一种热泵高能效热水系统的控制方法与流程

1.本发明涉及一种热泵高能效热水系统的控制方法。


背景技术：

2.现有的热泵热水系统在生活热水的模式下制取热水时，通常热泵压缩机以较高的频率、风机以固有档位、电子膨胀阀以过热度的模式进行调节的控制方式，对水箱的水进行加热。当检测到水箱内的水温到达某个温度后，热泵开始降低频率运行，但是由于热泵的压缩制冷系统里的制冷剂经过降压节流、蒸发吸热、冷凝放热等四个步骤构成一个完整的热循环，通过制冷剂在换热器中加热水，再通过水在水箱的盘管中流动来对位于盘管外的水进行加热。在这种工作模式下，热泵能力太大，盘管里的热量不能完全散发出去，导致换热器的出水温度过高、压缩机频率频繁波动、消耗功率升高，能耗增加，从而造成热泵的综合性能下降，能耗较高，这种状况令用户相当不满意，因此有待改进。


技术实现要素：

3.本发明的目的旨在提供一种操作简单、控制准确的热泵高能效热水系统的控制方法，以克服现有技术中的不足之处。
4.按此目的设计的一种热泵高能效热水系统的控制方法，其特征是热泵包括风机、与换热器相接的压缩机和电子膨胀阀，所述换热器水侧的出水口通过第一管道与水箱相连通，用于检测热泵的出水温度twc的出水温度传感器设置在第一管道上且靠近换热器，水箱内设置有用于水箱内的水温tws的水箱温度传感器，热泵工作时包括以下步骤：
5.步骤一，在热泵处于待机或制热模式运行时，适时检测热泵的水箱内的水温tws；
6.步骤二，根据水箱内的水温tws，热泵的中控器判断所述热泵是否满足进入热水模式的预设条件；当满足时，进入步骤三，当不满足时，进入步骤一；
7.步骤三，控制热泵进入热水模式，热泵的中控器根据热泵所处的环境温度和水箱内的水温tws，设定压缩机的工作频率、电子膨胀阀的开度和风机的转速并开始运行；进入步骤四；
8.步骤四，适时检测热泵的实际排气温度值，中控器根据水箱内的水温tws计算出热泵的目标排气温度值，中控器通过对电子膨胀阀进行调节，使实际排气温度值接近目标排气温度值，并保持60秒；进入步骤五；
9.步骤五，适时检测热泵的出水温度twc和水箱内的水温tws，进入步骤六；
10.步骤六，计算twc与tws的差值，当twc-tws＝5℃时，进入步骤七，当twc-tws＜5℃时，进入步骤八，当twc-tws＞5℃时，进入步骤九；
11.步骤七，适时检测压缩机的吸气温度ts，进入步骤十；
12.步骤八，中控器控制压缩机的工作频率升一档，风机转速升一档，同时电子膨胀阀回到初始开度，进入步骤十四；
13.步骤九，中控器控制压缩机的工作频率降一档，风机转速降一档，同时电子膨胀阀
回到初始开度，进入步骤十四；
14.步骤十，中控器判断-5℃＜ts≤6℃,且0℃＜ts-s≤2℃是否成立，当其为是时，进入步骤十一，当其为否时，进入步骤十二；其中，ts-s为过热度；
15.步骤十一，压缩机的工作频率、电子膨胀阀开度和风机转速保持不变，继续运行；进入步骤一；
16.步骤十二，中控器判断吸气温度ts≤-6℃或ts＞6℃是否成立，当其为是时，进入步骤十三，当其为否时，进入步骤七；
17.步骤十三，压缩机的工作频率和风机转速保持不变，中控器控制电子膨胀阀以吸气目标温度tas＝5
±
2℃且吸气目标过热度0＜tas-s≤2℃进行pid调节；进入步骤一；
18.步骤十四，适时检测热泵的实际排气温度值，中控器根据水箱内的水温tws计算得到热泵的目标排气温度值，中控器通过电子膨胀阀进行调节，使实际排气温度值接近目标排气温度值，保持60秒，进入步骤七。
19.本发明通过适时检测热泵的水箱内的水温tws，对热泵系统的压缩机、风机和电子膨胀阀进行精准的控制，使得热泵在加热生活热水时，压缩机始终处于最佳的运行状态，从而节省能耗。
20.本发明运行时，适时检测热泵的实际排气温度值和热泵的出水温度twc，使其排气处于最佳的运行状态，减少热泵系统的调节时间，从而节省能耗；与此同时，不断的将适时检测得到的热泵的出水温度twc与水箱内的水温tws进行差值计算，而后中控器依据差值的变化，对压缩机的工作频率、风机转速、电子膨胀阀的开度进行控制，以调到最佳的状态，提高能源利用率。
21.为了提高控制的准确性，本发明在运行中同时也适时检测吸气温度ts和吸气过热度吸气过热度，当其与吸气目标温度tas、吸气目标过热度tas-s发生偏移时，通过中控器对电子膨胀阀的开度进行微调节，确保了电子膨胀阀始的开度终处于最佳，从而提高能源利用率。
22.综上所述，本发明具有操作简单、控制准确的特点。
附图说明
23.图1为本发明一实施例的结构示意图。
24.图2为本发明的控制流程图。
25.图中：1为换热器，2为水箱，3为出水温度传感器，4为水箱温度传感器，5为进水温度传感器。
具体实施方式
26.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
27.参见图1-图2，本热泵高能效热水系统的控制方法，热泵包括风机、与换热器1相接的压缩机和电子膨胀阀，所述换热器1水侧的出水口通过第一管道与水箱2相连通，用于检测热泵的出水温度twc的出水温度传感器3设置在第一管道上且靠近换热器1，水箱2内设置有用于水箱内的水温tws的水箱温度传感器4，热泵工作时包括以下步骤：
28.步骤一，在热泵处于待机或制热模式运行时，适时检测热泵的水箱内的水温tws。
29.步骤二，根据水箱内的水温tws，热泵的中控器判断所述热泵是否满足进入热水模式的预设条件；当满足时，进入步骤三，当不满足时，进入步骤一。
30.其中，预设条件是指水箱内的当前水温与目标水温之间的预定差值。
31.步骤三，控制热泵进入热水模式，热泵的中控器根据热泵所处的环境温度和水箱内的水温tws，设定压缩机的工作频率、电子膨胀阀的开度和风机的转速并开始运行；进入步骤四。
32.步骤四，适时检测热泵的实际排气温度值，中控器根据水箱内的水温tws计算出热泵的目标排气温度值，中控器通过对电子膨胀阀进行调节，使实际排气温度值接近目标排气温度值，并保持60秒；进入步骤五。所述步骤四是对于目标排气温度进行追踪，整个追踪时间为60秒。下面的步骤十四也是对于目标排气温度进行追踪，整个追踪时间为60秒。
33.根据水箱内的水温等同于制冷剂在冷凝器内的冷凝温度，制冷剂由高温气态冷凝成中温液态后的饱和温度；可以得到水箱内的水温tws 排气过热度＝目标排气温度。排气过热度可根据需要设定，推荐值为20k，k为开氏温度的单位。
34.示例：当水箱内的水温t ws为13℃时，tws 排气过热度＝目标排气温度值，也就是13 20＝33℃。
35.步骤五，适时检测热泵的出水温度twc和水箱内的水温tws，进入步骤六。
36.步骤六，计算twc与tws的差值，当twc-tws＝5℃时，进入步骤七，当twc-tws＜5℃时，进入步骤八，当twc-tws＞5℃时，进入步骤九。
37.步骤七，适时检测压缩机的吸气温度ts，进入步骤十。
38.步骤八，中控器控制压缩机的工作频率升一档，风机转速升一档，同时电子膨胀阀回到初始开度，进入步骤十四。
39.事先，我们可以把压缩机的工作频率分为一档至十档共十个不同的档位，大约可以是6hz每一档；把风机的转速一档至九档共九个不同的档位，大约可以是40r/min每一档。
40.比如说，当现在的压缩机的工作频率现在是六档，风机的转速是五档，那么，分别都升一档就变成为压缩机的工作频率是七档，风机的转速是六档，而电子膨胀阀就是回到压缩机的工作频率为七档时所对应的开度。
41.步骤九，中控器控制压缩机的工作频率降一档，风机转速降一档，同时电子膨胀阀回到初始开度，进入步骤十四；
42.步骤十，中控器判断-5℃＜ts≤6℃,且0℃＜ts-s≤2℃是否成立，当其为是时，进入步骤十一，当其为否时，进入步骤十二；其中，ts-s为压缩机吸气过热度。
43.压缩机吸气过热度＝压缩机的吸气温度-压缩机的吸气压力对应的饱和温度。
44.压缩机的吸气压力，一般用热泵的蒸发器的盘管温度，可以等效认为是蒸发器内的制冷剂的蒸发温度。
45.步骤十一，压缩机的工作频率、电子膨胀阀开度和风机转速保持不变，继续运行；进入步骤一；
46.步骤十二，中控器判断吸气温度ts≤-6℃或ts＞6℃是否成立，当其为是时，进入步骤十三，当其为否时，进入步骤七；
47.步骤十三，压缩机的工作频率和风机转速保持不变，中控器控制电子膨胀阀以吸气目标温度tas＝5
±
2℃且吸气目标过热度0＜tas-s≤2℃进行pid调节；进入步骤一；
48.热泵系统的压缩机的吸气目标温度tas是通过调节热泵系统的热力循环的四大组件中的节流机构，也就是调节电子膨胀阀或毛细管的工作参数，使制冷剂的蒸发温度适合吸气目标吸气温度。
49.步骤十四，适时检测热泵的实际排气温度值，中控器根据水箱内的水温tws计算得到热泵的目标排气温度值，中控器通过电子膨胀阀进行调节，使实际排气温度值接近目标排气温度值，保持60秒，进入步骤七。
50.比如，当水箱内的水温tws小于30℃时，热泵的中控器会根据水箱内的水温tws值给出压缩机的工作频率为五档，这里的压缩机五档工作频率可以是预先设定好的频率范围，下同；预先设定电子膨胀阀440步、风机转速6档工作频率；经过60秒后适时检测twc-tws，当twc-tws小于5℃时，压缩机会升为六档，风机的转速升为七档，电子膨胀阀会进入固定的开度420步，再去追踪目标排气温度60秒，同时检测吸气温度ts和吸气过热度ts-s在哪个范围，最后去调节电子膨胀阀的开度。
51.在本实施例中，换热器1水侧的进水口通过第二管道与水箱2相连通，用于检测热泵的进水温度的进水温度传感器5设置在第二管道上且靠近换热器1。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
53.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。