CN102410629A

CN102410629A - 一种空气源热泵热水器系统及其运行控制方法

Info

Publication number: CN102410629A
Application number: CN2011103331500A
Authority: CN
Inventors: 刘小军
Original assignee: SHAANXI LONGKE LAIFU ENERGY-SAVING EQUIPMENT CO LTD
Current assignee: SHAANXI LONGKE LAIFU ENERGY-SAVING EQUIPMENT CO LTD
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN102410629B

Abstract

本发明公开一种空气源热泵热水器系统及其运行控制方法。该空气源热泵热水器系统，包括室外机组和室内机组、温度测量单元及控制装置。其运行控制方法中，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃；在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值保持在5℃～20℃范围内。这样，可以拓展热水器系统适用地域范围，减少化霜时间和频次，提高能效。

Description

一种空气源热泵热水器系统及其运行控制方法

技术领域

本发明涉及空气源热泵热水器，特别涉及一种空气源热泵热水器系统及其运行控制方法。

背景技术

现有的空气源热泵热水器，利用室外的压缩机制热来加热室内水箱中的冷水，其一般控制步骤为，用户设定水箱的目标温度，系统根据目标温度决定压缩机的工作状态：(1)当水箱温度传感器检测到水温低于目标温度一固定差值时，直接启动压缩机进行制热；(2)当水箱温度传感器检测到水温达到目标温度时，压缩机停止工作。

上述控制方法简单、方便，但是，在实际应用中不能很好的达到节能效果，致使现有的空气源热泵热水器存在诸多缺陷，例如：

(1)现有的空气源热泵热水器中，其系统即使选择性能好的压缩机其蒸发温度在-25℃～25℃范围之内，但是为了提供足够的热量其选择过热度大于10℃温差，从而环境温度在大于-10℃时系统才能工作，这样的条件只能适用于南方城市，而北方城市环境温度在冬季经常低于-10℃，则系统无法运行。因此，其适用范围较小。

(2)现有的空气源热泵热水器中，为了提供足够的热量其选择过热度大于10℃温差，在低温时容易结霜，化霜频率频繁，不化霜时间缩短，从而不节能，同时又影响整机的制热效率及压缩机寿命。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种空气源热泵热水器及其运行控制方法，能够扩展空气源热泵热水器的环境温度适用范围，避免压缩机频繁启动以及频繁化霜和化霜时间长的缺陷，提高压缩机的能效，延长压缩机寿命。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种空气源热泵热水器系统，包括室外机组和室内机组、温度测量单元及控制装置，所述室外机组包含外壳，设置在外壳内的风机和蒸发器；所述室内机组包含压缩机、四通换向阀、电子膨胀阀、换热器、水箱内胆、水泵；所述温度测量单元包含设置在室外机组外壳内的室外环境温度传感器，设置在蒸发器上的蒸发器表面温度传感器，设置在室内机组的压缩机出口的压缩机排气温度传感器，设置在压缩机入口的过热工质温度传感器，设置在换热器的出水口的换热器出水温度传感器，以及设置在水箱内胆的水箱上部水温传感器和水箱下部水温传感器；所述控制装置，设定水箱目标水温，并根据所述温度测量单元获取的温度参数，启动电子膨胀阀、压缩机、风机及水泵，以及根据实时获取的温度参数控制电子膨胀阀开度、风机风速、水泵流量和四通换向阀换向及系统化霜，以使水箱温度达到目标水温。

所述控制装置包括：与温度测量单元连接的温度采集模块，温度设置模块，及连接所述温度采集模块和温度设置模块的温度判断模块，及连接所述温度判断模块的控制模块；其中，所述温度采集模块，用于采集所述温度测量单元的温度参数：室外环境温度T1、压缩机排气温度T2、蒸发器表面温度T3、过热工质温度T4、水箱上部水温T5、水箱下部水温T6、换热器出水温度T7；所述温度设置模块，用于设定水箱目标水温T0；所述温度判断模块，用于判断所述水箱上部水温T5是否小于等于(T0-5)℃；仅当压缩机、风机同时运行时，根据室外环境温度T1，判断蒸发器表面温度T3是否等于目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，同时判断压缩机排气温度T2是否大于水箱上部水温T5；过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值是否在5℃～20℃范围内；仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，根据室外环境温度T1，判断蒸发器表面温度T3是否等于目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，同时判断换热器出水温度T7是否大于水箱上部水温T5，且判断过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值是否小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值是否小于1℃；最后判断水箱上部水温T5是否大于水箱目标水温T0且水箱上部水温T5与水箱下部水温T6是否大于(2T0-5)℃。所述控制模块，根据上述温度判断模块，控制压缩机、风机的启动，电子膨胀阀的开度，水泵的启动，水泵的流量和风机的风速及四通换向阀的换向和压缩机的化霜，及控制压缩机、水泵、风机停止工作。

所述的控制模块用于以下控制：当水箱上部水温T5≤(T0-5)℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热；

仅当压缩机和风机同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3趋近目标温度T8；同时当压缩机排气温度T2大于水箱上部水温T5时，启动水泵，水泵流量调节为其最大流量的20％～60％；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；

仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3＝-0.005T1×T1+0.85T1-a；同时，在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值小于1℃，并且持续2～5分钟时，四通换向阀换向，压缩机继续运行，风机停止，水泵流量调为最小，系统化霜2～5分钟，化霜结束后，四通换向阀再次换向，风机再次启动运行；

当水箱上部水温T5≥T0且水箱上部水温T5与水箱下部水温T6的和大于(2T0-5)℃时，依次停止压缩机、水泵和风机。

上述技术方案中，所述室内机组中包含有工质过热管，所述工质过热管串联在蒸发器的工质出口的管道上。采用上述技术方案的空气源热泵热水器系统的正常工作的最低环境温度为-25℃～-10℃。

技术方案二：一种空气源热泵热水器系统的运行控制方法，上述的空气源热泵热水器系统，其特征在于，包括以下步骤：(1)实时采集室外环境温度T1、压缩机排气温度T2、蒸发器表面温度T3、过热工质温度T4、水箱上部水温T5、水箱下部水温T6、换热器出水温度T7；(2)设定水箱目标水温T0；(3)水箱上部水温T5≤T0-5℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热；(4)仅当压缩机和风机同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3趋近目标温度T8；同时当压缩机排气温度T2大于水箱上部水温T5时，启动水泵，水泵流量调节为其最大流量的20％～60％；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；(5)仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3＝-0.005T1×T1+0.85T1-a；同时，在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值小于1℃，并且持续2～5分钟时，四通换向阀换向，压缩机继续运行，风机停止，水泵流量调为最小，系统化霜2～5分钟，化霜结束后，四通换向阀再次换向，风机再次启动运行；(6)重复运行步骤(5)，当水箱上部水温T5≥T0且水箱上部水温T5与水箱下部水温T6的和大于(2T0-5)℃时，依次停止压缩机、水泵和风机。

上述技术方案二，在步骤(3)至(5)过程中，如T0设定变更，则转入步骤(4)、(5)、(6)。

对上述技术方案二的进一步优化为，一种空气源热泵热水器系统的运行控制方法，基于技术方案一所述的空气源热泵热水器系统，其特征在于，包括以下步骤：(1)实时采集室外环境温度T1、压缩机排气温度T2、蒸发器表面温度T3、过热工质温度T4、水箱上部水温T5、水箱下部水温T6、换热器出水温度T7；(2)设定水箱目标水温T0；设定节能因子M，M为40℃～60℃之间的整数；(3)当T0≤M且水箱上部水温T5≤T0-5℃时或当T0＞M且水箱上部水温T5≤M-5℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热；(4)仅当压缩机和风机同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3趋近目标温度T8；同时当压缩机排气温度T2大于水箱上部水温T5时，启动水泵，水泵流量调节为其最大流量的20％～60％；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；(5)仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3＝-0.005T1×T1+0.85T1-a；同时，在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值小于1℃，并且持续2～5分钟时，四通换向阀换向，压缩机继续运行，风机停止，水泵流量调为最小，系统化霜2～5分钟，化霜结束后，四通换向阀再次换向，风机再次启动运行；(6)重复运行步骤(5)，当水箱上部水温T5≥T0且水箱上部水温T5与水箱下部水温T6的和大于(2T0-5)℃时，依次停止压缩机、水泵和风机。

上述技术方案的更进一步优化为：

(a)在系统运行过程中，当压缩机排气温度T2大于等于108℃且持续2～5分钟时，依次停止压缩机、水泵和风机。

(b)在所述步骤(5)中，仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，所述当室外环境温度T1低时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变小；当室外环境温度T1高时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变大。

本发明的空气源热泵热水器系统及基于上述空气源热泵热水器系统的空气源热泵热水器系统的运行控制方法，具有以下有益效果：(1)当水箱上部水温T5≤T0-5℃时，启动压缩机和风机，压缩机制热。这样的设定，很好地解决了系统频繁启动和停止问题，节约浪费电能，避免给使用者造成经济损失。(2)调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃。上述条件限定了室外环境温度和蒸发器表面温度的温差(ΔT＝T1-T3)，室外环境温度低，温差小，蒸发器表面不易结霜，减少了压缩机的化霜时间和频次；室外环境温度高，温差高，热量足，制热快。变化的过热度温差选择，使系统在整个工作过程中，节省了能源。(3)在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值保持在5℃～20℃范围内。尤其当室外温度T1低时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变小；当室外温度T1高时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变大。例如，当环境温度为-25℃时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值为5℃，此时，空气源热泵热水器在-20℃都可以正常运行。这样，拓宽空气源热泵热水器系统使用的地域范围，不仅适用于南方，同时还适用于环境温度低的北方城市。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的一种空气源热泵热水器系统的结构示意图；

图2为室外环境温度和蒸发器表面温度的温差(ΔT＝T1-T3)与室外环境温度T1的关系图，其中单位为℃；

图中：1、外壳；2、蒸发器；3、风机；4、水箱内胆；5、四通换向阀，6、工质过热器；7、换热器；8、电子膨胀阀；9、压缩机；10、水泵；D1、室外环境温度传感器；D2、压缩机排气温度传感器；D3、蒸发器表面温度传感器；D4、过热工质温度传感器；D5、水箱上部水温传感器；D6、水箱下部水温传感器；D7、换热器出水温度传感器。

具体实施方式

实施例1

参照图1，为本发明的一种空气源热泵热水器系统，包括室外机组和室内机组。室外机组主要包含外壳1，设置在外壳1内的风机3和蒸发器2。室外机组的外壳1内设置有室外环境温度传感器D1，蒸发器3上设置有蒸发器表面温度传感器D3。室内机组主要包含压缩机9、四通换向阀5、电子膨胀阀8、换热器7、水箱内胆4、水泵10。水箱内胆4设置有水箱上部水温传感器D5和水箱下部水温传感器D6。水箱内胆4下部设置有与换热器7进水口连通的循环冷水管，上部设置有与换热器7出水口连通的热水注入管。蒸发器2的工质出口通过管道连通工质过热管6的入口，工质过热管6的出口通过管道和四通换向阀5连通压缩机9的入口，压缩机9的出口通过管道和四通换向阀5连通换热器7的工质入口，换热器7的工质出口通过管道连通蒸发器2的工质入口，其中，四通换向阀5设置在压缩机的入口(对应连通四通换向阀5的S端口)、出口(对应连通四通换向阀5的D端口)与换热器7的工质入口(对应连通四通换向阀5的C端口)、工质过热管6的出口(对应连通四通换向阀5的E端口)之间。电子膨胀阀8串联在换热器7的工质出口，可以控制工质流量；水泵10设置在循环冷水管上，可以控制水箱内胆4下部冷水和上部热水的循环流量。室内机组的压缩机9的出口设置有压缩机排气温度传感器D2，压缩机9的入口设置有过热工质温度传感器D4，换热器7的出水口设置有换热器出水温度传感器D7。

空气源热泵热水器系统中，室外环境温度传感器D1、压缩机排气温度传感器D2、蒸发器表面温度传感器D3、过热工质温度传感器D4、水箱上部水温传感器D5、水箱下部水温传感器D6、换热器出水温度传感器D7构成温度测量单元。

空气源热泵热水器系统中，还包括控制装置，控制装置的功能为：设定水箱目标水温，并根据所述温度测量单元获取的温度参数，启动电子膨胀阀、压缩机、风机及水泵，以及根据实时获取的温度参数控制电子膨胀阀开度、风机风速、水泵流量和四通换向阀换向及系统化霜，以使水箱温度达到目标水温。

具体的控制装置包括：与温度测量单元连接的温度采集模块，温度设置模块，及连接温度采集模块和温度设置模块的温度判断模块，及连接温度判断模块的控制模块。

其中，温度采集模块，用于采集所述温度测量单元的温度参数：室外环境温度T1、压缩机排气温度T2、蒸发器表面温度T3、过热工质温度T4、水箱上部水温T5、水箱下部水温T6、换热器出水温度T7。

温度设置模块，用于设定水箱目标水温T0。

温度判断模块，用于以下判断：判断水箱上部水温T5是否小于等于(T0-5)℃；仅当压缩机、风机同时运行时，根据室外环境温度T1，判断蒸发器表面温度T3确定是否等于目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，同时判断压缩机排气温度T2是否大于水箱上部水温T5；过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值是否在5℃～20℃范围内；仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，根据室外环境温度T1，判断蒸发器表面温度T3确定是否等于目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，同时判断换热器出水温度T7是否大于水箱上部水温T5，且判断过热工质温度T4-蒸发器表面温度T3是否小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值是否小于1℃；最后判断水箱上部水温T5是否大于水箱目标水温T0且水箱上部水温T5与水箱下部水温T6是否大于(2T0-5)℃。

控制模块，根据上述温度判断模块，控制压缩机、风机的启动，电子膨胀阀的开度，水泵的启动，水泵的流量和风机的风速及四通换向阀的换向和压缩机的化霜，及控制压缩机、水泵、风机停止工作。

具体地，控制模块用于以下控制：当水箱上部水温T5≤(T0-5)℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热；

结合图1，说明本发明的空气源热泵热水器系统的运行控制方法。

一般地，通用型空气源热泵热水器系统的运行控制方法，基于上述的空气源热泵热水器系统，包括以下步骤：(1)实时采集室外环境温度T1、压缩机排气温度T2、蒸发器表面温度T3、过热工质温度T4、水箱上部水温T5、水箱下部水温T6、换热器出水温度T7。(2)设定水箱目标水温T0。(3)水箱上部水温T5≤T0-5℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热。(4)仅当压缩机和风机同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3趋近目标温度T8；同时当压缩机排气温度T2大于水箱上部水温T5时，启动水泵，水泵流量调节为其最大流量的20％～60％；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内。(5)仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3＝-0.005T1×T1+0.85T1-a；同时，在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值小于1℃，并且持续2～5分钟时，四通换向阀换向，压缩机继续运行，风机停止，水泵流量调为最小，系统化霜2～5分钟，化霜结束后，四通换向阀再次换向，风机再次启动运行。当室外环境温度T1低时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变小；当室外环境温度T1高时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变大。(6)重复运行步骤(5)，当水箱上部水温T5≥T0且水箱上部水温T5与水箱下部水温T6的和大于(2T0-5)℃时，依次停止压缩机、水泵和风机。为增加防护，本步骤还可并列设置其他防护控制，如：压缩机过热防护，当压缩机排气温度T2≥108℃且持续2～5分钟时，也依次停止压缩机、水泵和风机；电源欠压防护，电源电压U＜187V持续3分钟，也依次停止压缩机、水泵和风机，还可提供欠压指示。

并且，在上述步骤(3)至(5)过程中，如T0设定变更，则转入步骤(4)、(5)、(6)。

(4)仅当压缩机和风机同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3趋近目标温度T8；同时当压缩机排气温度T2大于水箱上部水温T5时，启动水泵，水泵流量调节为其最大流量的20％～60％；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内。(5)仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3＝-0.005T1×T1+0.85T1-a；同时，在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值小于1℃，并且持续2～5分钟时，四通换向阀换向，压缩机继续运行，风机停止，水泵流量调为最小，压缩机化霜2～5分钟，化霜结束后，四通换向阀再次换向，风机再次启动运行。当室外环境温度T1低时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变小；当室外环境温度T1高时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变大。(6)重复运行步骤(5)，当水箱上部水温T5≥T0且水箱上部水温T5与水箱下部水温T6的和大于(2T0-5)℃时，依次停止压缩机、水泵和风机。为增加防护，本步骤还可并列设置其他防护控制，如：压缩机过热防护，当压缩机排气温度T2≥108℃且持续2～5分钟时，也依次停止压缩机、水泵和风机；电源欠压防护，电源电压U＜187V持续3分钟，也依次停止压缩机、水泵和风机，还可提供欠压指示。

上述实施例中，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃；优选a为7℃。目标温度T8的公式限定了室外环境温度和蒸发器表面温度的温差(ΔT＝T1-T3)，室外环境温度和蒸发器表面温度的温差(ΔT＝T1-T3)与室外环境温度T1的关系如图2所示。室外环境温度低，温差小，蒸发器表面不易结霜，减少了压缩机的化霜时间和频次；室外环境温度高，温差高，热量足，制热快。变化的过热度温差选择，节省了能源，提高了系统效率。

当压缩机排气温度T2大于水箱上部水温T5时，启动水泵，水泵流量调节为其最大流量的20％～60％。当压缩机排气温度T2高于水箱上部水温T5时，才充分调大水泵流量，进行换热。

在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；当热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值未在5℃～20℃时，通过风机转速进行调节。当室外环境温度T1低时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变小；当室外温度T1高时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变大。例如，当环境温度为-25℃时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值为5℃，此时，空气源热泵热水器在-20℃都可以正常运行。这样，拓宽空气源热泵热水器的使用范围，不仅适用于南方，同时还适用于环境温度低的北方城市。采用上述运行控制方案的空气源热泵热水器系统，正常工作的最低环境温度为-25℃～-10℃。

实施例2

进一步的实施例与上述实施例1的空气源热泵热水器系统差异在于：第一，温度设定模块，在设定设定水箱目标水温T0时，还设定节能因子M，M为40℃～60℃之间的整数。第二，控制模块用于以下控制：当水箱上部水温T5≤T0-5℃时或当T0＞M且水箱上部水温T5≤M-5℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热。本实施例空气源热泵热水器系统其余部分与实施例1完全相同，在此不再赘述。

本实施例2与上述实施例1的控制方法的差异在于：第一，在具体实施例1中的温度设定步骤(2)中增设节能因子M，M为40℃～60℃之间的整数，优选为50℃，即在设定水箱目标水温T0时，还设定节能因子M，M为40℃～60℃之间的整数，优选为50℃；第二，步骤(3)更改为：在当T0≤M且水箱上部水温T5≤T0-5℃时或当T0＞M且水箱上部水温T5≤M-5℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热。本实施例控制方法其余步骤(4)至(6)与上述具体实施例1相同，在此不再赘述。

具体来说，基于上述的空气源热泵热水器系统的空气源热泵热水器系统运行控制方法，包括以下步骤：(1)实时采集室外环境温度T1、压缩机排气温度T2、蒸发器表面温度T3、过热工质温度T4、水箱上部水温T5、水箱下部水温T6、换热器出水温度T7。(2)设定水箱目标水温T0；设定节能因子M，M为40℃～60℃之间的整数，优选为50℃。(3)当T0≤M且水箱上部水温T5≤T0-5℃时或当T0＞M且水箱上部水温T5≤M-5℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热。本实施例的剩余运行步骤(4)至(6)与上述具体实施例1相同，在此不再赘述。

此实施例除具备实施例1的有益效果，还具备下面的技术效果：热泵系统设置为固定温差，如：5℃温差。系统在加热过程中，随着水箱水温的不断升高，系统冷凝压力也不断升高，系统的瞬时能效比将不断降低。为了避免热泵在低能效段的频繁运行，达到热泵系统在使用上真正节能的目的，特设置带节能因子的运行控制模式。节能因子M主要为了保证系统的正常热水供应和高温用水时的实际能效比提高而设置，M＝40～60℃。把目标温度T0小于M的设置，系统再次启动温度定为(T0-5)℃；把目标温度T0大于M的设置，系统再次启动温度定为(M-5)℃，假如系统的目标温度T0定为65℃，M设为45℃，除非强制断电，否则在一般情况下，如果没有节能因子M，系统将反复把水从60℃加热到65℃；如果设置节能因子，系统将反复把水从(M-5)℃即40℃直接加热到65℃，这样可以避免热泵系统在低能效段的频繁运行。因此节能因子M的设置可以提高热泵系统在使用上的节能效果。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，如左腔体与右腔体的简单互换，或启动、化霜、停机等中一些具体设定数值的小范围变动，这些均属于本发明保护之列。

Claims

1.一种空气源热泵热水器系统，包括室外机组和室内机组、温度测量单元及控制装置，

所述室外机组包含外壳，设置在外壳内的风机和蒸发器；

所述室内机组包含压缩机、四通换向阀、电子膨胀阀、换热器、水箱内胆、水泵；

其特征在于，

所述温度测量单元包含设置在室外机组外壳内的室外环境温度传感器，设置在蒸发器上的蒸发器表面温度传感器，设置在室内机组的压缩机出口的压缩机排气温度传感器，设置在压缩机入口的过热工质温度传感器，设置在换热器的出水口的换热器出水温度传感器，以及设置在水箱内胆的水箱上部水温传感器和水箱下部水温传感器；

所述控制装置，设定水箱目标水温，并根据所述温度测量单元获取的温度参数，启动电子膨胀阀、压缩机、风机及水泵，以及根据实时获取的温度参数控制电子膨胀阀开度、风机风速、水泵流量和四通换向阀换向及系统化霜，以使水箱温度达到目标水温。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述控制装置包括：与温度测量单元连接的温度采集模块，温度设置模块，及连接所述温度采集模块和温度设置模块的温度判断模块，及连接所述温度判断模块的控制模块；其中，

所述温度采集模块，用于采集所述温度测量单元的温度参数：室外环境温度T1、压缩机排气温度T2、蒸发器表面温度T3、过热工质温度T4、水箱上部水温T5、水箱下部水温T6、换热器出水温度T7；

所述温度设置模块，用于设定水箱目标水温T0；

所述温度判断模块，用于判断所述水箱上部水温T5是否小于等于(T0-5)℃；仅当压缩机、风机同时运行时，根据室外环境温度T1，判断蒸发器表面温度T3是否等于目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，同时判断压缩机排气温度T2是否大于水箱上部水温T5；过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值是否在5℃～20℃范围内；仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，根据室外环境温度T1，判断蒸发器表面温度T3是否等于目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，同时判断换热器出水温度T7是否大于水箱上部水温T5，且判断过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值是否小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值是否小于1℃；最后判断水箱上部水温T5是否大于水箱目标水温T0且水箱上部水温T5与水箱下部水温T6的和是否大于(2T0-5)℃。

所述控制模块，根据上述温度判断模块，控制压缩机、风机的启动，电子膨胀阀的开度，水泵的启动，水泵的流量和风机的风速及四通换向阀的换向和压缩机的化霜，及控制压缩机、水泵、风机停止工作。

3.根据权利要求2所述的空气源热泵热水器系统，其特征在于：所述的控制模块用于以下控制：

当水箱上部水温T5≤(T0-5)℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热；

仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3＝-0.005T1×T1+0.85T1-a；同时，在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值小于1℃，并且持续2～5分钟时，四通换向阀换向，压缩机继续运行，风机停止，水泵流量调为最小，系统化霜2～5分钟，化霜结束后，四通换向阀再次换向，风机再次启动运行；

4.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述室内机组中包含有工质过热管，所述工质过热管串联在蒸发器的工质出口的管道上。

5.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述空气源热泵热水器系统的正常工作的最低环境温度为-25℃～-10℃。

6.一种空气源热泵热水器系统的运行控制方法，基于权利要求1所述的空气源热泵热水器系统，其特征在于，包括以下步骤：

(1)实时采集室外环境温度T1、压缩机排气温度T2、蒸发器表面温度T3、过热工质温度T4、水箱上部水温T5、水箱下部水温T6、换热器出水温度T7；

(2)设定水箱目标水温T0；

(3)水箱上部水温T5≤T0-5℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热；

(4)仅当压缩机和风机同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3趋近目标温度T8；同时当压缩机排气温度T2大于水箱上部水温T5时，启动水泵，水泵流量调节为其最大流量的20％～60％；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；

(5)仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3＝-0.005T1×T1+0.85T1-a；同时，在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值小于1℃，并且持续2～5分钟时，四通换向阀换向，压缩机继续运行，风机停止，水泵流量调为最小，系统化霜2～5分钟，化霜结束后，四通换向阀再次换向，风机再次启动运行；

(6)重复运行步骤(5)，当水箱上部水温T5≥T0且水箱上部水温T5与水箱下部水温T6的和大于(2T0-5)℃时，依次停止压缩机、水泵和风机。

7.根据权利要求6所述的空气源热泵热水器系统的运行控制方法，其特征在于，在上述步骤(3)至(5)过程中，如T0设定变更，则转入步骤(4)、(5)、(6)。

8.一种空气源热泵热水器系统的运行控制方法，基于权利要求1所述的空气源热泵热水器系统，其特征在于，包括以下步骤：

(2)设定水箱目标水温T0；设定节能因子M，M为40℃～60℃之间的整数；

(3)当T0≤M且水箱上部水温T5≤T0-5℃时或当T0＞M且水箱上部水温T5≤M-5℃时，电子膨胀阀自检后设定电子膨胀阀初始开度为15％～60％，启动压缩机和风机，压缩机制热；

(5)仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，蒸发器表面温度T3未趋近目标温度T8，其中，T8＝-0.005T1×T1+0.85T1-a，a为4℃～8℃，调节电子膨胀阀的开度，使蒸发器表面温度T3＝-0.005T1×T1+0.85T1-a；同时，在换热器出水温度T7大于水箱上部水温T5的情况下，调节水泵流量变大；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围外时，调节风机转速，使过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值在5℃～20℃范围内；当过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值小于等于2℃或换热器出水温度T7与水箱上部水温T5的差值小于1℃，并且持续2～5分钟时，四通换向阀换向，压缩机继续运行，风机停止，水泵流量调为最小，压缩机化霜2～5分钟，化霜结束后，四通换向阀再次换向，风机再次启动运行；

9.根据权利要求6至8所述的一种空气源热泵热水器系统的运行控制方法，其特征在于，在系统运行过程中，在当压缩机排气温度T2大于等于108℃且持续2～5分钟时，依次停止压缩机、水泵和风机。

10.根据权利要求6至8所述的空气源热泵热水器系统的运行控制方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，仅当压缩机、风机和水泵同时运行时，所述当室外环境温度T1低时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变小；当室外环境温度T1高时，调整过热工质温度T4与蒸发器表面温度T3的差值变大。