平稳，避免了因连续公式计算带来的阀门频繁微调，从而进一步提升了部分热回收蓄热运行模式下热泵系统运行的稳定性与整体能效。

29、进一步的，基于所述目标用水阶段，控制所述热泵系统运行至与所述目标用水阶段对应的目标运行模式，所述控制器被配置为：当确定所述目标用水阶段为常规用水阶段时，控制所述热泵系统运行部分热回收运行模式；其中，所述部分热回收运行模式包括：控制所述第三电子膨胀阀的开度调整至第一预设开度，控制所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀开启；获取所述第二换热器的出水温度；确定预设目标出水温度与预设出水温度差值之间的出水上限温度和出水下限温度；当所述出水温度小于所述出水下限温度时，控制所述第一电子膨胀阀的开度减小，并控制所述第二电子膨胀阀的开度增大；当所述出水温度大于出水上限温度时，控制所述第一电子膨胀阀的开度增大，并控制所述第二电子膨胀阀的开度减小；当所述出水温度大于或等于所述出水下限温度，且小于或等于所述出水上限温度时，根据所述出口过热度调节所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度；其中，根据所述出口过热度调节所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度，所述控制器被配置为：当所述出口过热度大于所述偏差上限阈值时，控制所述第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的开度增大；当所述出口过热度小于所述偏差下限阈值时，控制所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀的开度减小；当所述出口过热度大于或等于所述偏差下限阈值，且所述出口过热度小于或等于所述偏差上限阈值时，控制所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀维持当前开度不变。

30、上述技术方案具有如下优点或有益效果：在部分热回收运行模式下，第一电子膨胀阀与第二电子膨胀阀根据制冷侧的过热度以及热水侧的实际需求进行协同修正，使室外换热器支路和热水换热器支路的冷媒流量实现连续可调。控制器能够精准匹配热水需求，仅将满足热水加热所需的冷媒分配至热水换热器，而将剩余的冷凝热通过室外侧换热器排出。这种按需分配的策略不仅避免了热量的过度回收，还能有效降低系统的冷凝压力，从而保障制冷与热水供给的高效协同。

31、进一步的，根据所述用水需求和所述持续时间确定目标用水阶段，所述控制器被配置为：当所述用水需求表征当前处于第一用水状态且所述第一用水状态的持续时间达到第一预设时间阈值时，确定所述目标用水阶段为大量用水阶段；当所述用水需求表征当前处于第二用水状态且所述第二用水状态的持续时间达到第二预设时间阈值时，确定所述目标用水阶段为无用水阶段；当所述用水需求表征当前处于第三用水状态且所述第三用水状态的持续时间达到第三预设时间阈值时，确定所述目标用水阶段为常规用水阶段。

32、上述技术方案具有如下优点或有益效果：能够有效防止系统运行模式被频繁打断和切换，保护压缩机、电子膨胀阀等执行部件免受频繁启停带来的机械磨损，还能确保系统精准识别出用户持续性的真实用水意图，从而平稳、高效地匹配相应的热回收策略，从而显著提升了整体能效与用户体验。

33、针对上述存在的问题，本发明还提出一种用于上述热泵系统的控制方法，包括：获取用户的用水需求以及所述用水需求对应的持续时间；根据所述用水需求和所述持续时间确定目标用水阶段；基于所述目标用水阶段，控制所述热泵系统运行至与所述目标用水阶段对应的目标运行模式。

34、根据本发明实施例的热泵系统的控制方法，在获取用户的用水需求的同时获取用水需求对应的持续时间，进而基于持续时间和用水需求精确地确定当前所处的目标用水阶段，由于在目标用水阶段的确定过程中，结合持续时间进行综合评估，不仅能够有效防止目标运行模式的频繁打断和切换，保护热泵系统的执行部件免受频繁启停带来的机械磨损，还能确保系统精准识别出用户持续性的真实用水状态。在此基础上，以目标用水阶段为控制基准，智能驱动热泵系统切换并运行至与该阶段匹配的目标运行模式，这不仅提升了整体能效与用户体验，还实现了制冷、热回收与生活热水供给之间的高效协同联动，从而在应对复杂多变的实际使用场景时，既能平衡多工况需求、确保热水稳定充足地供应，又能最大化提升能源利用效率，使整个热泵系统始终维持在综合能效的最优状态。

35、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。