CN109028573B

CN109028573B - 热泵热水器压缩机工作频率控制方法及系统

Info

Publication number: CN109028573B
Application number: CN201810570698.9A
Authority: CN
Inventors: 刘志力; 高翔; 刘远辉; 雷鹏飞
Original assignee: Guangdong PHNIX Eco Energy Solution Ltd
Current assignee: Guangdong PHNIX Eco Energy Solution Ltd
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: CN109028573A

Abstract

本发明公开了热泵热水器压缩机工作频率控制方法及系统，其中，方法包括以下步骤：实时获取热泵热水器水箱的上部水温和下部水温，并根据上部水温和下部水温计算综合水温；结合预设程序和综合水温渐进地控制压缩机的工作频率。本发明根据水箱的上部水温和下部水温后计算综合水温后，并采用综合水温能够更加准确地反映水箱的温度，根据综合水温渐进地控制压缩机的工作频率，避免压缩机一直处于高频率工作造成了能源浪费，使热泵热水器既能快速的加热又提高了整机能效，可广泛应用于热水器领域。

Description

热泵热水器压缩机工作频率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及热水器领域，尤其涉及热泵热水器压缩机工作频率控制方法及系统。

背景技术

热泵热水器就是利用逆卡诺原理，通过介质，把热量从低温物体传递到高温的水里的设备。热泵装置，可以使介质(冷媒)相变，变成比低温热源更低，从而自发吸收低温热源热量；回到压缩机后的介质，又被压缩成高温(比高温的水还高)高压气体，从而自发放热到高温热源；实现将热量从低温热源"搬运"热量到高温热源。

目前，普通热泵热水器压缩机的工作频率是恒定的，无法根据实际的环境因素改变自身的输出，从而导致效率低下，不能快速地制造热水，用户体验较差。现也有一些变频控制的热泵热水器，但是该热泵热水器只是简单的设置了几个频率点，当用户选择节能模式时，压缩机的工作频率为低频点；当用户选择标准模式时，压缩机的工作频率为中频点；当用户选择速热模式时，压缩机的工作频率为高频点。用户虽然可以选择速热模式快速加热，但该模式下，压缩机的工作频率一直为高频，这种简单的控制方法导致浪费能量，降低整机的能效。目前，还没有一种压缩机频率控制方法能够使得热泵热水器既能快速加热又提高能效。还有，现在的热泵热水器在采集水温时，只是采集水箱中一个点的温度，而热泵热水器内的水温一般不均匀，如水箱上部的温度比水箱下半部的水温高，会存有较大的温差，只采集一个点的温度，不能准确的反映水箱的温度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种使得热泵热水器既能快速加热又提高能效的压缩机频率控制方法。

本发明的另一目的是提供一种使得热泵热水器既能快速加热又提高能效的压缩机频率控制系统。

本发明所采用的技术方案是：

热泵热水器压缩机工作频率控制方法，包括以下步骤：

S1、实时获取热泵热水器水箱的上部水温和下部水温，并根据上部水温和下部水温计算综合水温；

S2、结合预设程序和综合水温渐进地控制压缩机的工作频率。

进一步，所述步骤S2，具体包括以下步骤：

根据预设的温度区间判断综合水温所处的温度区间，若处于第一温度区间，将压缩机的工作频率控制为第一频率；

若处于第二温度区间，结合综合水温和预设的第一公式渐进地控制压缩机的工作频率；

若处于第三温度区间，将压缩机的工作频率控制为第二频率，直至压缩机停止工作。

进一步，所述预设的第一公式，具体为：

F＝kT+b

其中，F为压缩机的工作频率，T为综合水温，k为系数因子，b为常数。

进一步，所述步骤S1中根据上部水温和下部水温计算综合水温的步骤，具体为：

判断上部水温是否小于下部水温与预设阈值的和，若是，将下部水温赋值给综合水温；反之，结合上部水温、下部水温和预设的第二公式计算综合水温。

进一步，所述预设的第二公式为：

T＝0.4*T1+0.6*T2

其中，T为综合水温，T1为上部水温，T2为下部水温。

进一步，所述控制方法用于实现高能效控制时，第一公式为F＝0.625T+10.625；

所述控制方法用于实现高速加热时，第一公式为F＝0.125T+48.125。

本发明所采用的另一技术方案是：

热泵热水器压缩机工作频率控制系统，包括采集模块和控制模块，所述采集模块和控制模块连接；

所述采集模块用于实时获取热泵热水器水箱的上部水温和下部水温，并根据上部水温和下部水温计算综合水温；

所述控制模块用于结合预设程序和综合水温渐进地控制压缩机的工作频率。

进一步，所述控制模块具体用于根据预设的温度区间判断综合水温所处的温度区间，若处于第一温度区间，将压缩机的工作频率控制为第一频率；若处于第二温度区间，结合综合水温和预设的第一公式渐进地控制压缩机的工作频率；若处于第三温度区间，将压缩机的工作频率控制为第二频率，直至压缩机停止工作。

进一步，所述预设的第一公式，具体为：

F＝kT+b

进一步，所述采集模块具体用于实时获取热泵热水器水箱的上部水温和下部水温后，判断上部水温是否小于下部水温与预设阈值的和，若是，将下部水温赋值给综合水温；反之，结合上部水温、下部水温和预设的第二公式计算综合水温。

本发明的有益效果是：本发明根据水箱的上部水温和下部水温后计算综合水温后，并采用综合水温能够更加准确地反映水箱的温度，根据综合水温渐进地控制压缩机的工作频率，避免压缩机一直处于高频率工作造成了能源浪费，使热泵热水器既能快速的加热又提高了整机能效。

附图说明

图1是本发明热泵热水器压缩机工作频率控制方法的步骤流程图；

图2是高能效控制模式下压缩机工作频率的示意图；

图3是高速加热模式下压缩机工作频率的示意图；

图4是本发明热泵热水器压缩机工作频率控制的结构框图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，热泵热水器压缩机工作频率控制方法，包括以下步骤：

A1、实时获取热泵热水器水箱的上部水温和下部水温，并根据上部水温和下部水温计算综合水温。

其中，步骤A1具体为：实时获取热泵热水器水箱的上部水温和下部水温，判断上部水温是否小于下部水温与预设阈值的和，若是，将下部水温赋值给综合水温；反之，结合上部水温、下部水温和预设的第二公式计算综合水温。

其中，预设的第二公式为：

T＝0.4*T₁+0.6*T₂

其中，T为综合水温，T₁为上部水温，T₂为下部水温。

A2、结合预设程序和综合水温渐进地控制压缩机的工作频率。

其中，步骤A2具体为：根据预设的温度区间判断综合水温所处的温度区间，若处于第一温度区间，将压缩机的工作频率控制为第一频率；

其中，至少设置有三组温度区间，分别为第一温度区间[-30℃，15℃]，第二温度区间(15℃，55℃]，第三温度区间(55℃，97℃]。

其中，预设的第一公式，具体为：

F＝kT+b

在本实施例中，给热泵热水器提供两种控制模式，即高能效控制模式和快速加热控制模式。参照图2，在高能效控制模式中，压缩机的工作频率F＝0.625T+10.625，在该模式下，达到最佳的能效，同时又能快速的加热。参照图3，在快速加热控制模式中，压缩机的工作频率F＝0.125T+48.125，在该模式下，能够最快的加热，但因为频率逐步增加，也能够降低能耗，达到很好的效果。上述k和b的值通过大量实验后获得，具有很好的效果。

在热泵热水器水箱的上部设有第一温度传感器，在热泵热水器水箱的下部设有第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器实时采集水箱的水温，因为热泵热水器水箱比较大，水箱上部和下部的水温存有较大的温差，比如立式热泵热水器，由于热水密度较小，所以水箱中上部水温会比下部的水温高。如果只是采集水箱中某一点的水温，无法真实的了解到水箱内的水温情况，所以将不准确的温度反馈回系统，直接影响对压缩机频率的控制，间接的影响了能效。故提出了综合水温的概念，通过水箱上部水温和下部水温计算综合水温，再将综合水温作为反馈，可以提高控制精度。先判断上部水温与下部水温的温差，如果两者温差不大，即上部水温小于下部水温与预设阈值的和，在本实施例中，预设阈值为5，也就是上部水温与下部水温的温差小于5℃，则判定两者的温差不大，则直接将下部水温作为综合水温。如果上部水温与下部水温的温差大于或等于5℃，则判定两者温差大，则通过第二公式计算综合水温，所述第二公式为T＝0.4*T₁+0.6*T₂。获得综合水温后，根据综合水温控制压缩机的工作频率，当判断到综合水温小于或等于第一温度，所述第一温度为15℃，即综合水温处于第一温度区间时，控制压缩机的工作频率为第一频率；当综合水温大于第一温度而小于或等于第二温度时，所述第二温度为55℃，即15℃＜T≤55℃，处于第二温度区间，根据第一公式控制压缩机的工作频率随着综合温度的上升而增大，如此可以节约更多的能耗；当综合温度大于第二温度，即综合水温T大于55℃时，控制压缩机的工作频率为第二频率，直到压缩机工作至停止状态。

参照图2，在高能效控制模式，第一频率为20Hz，第二频率为45Hz，第一公式为F＝0.625T+10.625，在该模式下，压缩机在综合温度低时，即T小于15℃时，工作频率为20Hz，在低水温的情况下，如果直接将压缩机控制在高频率下，会造成能量浪费；而当综合水温大于15℃时，随着综合水温上升，逐步的增大压缩机的工作频率，使压缩机的工作效率增大，从而达到最好的能效；当综合水温大于55℃时，保持压缩机的工作频率，即45Hz，直至压缩机工作停止。该模式下，压缩机的工作效率最大，从而获得最高能效制热。

参照图3，在高速加热模式，第一频率为50Hz，第二频率为55Hz，第一公式为F＝0.125T+48.125。在该模式下，在综合水温小于15℃时，压缩机的工作频率为50Hz；而15℃＜T≤55℃时，压缩机的工作频率为F＝0.125T+48.125，随着温度的增加而增加；并在综合水温大于55℃时，压缩机的工作频率控制为55Hz，直至压缩机工作停止。该模式中，压缩机工作在较高的频率下，但在控制压缩机的工作频率中，控制压缩机的工作频率随着综合水温的上升逐步增大至最大的工作频率，间接的提高了能效。

上述控制方法，通过采集水箱的上部水温和下部水温后，计算综合水温，能够更加准确的反映水箱内的水温，根据综合水温对压缩机的工作频率进行控制，提高压缩机的工作效率，从而能够获得高能效，有能快速加热。另外，本发明还提供了两种控制模式，高能效控制模式和快速加热控制模式，用户可以根据需求选择不同的模式，增加的用户的选择性，提高了使用体验。

实施例二

参照图4，热泵热水器压缩机工作频率控制系统，包括采集模块和控制模块，所述采集模块和控制模块连接；

进一步作为优选的实施方式，所述控制模块具体用于根据预设的温度区间判断综合水温所处的温度区间，若处于第一温度区间，将压缩机的工作频率控制为第一频率；若处于第二温度区间，结合综合水温和预设的第一公式渐进地控制压缩机的工作频率；若处于第三温度区间，将压缩机的工作频率控制为第二频率，直至压缩机停止工作。

进一步作为优选的实施方式，所述预设的第一公式，具体为：

F＝kT+b

进一步作为优选的实施方式，所述采集模块具体用于实时获取热泵热水器水箱的上部水温和下部水温后，判断上部水温是否小于下部水温与预设阈值的和，若是，将下部水温赋值给综合水温；反之，结合上部水温、下部水温和预设的第二公式计算综合水温。

上述系统，根据水箱的上部水温和下部水温后计算综合水温后，并采用综合水温能够更加准确地反映水箱的温度，根据综合水温渐进地控制压缩机的工作频率，避免压缩机一直处于高频率工作造成了能源浪费，使热泵热水器既能快速的加热又提高了整机能效。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.热泵热水器压缩机工作频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、结合预设程序和综合水温渐进地控制压缩机的工作频率；

所述步骤S2，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的热泵热水器压缩机工作频率控制方法，其特征在于，所述预设的第一公式，具体为：

F＝kT+b

3.根据权利要求1所述的热泵热水器压缩机工作频率控制方法，其特征在于，

所述步骤S1中根据上部水温和下部水温计算综合水温的步骤，具体为：

4.根据权利要求3所述的热泵热水器压缩机工作频率控制方法，其特征在于，所述预设的第二公式为：

T＝0.4*T₁+0.6*T₂

其中，T为综合水温，T₁为上部水温，T₂为下部水温。

5.根据权利要求2所述的热泵热水器压缩机工作频率控制方法，其特征在于，

所述控制方法用于实现高能效控制时，第一公式为F＝0.625T+10.625；

6.热泵热水器压缩机工作频率控制系统，其特征在于，包括采集模块和控制模块，所述采集模块和控制模块连接；

所述控制模块用于结合预设程序和综合水温渐进地控制压缩机的工作频率；

所述控制模块具体用于根据预设的温度区间判断综合水温所处的温度区间，若处于第一温度区间，将压缩机的工作频率控制为第一频率；若处于第二温度区间，结合综合水温和预设的第一公式渐进地控制压缩机的工作频率；若处于第三温度区间，将压缩机的工作频率控制为第二频率，直至压缩机停止工作。

7.根据权利要求6所述的热泵热水器压缩机工作频率控制系统，其特征在于，所述预设的第一公式，具体为：

F＝kT+b

8.根据权利要求6所述的热泵热水器压缩机工作频率控制系统，其特征在于，所述采集模块具体用于实时获取热泵热水器水箱的上部水温和下部水温后，判断上部水温是否小于下部水温与预设阈值的和，若是，将下部水温赋值给综合水温；反之，结合上部水温、下部水温和预设的第二公式计算综合水温。