CN108626778A - 一种节能的变频采暖热泵的控制方法 - Google Patents

一种节能的变频采暖热泵的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于空气源热泵技术领域，尤其涉及一种节能的变频采暖热泵的控制方法，先建立变频压缩机运行频率控制数学模型，变频压缩机运行频率的大小根据实时的负荷需求来定，其中实时的负荷需求与环境温度、水温、设定目标水温及水温变化率和该环境温度和水温下对应的最佳效率频率有关；其次，建立在不同环境温度和水温下，最佳能效过热度Φ与压缩机运行频率、环境温度、水温的函数关系式，根据实时过热度与实时最佳能效过热度的偏差量来调节电子膨胀阀的开度。基于此控制方法建立的控制系统，能使变频采暖热泵始终按最佳能效运行，达到最好的节能效果，充分发挥变频采暖热泵的节能优势。

Description

一种节能的变频采暖热泵的控制方法
技术领域
本发明属于空气源热泵技术领域，尤其涉及一种节能的变频采暖热泵的控制方法。
背景技术
由于变频空气源采暖热泵相比定频空气源采暖热泵能变负荷、快速制热、更节能、更环保，有着更好的舒适性，变频空气源采暖热泵得到越来越广泛的应用。但变频采暖热泵这些优越性发挥得好不好主要取决于控制方法，一个好的控制方法、控制逻辑，能使变频热泵的效率和优越性发挥到最佳效果，而其控制的关键是对变频压缩机频率的控制和节流装置电子膨胀阀的开度控制。
现在的控制方法是，根据环境温度Ta、实时水温Tw和设定目标水温Tset，通过查表和函数算法的方式来定压缩机运行频率，因表格的方法也可以认为是一种离散函数形式，所以频率的控制可描述为函数fh(Ta，Tw，Tset)，而对节流电子膨胀阀开度K的控制，主要是根据变频压缩机回气过热度Ts-Te，或排气过热度Td-Tc来控制，或辅以环境温度和采暖水温的修正系数来定，或辅以排气温度和回气温度来修正，即认为在某一工况下(环境温度和水温)，保持回气过热度或排气过热度在某一个范围内热泵有最好的能效比，这一过热度称之为最佳能效过热度。而最佳能效过热度主要与环境温度、水温、压缩机吸气温度、排气温度相关，即针对不同的环境温度、水温、压缩机吸气温度、排气温度，来预设定一个目标回气过热度或排气过热度，控制系统再根据实际回气过热度或排气过热度偏离目标过热度的偏离量来开大或关小电子膨胀阀，使实际过热度始终在预设的目标过热度范围内，用数学函数形式表达则意为电子膨胀阀开度K是环境温度Ta、水温Tw、压缩机吸气温度Ts、排气温度Td、回气过热度Ts-Te、排气过热度Td-Tc的变量，即K为K(Ts-Te)、K(Td-Tc)、K(Ts-Te，Tw，Ta，Ts，Td)或K(Td-Tc，Tw，Ta，Ts，Td)。但实际上，最佳能效过热度不仅与环境温度、水温、压缩机吸气温度、排气温度相关，还与压缩机运行的频率关系极大，随着频率变小，最佳能效过热度明显增大。由上可知，变频采暖热泵现有的这些控制方法在定义最佳能效过热度时没有考虑到压缩机运行频率的影响，其存在明显的不足和缺陷，不能使热泵始终以最好的能效比运行，使得变频技术的节能优势不能很好地发挥出来。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种节能的变频采暖热泵的控制方法，使变频采暖热泵运行更高效、更节能，充分发挥变频技术的节能优势。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种节能的变频采暖热泵的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，准备好由冷凝换热器、电子膨胀阀、蒸发换热器、四通阀、变频压缩机以及变频控制器组成的变频采暖热泵；其中，四通阀的其中两个开口之间依次连接冷凝换热器、电子膨胀阀和蒸发换热器，四通阀的另外两个开口与变频压缩机连接，电子膨胀阀、四通阀以及变频压缩机均与变频控制器连接；
步骤二，在冷凝换热器的冷媒侧和水侧分别设置冷凝温度传感器和水温传感器，在蒸发换热器设置蒸发温度传感器和环境温度传感器，在变频压缩机的排气管路和回气管路分别设置排气温度传感器和回气温度传感器，其中，冷凝温度传感器、水温传感器、蒸发温度传感器、环境温度传感器、排气温度传感器和回气温度传感器均与变频控制器连接；
步骤三，启动变频采暖热泵，设定目标水温为Tset；
步骤四，根据环境温度传感器测到的环境温度Ta、水温传感器测到的水温Tw以及设定的目标水温Tset，计算出负荷初值Qc、运行频率初值fhc及电子膨胀阀初始开度Kc；
步骤五，根据环境温度传感器测到的实时环境温度Tai、水温传感器测到的实时水温Twi、水温变化率△Twi以及设定的目标水温Tset，计算出实时负荷Qi和运行频率fhi，变频采暖热泵以实时频率fhi运行；
步骤六，根据蒸发温度传感器实时测得的蒸发温度Tei以及回气温度传感器实时测得的回气温度Tsi，计算出实时过热度Tsi-Tei；同时，根据实时环境温度Tai、实时水温Twi以及压机运行频率fhi计算出实时最佳过热度Φi；
步骤七，根据实时过热度Tsi-Tei和实时最佳过热度Φi的偏差调整电子膨胀阀的开度，使变频采暖热泵始终以最佳效率运行；
步骤八，判断实时回水温度Ti是否达到设定目标水温Tset，若Ti＝Tset，则变频采暖热泵以20～40Hz低频维温节能运行；若Ti≠Tset，则重复步骤五至步骤七，直至Ti＝Tset，变频采暖热泵以20～40Hz低频维温节能运行。
作为本发明所述的节能的变频采暖热泵的控制方法的一种改进，在步骤七中，当实时过热度大于实时最佳过热度时，电子膨胀阀的开度变大；当实时过热度小于实时最佳过热度时，电子膨胀阀的开度变小。
作为本发明所述的节能的变频采暖热泵的控制方法的一种改进，在步骤四中，负荷初值Qc、运行频率初值fhc及电子膨胀阀初始开度Kc的函数式均是通过实验测试并根据实验数据拟合公式而建立形成的。
作为本发明所述的节能的变频采暖热泵的控制方法的一种改进，在步骤五中，实时负荷Qi和运行频率fhi的函数式均是通过实验测试并根据实验数据拟合公式而建立形成的。
作为本发明所述的节能的变频采暖热泵的控制方法的一种改进，在步骤六中，实时最佳过热度Φi的函数式是通过实验测试并根据实验数据拟合公式而建立形成的。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种节能的变频采暖热泵的控制方法，先建立变频压缩机运行频率控制数学模型，变频压缩机运行频率fh的大小根据式实时的负荷需求来定，其中实时的负荷需求与环境温度Ta、水温Tw、设定目标水温Tset及水温变化率△Tw和该环境温度和水温下对应的最佳效率频率有关，设定目标水温与实时水温温差越大，压缩机运行频率越高，水温变化率越小，压缩机运行频率越高。具体的函数式结合实验测试数据建立，并辅以排气温度、高、低压压力和电流限制值等修正，其模型可表述为fh＝fh(Ta、Tw、△Tw、Tset)。其次，建立电子膨胀阀开度控制数学模型，先实验测试数据，建立在不同环境温度Ta和水温Tw下，最佳能效过热度Φ与压缩机运行频率fh、环境温度Ta、水温Tw的函数关系式Φ(fh、Ta、Tw)。根据该最佳能效过热度关系式，建立对电子膨胀阀开度的控制逻辑，使实时过热度向实时最佳能效过热度趋近，即根据实时过热度与实时最佳能效过热度的偏差量来调节电子膨胀阀的开度。基于此控制方法建立的控制系统，能使变频采暖热泵始终按最佳能效运行，达到最好的节能效果，充分发挥变频采暖热泵的节能优势。
附图说明
图1是本发明中变频采暖热泵的结构示意图。
图2是本发明中控制方法的流程图。
其中：1-冷凝换热器，2-电子膨胀阀，3-蒸发换热器，4-四通阀，5-变频压缩机，6-冷凝温度传感器，7-水温传感器，8-蒸发温度传感器，9-环境温度传感器，10-排气温度传感器，11-回气温度传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
如图1～2所示，本实施例提供一种节能的变频采暖热泵的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，准备好由冷凝换热器1、电子膨胀阀2、蒸发换热器3、四通阀4、变频压缩机5以及变频控制器(图中未示)组成的变频采暖热泵；其中，四通阀4的其中两个开口之间依次连接冷凝换热器1、电子膨胀阀2和蒸发换热器3，四通阀4的另外两个开口与变频压缩机5连接，电子膨胀阀2、四通阀4以及变频压缩机5均与变频控制器连接；
步骤二，在冷凝换热器1的冷媒侧和水侧分别设置冷凝温度传感器6和水温传感器7，在蒸发换热器3设置有蒸发温度传感器8和环境温度传感器9，在变频压缩机5的排气管路和回气管路分别设置排气温度传感器10和回气温度传感器11，其中，冷凝温度传感器6、水温传感器7、蒸发温度传感器8、环境温度传感器9、排气温度传感器10和回气温度传感器11均与变频控制器连接；
步骤三，启动变频采暖热泵，设定目标水温为Tset；
步骤四，根据环境温度传感器9测到的环境温度Ta、水温传感器7测到的水温Tw以及设定的目标水温Tset，计算出负荷初值Qc、运行频率初值fhc及电子膨胀阀2初始开度Kc；
步骤五，根据环境温度传感器9实时测到的实时环境温度Tai、水温传感器7实时测到的实时水温Twi、水温变化率△Twi以及设定的目标水温Tset，计算出实时负荷Qi和运行频率fhi，变频采暖热泵以实时频率fhi运行；
步骤六，根据蒸发温度传感器8实时测得的蒸发温度Tei以及回气温度传感器11实时测得的回气温度Tsi，计算出实时过热度Tsi-Tei；同时，根据实时环境温度Tai、实时水温Twi以及压机运行频率fhi计算出实时最佳过热度Φi；
步骤七，实时过热度Tsi-Tei大于实时最佳过热度Φi，电子膨胀阀2的开度变大，使变频采暖热泵始终以最佳效率运行；
步骤八，实时回水温度Ti达到设定目标水温Tset，即Ti＝Tset，变频采暖热泵以20～40Hz低频维温节能运行。
实施例2
如图1～2所示，本实施例提供一种节能的变频采暖热泵的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，准备好由冷凝换热器1、电子膨胀阀2、蒸发换热器3、四通阀4、变频压缩机5以及变频控制器组成的变频采暖热泵；其中，四通阀4的其中两个开口之间依次连接冷凝换热器1、电子膨胀阀2和蒸发换热器3，四通阀4的另外两个开口与变频压缩机5连接，电子膨胀阀2、四通阀4以及变频压缩机5均与变频控制器连接；
步骤二，在冷凝换热器1的冷媒侧和水侧分别设置冷凝温度传感器6和水温传感器7，在蒸发换热器3设置有蒸发温度传感器8和环境温度传感器9，在变频压缩机5的排气管路和回气管路分别设置排气温度传感器10和回气温度传感器11，其中，冷凝温度传感器6、水温传感器7、蒸发温度传感器8、环境温度传感器9、排气温度传感器10和回气温度传感器11均与变频控制器连接；
步骤三，启动变频采暖热泵，设定目标水温为Tset；
步骤四，根据环境温度传感器9测到的环境温度Ta、水温传感器7测到的水温Tw以及设定的目标水温Tset，计算出负荷初值Qc、运行频率初值fhc及电子膨胀阀2初始开度Kc；
步骤五，根据环境温度传感器9实时测到的实时环境温度Tai、水温传感器7实时测到的实时水温Twi、水温变化率△Twi以及设定的目标水温Tset，计算出实时负荷Qi和运行频率fhi，变频采暖热泵以实时频率fhi运行；
步骤六，根据蒸发温度传感器8实时测得的蒸发温度Tei以及回气温度传感器11实时测得的回气温度Tsi，计算出实时过热度Tsi-Tei；同时，根据实时环境温度Tai、实时水温Twi以及压机运行频率fhi计算出实时最佳过热度Φi；
步骤七，实时过热度Tsi-Tei小于实时最佳过热度Φi，电子膨胀阀2的开度变小，使变频采暖热泵始终以最佳效率运行；
步骤八，实时回水温度Ti未达到设定目标水温Tset，即Ti≠Tset，再次重复步骤五至步骤七的操作，直至Ti＝Tset，变频采暖热泵以20～40Hz低频维温节能运行。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种节能的变频采暖热泵的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，准备好由冷凝换热器、电子膨胀阀、蒸发换热器、四通阀、变频压缩机以及变频控制器组成的变频采暖热泵；其中，四通阀的其中两个开口之间依次连接冷凝换热器、电子膨胀阀和蒸发换热器，四通阀的另外两个开口与变频压缩机连接，电子膨胀阀、四通阀以及变频压缩机均与变频控制器连接；
步骤二，在冷凝换热器的冷媒侧和水侧分别设置冷凝温度传感器和水温传感器，在蒸发换热器设置蒸发温度传感器和环境温度传感器，在变频压缩机的排气管路和回气管路分别设置排气温度传感器和回气温度传感器，其中，冷凝温度传感器、水温传感器、蒸发温度传感器、环境温度传感器、排气温度传感器和回气温度传感器均与变频控制器连接；
步骤三，启动变频采暖热泵，设定目标水温为Tset；
步骤四，根据环境温度传感器测到的环境温度Ta、水温传感器测到的水温Tw以及设定的目标水温Tset，计算出负荷初值Qc、运行频率初值fhc及电子膨胀阀初始开度Kc；
步骤五，根据环境温度传感器测到的实时环境温度Tai、水温传感器测到的实时水温Twi、水温变化率△Twi以及设定的目标水温Tset，计算出实时负荷Qi和运行频率fhi，变频采暖热泵以实时频率fhi运行；
步骤六，根据蒸发温度传感器实时测得的蒸发温度Tei以及回气温度传感器实时测得的回气温度Tsi，计算出实时过热度Tsi-Tei；同时，根据实时环境温度Tai、实时水温Twi以及压机运行频率fhi计算出实时最佳过热度Φi；
步骤七，根据实时过热度Tsi-Tei和实时最佳过热度Φi的偏差调整电子膨胀阀的开度，使变频采暖热泵始终以最佳效率运行；
步骤八，判断实时回水温度Ti是否达到设定目标水温Tset，若Ti＝Tset，变频采暖热泵以20～40Hz低频维温节能运行；若Ti≠Tset，则重复步骤五至步骤七，直至Ti＝Tset，变频采暖热泵以20～40Hz低频维温节能运行。
2.根据权利要求1所述的节能的变频采暖热泵的控制方法，其特征在于：在步骤七中，当实时过热度大于实时最佳过热度时，电子膨胀阀的开度变大；当实时过热度小于实时最佳过热度时，电子膨胀阀的开度变小。
3.根据权利要求1所述的节能的变频采暖热泵的控制方法，其特征在于：在步骤四中，负荷初值Qc、运行频率初值fhc及电子膨胀阀初始开度Kc的函数式均是通过实验测试并根据实验数据拟合公式而建立形成的。
4.根据权利要求1所述的节能的变频采暖热泵的控制方法，其特征在于：在步骤五中，实时负荷Qi和运行频率fhi的函数式均是通过实验测试并根据实验数据拟合公式而建立形成的。
5.根据权利要求1所述的节能的变频采暖热泵的控制方法，其特征在于：在步骤六中，实时最佳过热度Φi的函数式是通过实验测试并根据实验数据拟合公式而建立形成的。
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