CN108253632B - 一种热水器预约控制方法及太阳能热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热水器预约控制方法，涉及热水器技术领域。该方法应用于太阳能热泵热水器，包括以下步骤：读取预约温度和预约时刻，计算需要吸收的能量；统计系统前n天的环境温度和光照强度，并计算热泵的制热功率；确定系统所需的加热时间；判断加热时间是否小于预约时刻与当前时刻的差值，若小于，则选择系统最佳加热时间启动制热，若不小于，则立即启动制热。本发明同时公开一种太阳能热泵热水器。本发明以环境温度和光照强度为参考变量，选择最佳加热时间开启热泵制热，充分利用了太阳能辐射热量，解决了系统仅依靠环境温度调整的不准确性，有效实现了热水器预约加热时的节能作用，提高了太阳能热泵热水器整体的性能和制热效率。

Description

一种热水器预约控制方法及太阳能热泵热水器

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，尤其涉及一种热水器预约控制方法及使用该热水器预约控制方法的太阳能热泵热水器。

背景技术

现有空气源热泵热水器预约控制方法主要有两种，第一种是根据用户预约时刻、预约温度以及当前时刻和当前温度，通过系统加热功率和需要加热的热量计算出需要的加热时间，提前开启热泵制热，完成预约加热；另一种是在计算出热泵需要加热的时间后，根据当日温度曲线来确定系统最优启动时刻。

但是对于将太阳能和空气能技术有机结合起来的太阳能热泵热水器来说，由于外界环境复杂多变，制热功率也随环境的改变而变化，因此很难准确计算出需要的加热时间。另外，现有的预约控制方法只考虑系统制热功率和环境温度，可满足普通空气源热泵热水器预约加热应用，但是对于太阳能热泵热水器而言，其加热效率受太阳辐射强度影响较大，制热功率与环境温度和太阳能辐射强度都相关，若无法区分白天和夜晚，预约加热时很难使系统性能达到最优，导致太阳能热泵热水器预约启动的不准确和不节能。

基于上述问题，亟需一种适用于太阳能热泵热水器的热水器预约控制方法及太阳能热泵热水器。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种热水器预约控制方法，以解决现有太阳能热泵热水器预约加热时，由于热泵启动时间不准确，而无法完成预约加热或造成热水器制热效率低、不节能的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种使用上述热水器预约控制方法的太阳能热泵热水器。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种热水器预约控制方法，应用于太阳能热泵热水器，包括以下步骤：读取预约温度和预约时刻，计算需要吸收的能量；统计系统前n天的环境温度和光照强度，并计算热泵的制热功率；确定系统所需的加热时间；判断所述加热时间是否小于预约时刻与当前时刻的差值，若小于，则选择系统最佳加热时间启动制热，若不小于，则立即启动制热。

作为一种热水器预约控制方法的优选方案，所述读取预约温度和预约时刻之后、计算需要吸收的能量之前，还包括获取当前温度和当前时刻，并计算预约温度与当前温度之间的差值及预约时刻与当前时刻之间的差值。

作为一种热水器预约控制方法的优选方案，所述统计系统前n天的环境温度和光照强度，包括，通过温度传感器和光照强度传感器采集系统前n天的环境温度曲线和光照强度曲线，求出预约时刻与当前时刻之间的平均环境温度和平均光照强度。

作为一种热水器预约控制方法的优选方案，所述计算热泵的制热功率采用的公式为：P＝P_名义+△P(Te，Pe)，其中P为制热功率，P_名义为在标准环境下测得的系统功率，△P(Te，Pe)为根据环境温度和光照强度进行修正的功率，Te为预约时刻与当前时刻之间的平均环境温度，Pe为预约时刻与当前时刻之间的平均光照强度。

作为一种热水器预约控制方法的优选方案，所述确定系统所需的加热时间采用的公式为：P△t＝Q，其中P为制热功率，△t为加热时间，Q为需要吸收的能量。

作为一种热水器预约控制方法的优选方案，所述最佳加热时间为：在当前时刻与预约时刻之间，根据环境温度曲线和光照强度曲线获取每个完成制热的加热时间，在各加热时间中选择平均环境温度、平均光照强度最优的时间作为最佳加热时间。

作为一种热水器预约控制方法的优选方案，还包括报警系统，当判断所述加热时间大于预约时刻与当前时刻的差值时，开启报警，提示用户系统无法在预约时间内将水加热到预约温度。

一种太阳能热泵热水器，包括水箱、压缩机、电子膨胀阀及直膨式蒸发器，所述热水器上还设置有温度传感器和光照强度传感器，所述热水器采用如以上任一方案所述的热水器预约控制方法进行预约加热。

作为一种太阳能热泵热水器的优选方案，所述压缩机为变频压缩机。

作为一种太阳能热泵热水器的优选方案，所述光照强度传感器为光敏传感器。

本发明的有益效果为：

本方法能根据系统前n天的环境温度和光照强度，计算出比较符合实际环境的热泵制热功率，从而得出系统所需加热时间，并在预约时间段内选择环境温度和光照强度较好的时间段开启热泵制热，既可按时完成加热，满足用户的用水需求，又可实现节能目的。本发明能够区分白天和夜晚，可以使太阳能热泵热水器根据预约时刻和预约温度，尽可能选择在白天加热效率高的时间段开启加热；若是在夜晚启动，则尽可能选择温度比较高的时间段启动加热，充分发挥了热水器预约加热的节能作用，最大限度的提高了热泵系统的性能和热水器的制热效率。

本发明在现有预约控制方法的基础上，提出以环境温度和光照强度作为参考变量，充分利用太阳能辐射的热量，调节系统参数，解决了系统仅依靠环境温度作为参考变量而导致的热泵启动时间不准确的问题，更有利于太阳能热泵热水器将太阳能辐射热能和空气热能结合，提高了太阳能热泵热水器的整体性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的热水器预约控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种热水器预约控制方法，该方法应用于直膨式太阳能热泵热水器，其包括以下步骤：

步骤S1：热水器通电开机后，系统电读取用户所设置的预约温度Ts和预约时刻t1，同时获取水箱的当前温度Tr和当前时刻t2，并计算预约温度Ts与当前温度Tr之间的差值Ts-Tr，及预约时刻t1与当前时刻t2之间的差值t1-t2；然后根据公式Q＝CM(Ts-Tr)，计算系统需要吸收的能量Q，该公式中，C为水的比热容，M需要加热水的质量。

步骤S2：统计预约之前的前n天系统的环境温度和光照强度，并计算热泵的制热功率；

这里，统计系统前n天的环境温度和光照强度，具体为，通过温度传感器和光照强度传感器，采集系统前n天的环境温度曲线和光照强度曲线，求出预约时刻t1与当前时刻t2之间的平均环境温度Te和平均光照强度Pe。

计算热泵制热功率采用的公式为：

P＝P_名义+△P(Te，Pe)

式中，P为制热功率；

P_名义为在标准环境下测得的系统功率；

△P(Te，Pe)为根据环境温度和光照强度进行修正的功率。

由于热泵系统制热功率受环境温度影响较大，不同环境温度下系统制热功率不同，若预约加热时间计算时仅以恒定制热功率来计算，会导致系统加热不准确等现象；在本预约控制方法中，制热功率P是根据环境温度和光照强度进行调整的结果，进而确保了系统高效精准的预约加热。

步骤S3：确定系统所需的加热时间；

本步骤中，确定加热时间采用的公式为：

P△t＝Q

式中，P为制热功率；

△t为加热时间；

Q为需要吸收的能量。

根据步骤S2中得到的较为接近实际环境的热泵制热功率P,以及步骤S1中得到的系统需要吸收的能量Q，利用上述公式，即可计算出将水从当前温度Tr加热到预约温度Ts所需要的加热时间△t。

步骤S4：判断加热时间△t是否小于预约时刻t1与当前时刻t2的差值t1-t2，若△t＜t1-t2，则在t1至t2时间段内根据前n天统计的环境温度和光照强度曲线选择最佳加热时间△t’，在该时间段内启动热泵制热，此时系统的制热效率最高；若△t≥t1-t2，则热泵在当前时刻t2立即启动，以便将水箱中的水尽可能加热到较高温度。

该步骤中，最佳加热时间△t’具体为：在当前时刻t2与预约时刻t1之间，根据环境温度曲线和光照强度曲线获取每个完成制热的加热时间△t，在各加热时间△t中选择平均环境温度、平均光照强度最优的加热时间作为最佳加热时间△t’。

S5：完成加热。

该太阳能热泵热水器通过太阳能光照强度传感器区分白天和夜晚，根据前n天光照强度曲线和环境温度曲线，尽可能选择在白天加热效率高的时间段开启加热；若是在夜晚启动，则尽可能选择环境温度比较高时启动加热，从而高效完成热水器预约制热，达到节能效果。另外，还可选用保温较好储水箱，以保证加热完成后在不用水条件下，水温不变或者变化很小，充分发挥系统预约加热的节能作用，最大限度的提高系统性能。

进一步地，本发明的太阳能热泵热水器还设置有控制系统，该控制系统包括控制器和与控制器相连接的温度传感器和时钟组件，温度传感器检测水箱中水的温度，并将该温度信息传送给控制器，时钟组件将时间信息传送给控制器；当系统达到最佳加热时间时，控制器向热水器的热泵加热机构发出加热控制信号，控制热泵开始加热。

另外，本发明还包括报警系统，当判断加热时间△t大于预约时刻t1与当前时刻t2的差值时，开启报警，提示用户系统无法在预约时间内将水加热到预约温度，便于用户及时采取其它措施，以保证用水温度。优选地，该报警系统为声光报警器，包括蜂鸣器和指示灯，通过蜂鸣器鸣响和指示灯闪烁更好地起到提示作用。

本预约控制方法根据环境温度和光照强度，计算出比较符合实际环境的制热功率P，从而计算出加热时间△t。根据前n天系统检测的环境温度和光照强度，可以推算出第n+1天时预约启动直膨式太阳能热泵的最佳时间，既节能又提高了太阳能热泵制热效率，满足了用户用热水需求。

本发明在现有预约控制方法的基础上，提出以环境温度和光照强度作为参考变量，充分利用太阳能辐射的热量，调节系统参数，解决了系统仅依靠环境温度作为参考变量而导致的热泵启动时间不准确的问题，更有利于太阳能热泵热水器将太阳能辐射热能和空气热能相结合，提高了太阳能热泵热水器的整体性能。

实施例二

本实施例提供一种太阳能热泵热水器，该热水器采用如实施例一所述的热水器预约控制方法进行预约加热。该热水器包括水箱、压缩机、电子膨胀阀及可吸收太阳能辐射热量的直膨式蒸发器，同时热水器上还设置有温度传感器和光照强度传感器，其中光照强度传感器优选为光敏传感器，可用来检测太阳辐照强度。

本热水器中，直膨式蒸发器和光照强度传感器分别放置在室外环境中，以便于吸收和探测太阳能辐照强度。根据系统测得的环境温度和光照强度，计算出热泵的制热功率，然后选择合适的加热时间进行加热，充分利用了直膨式蒸发器的吸收效率，提高了太阳能热泵系统的性能，高效准确的完成预约加热。

本太阳能热泵热水器采用直膨式蒸发器既可以吸收太阳能辐射热量又可以吸收空气中的热量。在常规条件下，太阳能集热器采集太阳能将水加热；当日照不足，太阳能不能满足系统需求热量时，不足的热能由空气源热泵机组作为辅助能源提供。本发明针对各地气候的差异，能在复杂的气候条件下，根据太阳能辐照强度和环境温度以及用户设置的预约温度和预约时间，自动判断系统启动时间，提前完成用水加热。

进一步地，本实施例的压缩机优选为变频压缩机，其与环境温度和光照强度相结合更加节省能源。另外，热水器上还设置有显示面板，可用于显示水箱的当前温度Tr、预约温度Ts、当前时间t2、预约时间t1等，以方便用户查看当前水箱状态，并实现热水器精准预约加热。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域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。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种热水器预约控制方法，应用于太阳能热泵热水器，其特征在于，包括以下步骤：读取预约温度和预约时刻；获取当前温度和当前时刻，并计算预约温度与当前温度之间的差值及预约时刻与当前时刻之间的差值；计算需要吸收的能量；统计系统前n天的环境温度和光照强度，并计算热泵的制热功率；确定系统所需的加热时间；判断所述加热时间是否小于预约时刻与当前时刻的差值，若小于，则选择系统最佳加热时间启动制热，若不小于，则立即启动制热；

所述统计系统前n天的环境温度和光照强度，包括：通过温度传感器和光照强度传感器采集系统前n天的环境温度曲线和光照强度曲线，求出预约时刻与当前时刻之间的平均环境温度和平均光照强度；

所述计算热泵的制热功率采用的公式为：P＝P_名义+△P(Te，Pe)，其中P为制热功率，P_名义为在标准环境下测得的系统功率，△P(Te，Pe)为根据环境温度和光照强度进行修正的功率，Te为预约时刻与当前时刻之间的平均环境温度，Pe为预约时刻与当前时刻之间的平均光照强度。

2.根据权利要求1所述的热水器预约控制方法，其特征在于，所述确定系统所需的加热时间采用的公式为：P△t＝Q，其中△t为加热时间，Q为需要吸收的能量。

3.根据权利要求2所述的热水器预约控制方法，其特征在于，所述最佳加热时间为：在当前时刻与预约时刻之间，根据环境温度曲线和光照强度曲线获取每个完成制热的加热时间，在各加热时间中选择平均环境温度、平均光照强度最优的时间作为最佳加热时间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的热水器预约控制方法，其特征在于，还包括报警系统，当判断所述加热时间大于预约时刻与当前时刻的差值时，开启报警，提示用户系统无法在预约时间内将水加热到预约温度。

5.一种太阳能热泵热水器，包括水箱、压缩机、电子膨胀阀及直膨式蒸发器，其特征在于，所述热水器上还设置有温度传感器和光照强度传感器，所述热水器采用如权利要求1-4任一项所述的热水器预约控制方法进行预约加热。

6.根据权利要求5所述的太阳能热泵热水器，其特征在于，所述压缩机为变频压缩机。

7.根据权利要求5所述的太阳能热泵热水器，其特征在于，所述光照强度传感器为光敏传感器。

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