基于环境因数的变频太阳能热泵热水器控制方法及热水器与流程

1.本发明涉及热水器领域，尤其涉及一种基于环境因数的变频太阳能热泵热水器控制方法及热水器。


背景技术：

2.现有太阳能热泵系统是通过集热蒸发器来替代原有的热泵室外机，集热蒸发器所吸收的热能来自太阳能和空气源，而太阳辐照强度和室外空气温度随着季节、早晚时差及安装使用地域的不同而不同，导致集热蒸发器的容量(即换热量)发生变化，集热蒸发器的容量和压缩机的容量是否匹配直接影响系统的工作性能，对于采用定频压缩机的热泵系统，由于定频压缩机的容量又是额定的，而集热蒸发器的容量会发生变化，仅仅按照出厂设置的集热蒸发器与压缩机的容量往往不匹配，造成系统能效较低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于环境因数的变频太阳能热泵热水器控制方法及热水器，其能够合理调整压缩机的频率，使得压缩机的容量与集热蒸发器的容量达到合理匹配，提高热泵系统的能效。
4.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种基于环境因数的变频太阳能热泵热水器控制方法，包括：
6.获取太阳能辐照温度tb以及环境温度te，并根据所述太阳能辐照温度tb和所述环境温度te拟合出辐照强度数值h；
7.根据所述环境温度te以及所述辐照强度数值h拟合出环境因数；
8.获取变频太阳能热泵热水器的水箱内的水温tw，并根据所述水温tw以及所述环境因数得到所述变频太阳能热泵热水器的变频压缩机的运行频率f；
9.调整所述变频压缩机的当前频率至所述运行频率f。
10.作为优选，还包括：
11.在所述变频压缩机以所述运行频率f运行时，判断所述水箱内的水温tw是否达到预设水温；
12.在未达到所述预设水温时，判断所述变频压缩机的运行时间是否达到第一预设时间，如果是，则调整所述变频压缩机的频率至最大运行频率f
max
。
13.作为优选，在达到所述预设水温时，停止运行所述变频压缩机。
14.作为优选，在所述变频压缩机以所述最大运行频率f
max
运行时，判断所述水箱内的水温tw是否达到预设水温，如果是，则停止运行所述变频压缩机，如果否，则控制所述变频压缩机持续以所述最大运行频率f
max
运行直至水箱内的水温tw达到所述预设水温。
15.作为优选，所述太阳能辐照温度tb、所述环境温度te以及所述水温tw均每隔第二预设时间获取一次。
16.作为优选，在所述变频压缩机开机运行第三预设时间后，进行所述太阳能辐照温
度tb以及所述环境温度te的获取。
17.作为优选，所述辐照强度数值h采用以下公式拟合获得：
18.h＝a*4x4–
b*5x3 c*x2 d*x e，其中：x＝tb
‑
te，a、b、c、d、e均为常数。
19.作为优选，所述环境因数采用以下公式拟合获得：
20.te＇＝a1*te b1*h，其中a1、b1为常数。
21.作为优选，在所述变频太阳能热泵热水器的集热蒸发器的冷媒进出管处设置辐照转换板，所述太阳能辐照温度tb通过检测所述辐照转换板处的温度获得。
22.本发明还提供一种热水器，包括压缩机、水箱、蒸发器、电子膨胀阀以及冷凝器，所述压缩机的吸气口与所述蒸发器的出口连接，所述压缩机的排气口与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述蒸发器的入口连接，所述冷凝器与所述蒸发器之间设置有电子膨胀阀，所述冷凝器设置在所述水箱内部或者外部，所述压缩机为变频压缩机，所述热水器按照上述的基于环境因数的变频太阳能热泵热水器控制方法执行控制。
23.本发明的有益效果：通过将压缩机设置为变频压缩机，且引入太阳能辐照温度tb以及环境温度te，并根据两者拟合辐照强度数值h，之后根据辐照强度数值h和环境温度te拟合出环境因数，随后根据环境因数和水箱内的水温tw，能够获得对应的变频压缩机的运行频率f，使得变频压缩机根据不同季节的气象条件，始终处于最佳运行状态，进而提高热水器热泵系统的能效，提升热水器的使用性能。
附图说明
24.图1是本发明提供的热水器的结构示意图；
25.图2是本发明提供的基于环境因数的变频太阳能热泵热水器控制方法流程图。
26.图中：
27.1、压缩机；2、水箱；3、蒸发器；4、电子膨胀阀；5、冷凝器；6、辐照转换板。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
29.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
32.本发明提供一种热水器，其采用热泵系统进行制热，具体地，如图1所示，该热水器包括压缩机1、水箱2、蒸发器3、电子膨胀阀4以及冷凝器5，其中压缩机1为变频压缩机，该压缩机1的吸气口与蒸发器3的出口连接，压缩机1的排气口与冷凝器5的入口连接，冷凝器5的出口与蒸发器3的入口连接，冷凝器5与蒸发器3之间设置有电子膨胀阀4，冷凝器5设置在水箱2内部或者外部，上述蒸发器3为集热蒸发器，能够吸收太阳能来加热冷媒。优选地，本实施例在蒸发器3的冷媒进出管处设有辐照转换板6，其能够吸收太阳能，在辐照转换板6处设有温度传感器，该温度传感器用于检测辐照转换板6处的温度，也就是能够检测太阳能辐照温度tb。而且优先地，该温度传感器放置于背阴位置，避免受到太阳光照以及集热蒸发器板温影响，以确保精确检测太阳能辐照温度tb。
33.在上述水箱内也设有温度传感器，用于检测水箱2内的水温tw。同时还设有一温度传感器来检测热水器所在场景的环境温度te。
34.本实施例还提供一种基于环境因数的变频太阳能热泵热水器控制方法，其通过上述热水器来执行控制。具体地，如图2所示，该基于环境因数的变频太阳能热泵热水器控制方法包括以下步骤：
35.s1、获取太阳能辐照温度tb以及环境温度te，并根据太阳能辐照温度tb和环境温度te拟合出辐照强度数值h。
36.即通过温度传感器检测辐照转换板6处的温度，来获得太阳能辐照温度tb，同时通过另一温度传感器来检测热水器所在场景的环境温度te，在获得太阳能辐照温度tb以及环境温度te后，通过拟合公式拟合出辐照强度数值h。
37.可选地，上述辐照强度数值h可以通过以下公式拟合获得：
38.h＝a*4x4–
b*5x3 c*x2 d*x e，其中：x＝tb
‑
te，a、b、c、d、e均为常数，其数值可以预先存储于热水器的控制器，或者通过查表获得，该表格通过实验获得并预先存储于控制器。通过上述公式的拟合计算，最终能够得到辐照强度数值h。
39.本步骤中，需要指出的是，上述对太阳能辐照温度tb以及环境温度te的检测，是在变频压缩机运行第三预设时间之后进行的检测，在变频压缩机开机运行后，会先设定回油频率，之后在等待一定时间(也就是第三预设时间)后，开始太阳能辐照温度tb以及环境温度te的检测获取。
40.优选地，由于本实施例的太阳能辐照温度tb以及环境温度te是随时变化的，因此需要周期性检测太阳能辐照温度tb以及环境温度te。本步骤中每隔第二预设时间即进行一次太阳能辐照温度tb以及环境温度te的检测，以确保后续对变频压缩机的运行频率的调节更为精准。
41.s2、根据环境温度te以及辐照强度数值h拟合出环境因数。
42.在步骤s1拟合获得辐照强度数值h后，根据环境温度te以及辐照强度数值h，通过拟合公式拟合出环境因数，具体的，环境因数的拟合公式如下：
43.te＇＝a1*te b1*h，其中a1、b1为常数，其数值可以预先存储于热水器的控制器，或
者通过查表获得，该表格通过实验获得并预先存储于控制器。
44.s3、获取变频太阳能热泵热水器的水箱内的水温tw，并根据水温tw以及环境因数得到变频太阳能热泵热水器的变频压缩机的运行频率f。
45.在拟合出环境因数后，检测获得水箱内的水温tw，并通过查询预先存储的环境因数、水温tw与运行频率f的对应表格，来获得对应的运行频率f。该对应表格可以根据试验获得。
46.本实施例通过环境因数和水温tw，来获得变频压缩机的运行频率f，其能够较为精准的根据外界因素来调整变频压缩机的运行频率f，使得变频压缩机始终处于最佳运行状态。
47.s4、调整变频压缩机的当前频率至运行频率f。
48.即根据步骤s3获得的运行频率f，来调整变频压缩机的运行频率，进而使得整个热泵系统能够更好的加热水箱内的水，且不会有较高的能耗。
49.本发明通过上述控制方法，通过引入太阳能辐照温度tb以及环境温度te，并根据两者拟合辐照强度数值h，之后根据辐照强度数值h和环境温度te拟合出环境因数，随后根据环境因数和水箱内的水温tw，能够获得对应的变频压缩机的运行频率f，使得变频压缩机根据不同季节的气象条件，始终处于最佳运行状态，进而提高热水器热泵系统的能效，提升热水器的使用性能。
50.考虑到存在变频压缩机以对应的运行频率f运行时，可能存在其他问题导致长时间无法将水箱内的水加热到预设水温的情况，本实施例中，作为一种优选地技术方案，还会进行以下判断：
51.s5、在变频压缩机以运行频率f运行时，判断水箱内的水温tw是否达到预设水温，在未达到预设水温时，进入步骤s6，在达到预设水温时，进入步骤s7。
52.s6、判断变频压缩机的运行时间是否达到第一预设时间，如果是，则进入步骤s8；如果否，则返回步骤s5。
53.s7、停止运行变频压缩机。
54.s8、调整变频压缩机的频率至最大运行频率f
max
。
55.也就是说，当变频压缩机以运行频率f运行至第一预设时间后，水箱内的水温tw依旧没有达到预设水温，则需要调整变频压缩机的运行频率，以最大运行频率f
max
运行，以快速实现对水箱内水的加热，实现其水温tw达到预设水温。
56.s9、在变频压缩机以最大运行频率f
max
运行时，判断水箱内的水温tw是否达到预设水温，如果是，则返回步骤s7；如果否，则进入步骤s10。
57.s10、变频压缩机持续以最大运行频率f
max
运行直至水箱内的水温tw达到所述预设水温。
58.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。