CN111336693A - 一种太阳能热泵热水器控制方法及太阳能热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能热泵热水器控制方法及太阳能热泵热水器，包括以下步骤：S0：将节流装置调节至初始开度，控制压缩机按照初始频率启动运行，以及控制风机按照初始转速转动；S1：获取压缩机的目标频率，并调节压缩机按照目标频率运行；S2：压缩机启动运行设定时间后，检测光照强度，获取吸气过热度△T，并根据所述光照强度和吸气过热度调节所述节流装置的开度或者压缩机频率或者风机转速，以将所述吸气过热度调节至预设范围内。本发明的控制方法避免因光照波动造成的热泵系统参数波动，进而导致的过热度不足造成的能源浪费，节约能源，有利于提高制热水速度。

Description

一种太阳能热泵热水器控制方法及太阳能热泵热水器

技术领域

本发明涉及一种热泵热水器技术领域，具体地说，是涉及一种太阳能热泵热水器控制方法及系统。

背景技术

随着热泵热水器及空调技术的应用推广，其高效节能、环保可靠等特点越来越被市场所接受，但对于使用中经常面对的极其重要的性能衰减及可靠性问题，主要体现在：1、现有的太阳能结合热泵热水器，仅为简单的将太阳能集热板与蒸发器串联，普遍没有考虑运行后太阳能侧的实际变化，属于比较粗糙的控制，已不适用于产品工作环境的特点及新一代使用变频风机、电子膨胀阀等精密元器件的需求。2、元器件为定频或不可调节，从风量及冷媒流量的控制上，调节余地过小，无法平衡太阳能侧负荷的变化。3、输入参数过少，控制程序无法及时感知到由太阳能侧负荷变化造成的热泵系统参数波动。4、控制方式不合理，由于前两个原因，造成调节不及时甚至调节耦合造成系统运行波动加大。

发明内容

本发明为了解决现有太阳能热泵热水器由于太阳光强度变化，太阳能集热装置收集和传递给热泵系统的热量不稳定，造成蒸发器侧冷媒蒸发后的过热度不稳定的问题，提出了一种太阳能热泵热水器控制方法，可以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种太阳能热泵热水器控制方法，包括以下步骤：

S0：将节流装置调节至初始开度，控制压缩机按照初始频率启动运行，以及控制风机按照初始转速转动；

S1：检测水箱中的水温以及检测环境温度，根据所述水温以及环境温度获取压缩机的目标频率，并调节压缩机按照所述目标频率运行；

S2：压缩机启动运行设定时间后，检测光照强度，获取吸气过热度△T，并根据所述光照强度和吸气过热度调节所述节流装置的开度或者压缩机频率或者风机转速，以将所述吸气过热度调节至预设范围内。

进一步的，步骤S2中，还包括:

S21：根据所述光照强度计算极大吸气过热度Tmax和极小吸气过热度Tmin，所述极大吸气过热度Tmax与所述光照强度呈正相关，所述极小吸气过热度Tmin与所述光照强度呈负相关;

S22：获取吸气过热度ΔT；

S23：判断所述吸气过热度△T与极大吸气过热度Tmax和极小吸气过热度Tmin之间的大小关系；

S24：若Tmin≤ΔT≤Tmax，继续判断ΔT是否位于预设范围内，若是，保持当前运行参数，否则，调节所述节流装置的开度，直至满足所述吸气过热度位于预设范围内。

进一步的，

Tmax=A+B1*L/C;

Tmin= A – B2*L/ C;

其中，A为目标吸气过热度，为常量，B1、B2、C为大于0的常系数，L为光照强度，由光照强度传感器测得。

进一步的，吸气过热度的预设范围是：[Tlow, Thigh]，其中，Tmin＜Tlow＜Thigh＜Tmax。

进一步的，

Thigh= A +B3* L/ C;

Tlow = A – B4*L/ C;

0＜B3＜B1；0＜B4＜B2。

进一步的，步骤S23之后，还包括：

S25：若△T＜Tmin，按照设定步长将风机转速调高并返回步骤S22；

S26：若△T＞Tmax，按照设定步长将风机转速调低并返回步骤S22。

进一步的，步骤S25中，若风机转速已经调节至最高转速，仍然△T＜Tmin，则直接调节所述节流装置的开度，直至满足所述吸气过热度位于预设范围内；

步骤S26中，若风机转速已经调节至最低转速，仍然△T＞Tmax，则直接调节所述节流装置的开度，直至满足所述吸气过热度位于预设范围内。

进一步的，若所述节流装置的开度被调至允许的最小开度后仍不能满足△T位于预设范围内，则按照设定频率将压缩机频率调高并返回步骤S22。

进一步的，若所述节流装置的开度被调至允许的最大开度后仍不能满足△T位于预设范围内，则按照设定频率将压缩机频率调低并返回步骤S22。

本发明同时提出了一种太阳能热泵热水器，包括压缩机、水箱、设置在所述水箱内部或者外部的冷凝器、节流装置、太阳能集热器以及蒸发器，所述蒸发器一侧设置有风机，所述节流装置连接在所述冷凝器与所述太阳能集热器之间，还包括用于检测光照强度的光照强度传感器、用于检测环境温度的环温传感器以及用于检测水箱中水温的水温传感器，所述压缩机为变频压缩机，所述太阳能热泵热水器按照前面任一条所记载的控制方法执行控制。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的太阳能热泵热水器控制方法，根据光照强度以及压缩机的吸气过热度，调节节流装置的开度或者压缩机频率或者风机转速，以将吸气过热度调节至预设范围内。避免因光照波动造成的热泵系统参数波动，进而导致的过热度不足造成的能源浪费，节约能源，有利于提高制热水速度。使得太阳能热泵热水器始终运行在最佳区间，减少系统参数过于恶劣状态的时间，发挥系统节能性可靠性的优点，延长系统运行寿命。此外，对机组改动小，元器件少，易实现。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提出的太阳能热泵热水器控制方法的一种实施例流程图；

图2是本发明所提出的太阳能热泵热水器的一种实施例系统原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。

现有的太阳能结合热泵热水器，仅为简单的将太阳能集热板与蒸发器串联，普遍没有考虑运行后太阳能侧的实际变化，属于比较粗糙的控制，已不适用于产品工作环境的特点及新一代使用变频风机、电子膨胀阀等精密元器件的需求。而且与太阳能结合的热泵热水器，受太阳光强度变化影响较大，太阳光强度变化导致太阳能集热装置收集和传递给热泵系统的热量不稳定，造成蒸发器侧冷媒蒸发后的过热度不稳定的问题。基于此，本发明提出了一种太阳能热泵热水器控制方法，根据所检测的光照强度调节系统运行参数，进而使得吸气过热度保持在最佳的区间，维护系统运行稳定的同时提高能效。下面将以一具体实施例详细说明本方案。

实施例一，本实施例提出了一种太阳能热泵热水器控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

S0：将节流装置调节至初始开度，控制压缩机按照初始频率启动运行，以及控制风机按照初始转速转动；

其中，节流装置的初始开度、压缩机的初始频率以及风机的初始转速可以是系统预设值，也可以通过查表获取，每次开机启动时，控制各器件按照上述初始参数运行。

S1：检测水箱中的水温以及检测环境温度，根据所述水温以及环境温度获取压缩机的目标频率，并调节压缩机按照所述目标频率运行；

本实施例热水器中的压缩机采用变频压缩机，压缩机的运行频率与系统需要制热量相匹配，而制热量与水温以及环境温度有关，因此，本方案根据水温以及环境温度获取压缩机的目标频率，首先确保压缩机运行在最佳频率。节流装置需采用电子膨胀阀控制流量，风机为变频风机或多档风机，用于控制风量，风机为蒸发器风机，提高蒸发器的换热效率。

S2：压缩机启动运行设定时间后，检测光照强度，获取吸气过热度△T，并根据所述光照强度和吸气过热度调节所述节流装置的开度或者压缩机频率或者风机转速，以将所述吸气过热度调节至预设范围内。

吸气过热度是为了防止压缩机液击以及保证排气过热度而设定，以保证机组的安全以及提高能效比，本方案的太阳能热泵热水器控制方法，根据光照强度以及压缩机的吸气过热度，调节节流装置的开度或者压缩机频率或者风机转速，以将吸气过热度调节至预设范围内。避免因光照波动造成的热泵系统参数波动，进而导致的过热度不足造成的能源浪费，节约能源，有利于提高制热水速度。本方案可以使得太阳能热泵热水器始终运行在最佳区间，减少系统参数过于恶劣状态的时间，发挥系统节能性可靠性的优点，延长系统运行寿命。此外，对机组改动小，元器件少，易实现。

本实施例中，初始参数的获取方法通过查表获得，开机时，环境温度传感器检测环境温度Te，给定初始电子膨胀阀步数P0、风机档位或转速D0以及压缩机初始频率F0；查找表值可通过实验室获取，并写入到存储单元中，如表1所示：

环境温度	电子膨胀阀初始步数P0	风机档位或转速D0	压缩机初始频率F0
				Te＞45℃	380	3	20
45℃≥Te＞35℃	340	3	20
				35℃≥Te＞23℃	300	4	30
23℃≥Te＞17℃	280	5	30
				17℃≥Te＞10℃	260	6	40
10℃≥Te＞4℃	230	7	40
				4℃≥Te＞-4℃	180	8	50
-4℃≥Te	180	8	50

表1

其中，环境温度的区间划分可以根据实际需要设定，在此不做限制，电子膨胀阀的初始步数值可以为其他值，但随环境温度降低，步数变小的趋势不变，风机档位或初始转速D0可以为其他值，但随环境温度降低，风机档位或转速变大的趋势不变，压缩机初始频率F0可以为其他值，但随环境温度降低，压机频率变大的趋势不变。

优选在本实施例中，在压缩机运行设定时间后，首先根据光照强度确定吸气过热度的极大值和极小值，以保证系统基本的安全运行区间，因此，步骤S2中，还包括:

S21：根据所述光照强度计算极大吸气过热度Tmax和极小吸气过热度Tmin，极大吸气过热度Tmax与光照强度呈正相关，极小吸气过热度Tmin与光照强度呈负相关;

S22：获取吸气过热度ΔT；

S23：判断所述吸气过热度△T与极大吸气过热度Tmax和极小吸气过热度Tmin之间的大小关系；

S24：若Tmin≤ΔT≤Tmax，继续判断ΔT是否位于预设范围内，若是，保持当前运行参数，否则，调节节流装置的开度，直至满足吸气过热度位于预设范围内。

本实施例中吸气过热度ΔT可通过检测吸气温度Tx和蒸发器温度Tz计算得到；吸气过热度ΔT=Tx-Tz。

若吸气过热度位于基本的安全运行区间内，也即Tmin≤ΔT≤Tmax，则风机档位或转速保持不变，调节节流装置的开度直到满足过吸气热度△T至预设范围内。如实际在-3℃≤ΔT≤5℃范围，则最终调节至1℃≤ΔT≤3℃预设范围。

本实施例中，极大吸气过热度Tmax与所述光照强度呈正相关，计算函数为：

Tmax=A+B1*L/C;

极小吸气过热度Tmin与光照强度呈负相关，计算函数为：

Tmin= A – B2*L/ C;

其中，A为目标吸气过热度，为常量，例如A可取值为2，B1、B2、C为大于0的常系数。B1、B2、C可通过实验获取。例如本实施例中取B1=B2=3，C=500，L为光照强度，由光照强度传感器测得。

吸气过热度的预设范围是：[Tlow, Thigh]，其中，Tmin＜Tlow＜Thigh＜Tmax。吸气过热度的预设范围是围绕着目标吸气过热度值上下波动的一个理想区间，本方案中Thigh与光照强度L呈正相关，计算函数为：

Thigh= A +B3* L/ C;

Tlow与所述光照强度L呈正相关，计算函数为：

Tlow = A – B4*L/ C;

0＜B3＜B1；0＜B4＜B2。通过控制以确保Tmin＜Tlow＜Thigh＜Tmax。

步骤S23之后，还包括：

S25：若△T＜Tmin，按照设定步长将风机转速调高并返回步骤S22。

若△T＜Tmin，则电子膨胀阀先保持不动，可风机档位调大一档（按照设定步长将风机转速调高），然后返回步骤S22，进一步检测当前吸气过热度，如果步骤S23中此时将吸气过热度ΔT调节至安全运行区间内，满足ΔTmin≤ΔT≤ΔTmax，则执行步骤S24通过调节节流装置控制；如果仍ΔT＜ΔTmin，则执行S25，再调大一档，如此，直到调到最大档位。

S26：若△T＞Tmax，按照设定步长将风机转速调低并返回步骤S22。

若△T＞Tmax，则电子膨胀阀先保持不动，可风机档位调小一档（按照设定步长将风机转速调低），然后返回步骤S22，进一步检测当前吸气过热度，如果步骤S23中此时将吸气过热度ΔT调节至安全运行区间内，满足ΔTmin≤ΔT≤ΔTmax，则执行步骤S24通过调节节流装置控制；如果仍△T＞Tmax，则执行S26，再调低一档，如此，直到调到最小档位。

步骤S25中，若风机转速已经调节至最高转速，仍然△T＜Tmin，则直接调节所述节流装置的开度，直至满足所述吸气过热度位于预设范围内；

步骤S26中，若风机转速已经调节至最低转速，仍然△T＞Tmax，则直接调节所述节流装置的开度，直至满足所述吸气过热度位于预设范围内。

若节流装置的开度被调至允许的最小开度后仍不能满足△T位于预设范围内，则按照设定频率将压缩机频率调高并返回步骤S22。

若所述节流装置的开度被调至允许的最大开度后仍不能满足△T位于预设范围内，则按照设定频率将压缩机频率调低并返回步骤S22。

吸气过热度分不同区间，在中间区域时，则风机和压缩机不动，依靠电子膨胀阀调节，将实际吸气过热度调节至更集中更适宜的区域，若实际吸气过热度偏离较大不在中间区域，则依靠风机调节至中间区域，再风机不动，依靠电子膨胀阀调节，如仍偏离较大则结合压缩机频率调整，将实际吸气过热度调节至更集中更适宜的区域。

步骤S1中，通过检测水箱中的水温以及检测环境温度，根据水温以及环境温度获取压缩机的目标频率，并调节压缩机按照所述目标频率运行；本实施例中压缩机的目标频率通过查表法得到的，目标频率与检测到的水温Tw以及环温Te在运行频率表所在区间对应的，可预先实验室测得并写入到存储单元中。

实施例二，本实施例提出了一种太阳能热泵热水器，如图2所示，包括压缩机11、水箱12、设置在水箱12内部或者外部的冷凝器13、节流装置14、太阳能集热器15以及蒸发器16，蒸发器16一侧设置有风机17，节流装置连接在冷凝器13与太阳能集热器15之间，还包括用于检测光照强度L的光照强度传感器、用于检测环境温度的环温传感器、用于检测水箱中水温的水温传感器，用于检测吸气温度Tx的吸气温度传感器、用于检测蒸发器温度Tz的蒸发温度传感器，压缩机11为变频压缩机，节流装置需采用电子膨胀阀控制流量，风机为变频风机或多档风机，用于控制风量，本实施例的太阳能热泵热水器按照实施例一中所记载的控制方法执行控制，具体可参见实施例一，在此不做赘述。

当然，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 (10)

1.一种太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S0：将节流装置调节至初始开度，控制压缩机按照初始频率启动运行，以及控制风机按照初始转速转动；

S1：检测水箱中的水温以及检测环境温度，根据所述水温以及环境温度获取压缩机的目标频率，并调节压缩机按照所述目标频率运行；

S2：压缩机启动运行设定时间后，检测光照强度，获取吸气过热度△T，并根据所述光照强度和吸气过热度调节所述节流装置的开度或者压缩机频率或者风机转速，以将所述吸气过热度调节至预设范围内。

2.根据权利要求1所述的太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤S2中，还包括:

S21：根据所述光照强度计算极大吸气过热度Tmax和极小吸气过热度Tmin，所述极大吸气过热度Tmax与所述光照强度呈正相关，所述极小吸气过热度Tmin与所述光照强度呈负相关;

S22：获取吸气过热度ΔT；

S23：判断所述吸气过热度△T与极大吸气过热度Tmax和极小吸气过热度Tmin之间的大小关系；

S24：若Tmin≤ΔT≤Tmax，继续判断ΔT是否位于预设范围内，若是，保持当前运行参数，否则，调节所述节流装置的开度，直至满足所述吸气过热度位于预设范围内。

3.根据权利要求2所述的太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，

Tmax=A+B1*L/C;

Tmin= A – B2*L/ C;

其中，A为目标吸气过热度，为常量，B1、B2、C为大于0的常系数，L为光照强度，由光照强度传感器测得。

4.根据权利要求3所述的太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，吸气过热度的预设范围是：[Tlow, Thigh]，其中，Tmin＜Tlow＜Thigh＜Tmax。

5.根据权利要求4所述的太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，

Thigh= A +B3* L/ C;

Tlow = A – B4*L/ C;

0＜B3＜B1；0＜B4＜B2。

6.根据权利要求2-5任一项所述的太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤S23之后，还包括：

S25：若△T＜Tmin，按照设定步长将风机转速调高并返回步骤S22；

S26：若△T＞Tmax，按照设定步长将风机转速调低并返回步骤S22。

7.根据权利要求6所述的太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤S25中，若风机转速已经调节至最高转速，仍然△T＜Tmin，则直接调节所述节流装置的开度，直至满足所述吸气过热度位于预设范围内；

步骤S26中，若风机转速已经调节至最低转速，仍然△T＞Tmax，则直接调节所述节流装置的开度，直至满足所述吸气过热度位于预设范围内。

8.根据权利要求7所述的太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，若所述节流装置的开度被调至允许的最小开度后仍不能满足△T位于预设范围内，则按照设定频率将压缩机频率调高并返回步骤S22。

9.根据权利要求8所述的太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，若所述节流装置的开度被调至允许的最大开度后仍不能满足△T位于预设范围内，则按照设定频率将压缩机频率调低并返回步骤S22。

10.一种太阳能热泵热水器，包括压缩机、水箱、设置在所述水箱内部或者外部的冷凝器、节流装置、太阳能集热器以及蒸发器，所述蒸发器一侧设置有风机，所述节流装置连接在所述冷凝器与所述太阳能集热器之间，其特征在于， 还包括用于检测光照强度的光照强度传感器、用于检测环境温度的环温传感器以及用于检测水箱中水温的水温传感器，所述压缩机为变频压缩机，所述太阳能热泵热水器按照权利要求1-9任一项所述的控制方法执行控制。

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