CN109520136B - 热泵热水器控制方法和热泵热水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热泵热水器控制方法和热泵热水器，基于排气过热度、排气温度和环境温度判断排气过热度落入的排气过热度分段、排气温度落入的排气温度分段以及环境温度落入的环境温度分段，并基于排气过热度分段、排气温度分段、环境温度分段与目标吸气过热度关系表确定目标吸气过热度；基于该目标吸气过热度调节热泵热水器的电子膨胀阀开度。排气过热度会在排气温度还未产生明显变化时迅速反应出机组是否带液运行等变化，则基于排气过热度确定的吸气过热度更加准确，机组基于更加准确的吸气过热度进行的电子膨胀阀开度控制也就更加准确，使得机组在低温环境下能够长期运行在最佳区间，解决了现有热泵热水器在低温环境下机组运行可靠性低的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于热泵热水器技术领域，具体地说，是涉及一种热泵热水器控制方法和热泵热水器。
背景技术
空气能热泵热水器技术具有高效节能、环保可靠等特点，现有的热泵热水器产品，基本是借用空调产品的控制思路，根据压缩机吸气温度和蒸发器温度判断和调整控制电子膨胀阀的开度来进行，但在使用中面对低环境温度时，存在着在机组结霜严重时会出现冷媒吸气过热度控制不准确的问题，这会降低热泵热水器在低温环境下的运行可靠性。
目前热泵热水器的电子膨胀阀开度步数一般是单纯通过比较吸气温度和蒸发器管温度计算得到的，这就不可避免会发生当这两个温度传感器因位置错误或接触不好等原因造成温度不准确时，电子膨胀阀控制会失控，机组发生故障，比如当吸气和蒸发器管放反时，会造成电子膨胀阀一直开大或一直关小，无法有效进行机组保护。其次，即使吸气传感器和蒸发器管传感器获取的温度是准确的，由于冷媒管路压力损失会影响不同位置的管路温度准确度，通过吸气温度和蒸发器管温度计算仍旧存在不能准确反映真实的压缩机吸气过热度的问题，以此为依据调节机组的电子膨胀阀开度、风机转速和压缩机频率，常会造成冷媒蒸发不完全而使得压缩机吸气带液，无法保证低温环境时的运行可靠性。也因为以上缺点的存在，为保证机组始终有真实过热度，通常需要预设一个超出合理范围的低温环境目标吸气过热度，电子膨胀阀开度控制过小，这就造成机组在低温下长期运行在蒸发器面积未合理应用而性能不足的情况下，同时这种控制下蒸发器管温会过低而严重结霜，进一步降低了机组运行效率。
为反应真实的压缩机吸气过热度，在真实的压缩机吸气过热度情况下计算电子膨胀阀开度，现有技术中有基于排气温度分段、环境温度来确定目标吸气过热度，基于目标吸气过热度来调节电子膨胀阀开度的方式，但由于排气温度总体还是由水温和环境温度决定的，机组的其他运行状态仅能对排气温度产生较小的影响，当机组参数变化迅速时，例如退出化霜、或者刚进入带液运行状态时，排气温度并不会立即发生变化，这种情况下确定的目标吸气过热度是不准确的，则对电子膨胀阀的开度调节也是不准确的，仍然存在低温下机组运行可靠性低的问题。
发明内容
本申请提供了一种吸气过热度控制方法和热泵热水器，解决现有热泵热水器在低温环境下机组运行可靠性低的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：
提出一种热泵热水器控制方法，包括：检测排气温度、油池温度和环境温度；基于所述排气温度和所述油池温度得到排气过热度；基于所述排气过热度、所述排气温度和所述环境温度判断所述排气过热度落入的排气过热度分段、所述排气温度落入的排气温度分段以及所述环境温度落入的环境温度分段，并基于排气过热度分段、排气温度分段、环境温度分段与目标吸气过热度关系表确定目标吸气过热度；基于所述目标吸气过热度调节所述热泵热水器的电子膨胀阀开度。
进一步的，基于所述目标吸气过热度调节所述热泵热水器的电子膨胀阀开度，具体为：根据ΔP＝(T0-Tci)-Δt1+[2×(Fi+1-Fi)]计算电子膨胀阀调阀步数；根据Pi+1＝Pi+ΔP计算电子膨胀阀下一刻开度；其中，T0为当前吸气温度，Tci为蒸发器温度，Δt1为所述目标吸气过热度，Fi为当前压缩机运行频率，Fi+1为下一时刻压缩机目标频率，Pi为当前电子膨胀阀开度；所述压缩机目标频率根据水温、环境温度与压缩机运行频率对应关系表中查询得到。
进一步的，在基于所述排气温度和所述油池温度得到排气过热度之后，所述方法还包括：判断所述排气过热度是否小于第一设定排气过热度；若是，基于Pi+1＝Pi-ΔP-5计算电子膨胀阀下一刻开度；判断所述排气过热度是否大于第二设定排气过热度；若是，则根据Pi+1＝Pi+ΔP计算电子膨胀阀下一刻开度。
进一步的，在基于所述目标吸气过热度调节所述热泵热水器的电子膨胀阀开度之后，所述方法还包括：判断电子膨胀阀调节次数是否超过设定次数；若是，判断所述当前吸气温度与所述蒸发器温度的差值与当前目标吸气过热度的差是否大于设定数值，若是，则按照设定步数调节电子膨胀阀开度直至所述排气过热度达到设定排气过热度。
进一步的，在基于所述目标吸气过热度调节所述热泵热水器的电子膨胀阀开度过程中，所述方法还包括：判断所述排气过热度是否小于第三设定排气过热度；若是，将根据水温、环境温度与压缩机运行频率对应关系表中查询到的压缩机目标频率增加设定频率后作为所述压缩机目标频率使用；判断所述排气过热度是否大于第四设定排气过热度；若是，则所述压缩机目标频率根据水温、环境温度与压缩机运行频率对应关系表中查询得到。
进一步的，所述方法还包括：基于所述环境温度和所述压缩机目标频率判断判断所述环境温度落入的环境温度分段，以及所述压缩机目标频率落入的压缩机频率分段；基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位。
进一步的，在基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位过程中，所述方法还包括：判断所述排气过热度是否小于第五设定排气过热度；若是，将基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位增加设定挡后作为所述运行档位使用；判断所述排气过热度是否大于第六设定排气过热度；若是，则基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位。
提出一种热泵热水器，运用有上述的热泵热水器控制方法实现电子膨胀阀开度、风机档位和压缩机频率的控制。
与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的热泵热水器控制方法和热泵热水器中，将排气过热度引入算法，基于排气过热度分段、排气温度分段和环境温度分段来确定目标吸气过热度，基于该目标吸气过热度对电子膨胀阀开度进行调节，这其中，由油池温度和排气温度算出的排气过热度会在排气温度还未产生明显变化时，迅速反应出机组是否带液运行等变化，使得排气过热度能更加准确迅速的反应机组实时的运行状态，以此确定的目标吸气过热度更准确，机组以此控制电子膨胀阀开度具有反应迅速、准确性高和可靠性高的技术效果，使得机组在低温环境下能够长期运行在最佳区间，解决了现有热泵热水器在低温环境下机组运行可靠性低的技术问题，延长了机组运行寿命。
且，本案将压缩机频率引入电子膨胀阀开度控制中，结合压缩机频率变化情况对电子膨胀阀开度进行控制，可以达成机组运行节能效果最佳，机组长期运行可靠性更好的技术效果。
结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为本申请提出的热泵热水器控制方法的方法流程图；
图2为本申请的提出的热泵热水器的实施例图；
图3为本申请的提出的热泵热水器的实施例图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。
本申请提出的是热泵热水器的控制方法，如图2所示，该热泵热水器以压缩机1、冷凝器2、电子膨胀阀3和蒸发器4构成封闭的循环系统，系统中设置用于改变冷媒流向进行化霜的四通换向阀7；冷凝器2为热交换器，可以为如图2所示的通过冷水水源管10、通过水泵5接入在热水箱6的输入端口，水箱热水出口设有热水管11及热水阀8的形式；也可以为如图3所示的接触在热水箱6外表面的、铜制或者铝制的不同材质的接触式冷凝器2，直接对水箱进行加热的形式。
其中，室外换热器感温包12优先设置于室外换热器4的中间位置，贴近室外换热器翘片，也可以放置在室外换热器4的进口位置，即靠近室外换热器4与电子膨胀阀3的连接处，既能判断进入化霜条件，又能准确感应退出化霜条件。压缩机吸气感温包14布置在压缩机吸气管上，压缩机油池温度感温包15布置在压缩机外壳底部油池高度上。
基于上述架构，本申请提出的热泵热水器控制方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S11：检测排气温度、油池温度和环境温度。
检测热泵热水器的排气温度Tc、油池温度Ty、环境温度Te、当前吸气温度T0、蒸发器温度Tci以及当前压缩机运行频率Fi。
步骤S12：基于排气温度和油池温度得到排气过热度。
根据ΔTc＝Tc-Ty求得排气过热度ΔTc。
步骤S13：基于排气过热度、排气温度和环境温度判断排气过热度落入的排气过热度分段、排气温度落入的排气温度分段以及环境温度落入的环境温度分段，并基于排气过热度分段、排气温度分段、环境温度分段与目标吸气过热度关系表确定目标吸气过热度。
如下表一所示的，为排气过热度分段、排气温度分段、环境温度分段与目标吸气过热度关系表：
表一
根据计算得到的排气过热度，判断其在表一中第一列所处分段区间，继而根据检测的排气温度判断其在表一第二列所处的分段区间，最后根据检测的环境温度判断其在表一第三列至第五列处于哪一个分段区间，从而通过查表确定目标吸气过热度Δt1。
如表一所示的排气过热度分段、排气温度分段、环境温度分段与目标吸气过热度关系表，为预先设定并存储于存储单元的，其中各参数划分区间的温度以及各区间对应的目标吸气过热度仅为示例说明，根据实际应用设定，不具体做限定。
将排气过热度引入算法，基于排气过热度分段、排气温度分段和环境温度分段来确定目标吸气过热度，基于该目标吸气过热度对电子膨胀阀开度进行调节，这其中，由油池温度和排气温度算出的排气过热度会在排气温度还未产生明显变化时，迅速反应出机组是否带液运行等变化，使得排气过热度能更加准确迅速的反应机组实时的运行状态，以此确定的目标吸气过热度更准确，机组以此控制电子膨胀阀开度具有反应迅速、准确性高和可靠性高的技术效果，使得机组在低温环境下能够长期运行在最佳区间，解决了现有热泵热水器在低温环境下机组运行可靠性低的技术问题，延长了机组运行寿命。
步骤S14：基于目标吸气过热度调节热泵热水器的电子膨胀阀开度。
本步骤具体包括：根据ΔP＝(T0-Tci)-Δt1+[2×(Fi+1-Fi)]计算电子膨胀阀调阀步数；以及，根据Pi+1＝Pi+ΔP计算电子膨胀阀下一刻开度。其中，Fi+1为下一时刻压缩机目标频率，Pi为当前电子膨胀阀开度；压缩机目标频率Fi+1根据如表二所示的水温、环境温度与压缩机运行频率对应关系表中查询得到，其中各参数划分区间中压缩机目标频率Fab仅为示例，实际应用时不做具体限定。
表二
本申请中，电子膨胀阀调阀步数中引入了压缩机运行频率参数，其出发点在于，在热泵热水器中，上一次电子膨胀阀开度的调节会影响机组的运行状态，例如电子膨胀阀调节步数过大会造成压缩机频率随之升高及吸气过热度变小等影响，所以压缩机目标频率和实际运行频率相比变大还是变小，也即Fi+1-Fi的大小，实际上就相当于上一次电子膨胀阀调节后造成的偏差变化率，综合这一数值来判断上一次电子膨胀阀调节方向(也即步数开大还是关小，即ΔP的正负号)和调节幅度(即ΔP的绝对值)是否准确，是对电子膨胀阀调节步数计算方法的重要补充，引入了上一次调节后的反馈环节，能够减少超调，能够避免仅用查表得到目标吸气过热度进行调节时，不能及时反映上一次电子膨胀阀调节后对机组的影响，以及不能及时灵敏调节的缺点。
体现在热泵热水器机组运行效果上，就是吸气过热度控制更加准确，机组低温下长期运行在最佳区间，减少机组系统参数过于恶劣状态的时间，发挥机组节能性可靠性的优点，延长机组运行寿命，避免电子膨胀阀步数不适当造成能源浪费，节约能源，提高制热水速度，避免压缩机带液运行等危险。
在步骤S13中基于排气温度和油池温度得到排气过热度之后，还存在特殊情况下的附加控制，其目的是进一步增加机组在极端情况下运行的可靠性，该极端情况例如化霜时、结霜严重时、冷媒量异常多时，如果在这些运行参数变化特别剧烈时按照上述控制仍然不能及时调节，造成排气过热度过小，则按照以下方式加大膨胀阀的调节幅度，进一步加速提高排气过热度，以进一步加快参数回复正常范围的速度：判断排气过热度是否小于第一设定排气过热度，例如1℃，若是，则基于Pi+1＝Pi-ΔP-5计算电子膨胀阀下一刻开度；这期间判断排气过热度是否大于第二设定排气过热度，例如5℃，在达到5℃后，则继续根据Pi+1＝Pi+ΔP计算电子膨胀阀下一刻开度。
在基于目标吸气过热度调节热泵热水器的电子膨胀阀开度之后，还存在特殊情况下的附加控制：判断电子膨胀阀调节次数是否超过设定次数，例如10次，若是，则判断当前吸气温度与蒸发器温度的差值(T0-Tci)与当前目标吸气过热度Δt1的差是否大于设定数值，例如2，若是，则按照设定步数调节电子膨胀阀开度直至排气过热度达到设定排气过热度，例如按照设定步数调节电子膨胀阀开度直至排气过热度达到8，以基于排气过热度单独进行控制的技术手段来防止吸气温度感应包和蒸发器感温包的安装位置有误或者接触不好时导致吸气过热度计算不准确而发生机组失控现象。
步骤S14中，在基于目标吸气过热度调节热泵热水器的电子膨胀阀开度过程中，特殊情况下的控制方法还包括：判断排气过热度是否小于第三设定排气过热度，例如1℃；若是，将根据水温、环境温度与压缩机运行频率对应关系表中查询到的压缩机目标频率增加设定频率后作为压缩机目标频率使用，例如将查询得到的压缩机目标频率Fab增加1HZ作为最终压缩机目标频率使用，在此过程中，继续判断排气过热度是否大于第四设定排气过热度，例如5℃；若是，则压缩机目标频率继续根据水温、环境温度与压缩机运行频率对应关系表中查询得到使用；其目的是进一步增加机组在极端情况下运行的可靠性，该极端情况例如化霜时、结霜严重时、冷媒量异常多时，如果在这些运行参数变化特别剧烈时按照上述控制仍然不能及时调节，造成排气过热度过小，则按照以上方式加大压缩机目标频率，进一步加速提高排气过热度，以进一步加快参数回复正常范围的速度。
本申请实施例中，还相应提出热泵热水器的风机转速控制方法，根据环境温度Te和压缩机目标频率F判断判断环境温度落入的环境温度分段，以及压缩机目标频率落入的压缩机频率分段，进而基于如表三所示的环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位：
表三
其中，各个分区的档位仅为示例，实际应用中不做具体限定。
特殊情况下，在基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位过程中，需要判断排气过热度是否小于第五设定排气过热度，例如1℃，若是，将基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位增加设定挡后作为运行档位使用，该设定档例如1档，此过程中继续判断排气过热度是否大于第六设定排气过热度，例如5℃，若是，则继续基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位；其目的是进一步增加机组在极端情况下运行的可靠性，该极端情况例如化霜时、结霜严重时、冷媒量异常多时，如果在这些运行参数变化特别剧烈时按照上述控制仍然不能及时调节，造成排气过热度过小，则按照以上方式加大风机档位，进一步加速提高排气过热度，以进一步加快参数回复正常范围的速度。
基于上述提出的热泵热水器控制方法，本申请提出一种热泵热水器，该热泵热水器运用上述的控制方法实现电子膨胀阀开度的控制以及风机的控制，将排气过热度引入控制算法，排气过热度会在排气温度还未产生明显变化时，迅速反应出机组是否带液运行等变化，则基于排气过热度确定的吸气过热度更加准确，机组基于更加准确的吸气过热度进行的电子膨胀阀开度控制也就更加准确，使得机组在低温环境下能够长期运行在最佳区间，解决了现有热泵热水器在低温环境下机组运行可靠性低的技术问题。
应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.热泵热水器控制方法，其特征在于，包括：
检测排气温度、油池温度和环境温度；
基于所述排气温度和所述油池温度得到排气过热度；
基于所述排气过热度、所述排气温度和所述环境温度判断所述排气过热度落入的排气过热度分段、所述排气温度落入的排气温度分段以及所述环境温度落入的环境温度分段，并基于排气过热度分段、排气温度分段、环境温度分段与目标吸气过热度关系表确定目标吸气过热度；
基于所述目标吸气过热度调节所述热泵热水器的电子膨胀阀开度；
基于所述目标吸气过热度调节所述热泵热水器的电子膨胀阀开度，具体为：
根据
计算电子膨胀阀调阀步数；
根据
计算电子膨胀阀下一刻开度；
其中，
为当前吸气温度，
为蒸发器温度，
为所述目标吸气过热度，
为当前压缩机运行频率，
为下一时刻压缩机目标频率，
为当前电子膨胀阀开度；
所述压缩机目标频率根据水温、环境温度与压缩机运行频率对应关系表中查询得到。
2.根据权利要求1所述的热泵热水器控制方法，其特征在于，在基于所述排气温度和所述油池温度得到排气过热度之后，所述方法还包括：
判断所述排气过热度是否小于第一设定排气过热度；若是，
基于
计算电子膨胀阀下一刻开度；
判断所述排气过热度是否大于第二设定排气过热度；若是，
则根据
计算电子膨胀阀下一刻开度。
3.根据权利要求1所述的热泵热水器控制方法，其特征在于，在基于所述目标吸气过热度调节所述热泵热水器的电子膨胀阀开度之后，所述方法还包括：
判断电子膨胀阀调节次数是否超过设定次数；若是，
判断所述当前吸气温度与所述蒸发器温度的差值与当前目标吸气过热度的差是否大于设定数值，若是，
则按照设定步数调节电子膨胀阀开度直至所述排气过热度达到设定排气过热度。
4.根据权利要求1所述的热泵热水器控制方法，其特征在于，在基于所述目标吸气过热度调节所述热泵热水器的电子膨胀阀开度过程中，所述方法还包括：
判断所述排气过热度是否小于第三设定排气过热度；若是，
将根据水温、环境温度与压缩机运行频率对应关系表中查询到的压缩机目标频率增加设定频率后作为所述压缩机目标频率使用；
判断所述排气过热度是否大于第四设定排气过热度；若是，
则所述压缩机目标频率根据水温、环境温度与压缩机运行频率对应关系表中查询得到。
5.根据权利要求1所述的热泵热水器控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述环境温度和所述压缩机目标频率判断所述环境温度落入的环境温度分段，以及所述压缩机目标频率落入的压缩机频率分段；
基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位。
6.根据权利要求5所述的热泵热水器控制方法，其特征在于，在基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位过程中，所述方法还包括：
判断所述排气过热度是否小于第五设定排气过热度；若是，
将基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位增加设定挡后作为所述运行档位使用；
判断所述排气过热度是否大于第六设定排气过热度；若是，
则基于环境温度分段、压缩机目标频率分段与风机运行档位的关系表确定风机的运行档位。
7.热泵热水器，其特征在于，运用如权利要求1-6任一项权利要求所述的热泵热水器控制方法。
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