CN112303928B - 一种热泵热水机组和控制方法 - Google Patents

一种热泵热水机组和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热泵热水机组和控制方法，该热泵热水机组包括室外机、水泵、水箱和控制器，所述水箱中还包括：电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热，控制器被配置为：基于预设采样间隔对所述水位和所述水温进行采样，并根据对应的采样结果确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位；根据当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率；基于所述负荷率控制所述电加热器，通过在水箱中设置加热器，可以减少热泵的数量，降低了成本，满足了用户热水的最大需求量，提高了用户体验。

Description

一种热泵热水机组和控制方法
技术领域
本申请涉及热泵热水机组控制领域，更具体地，涉及一种热泵热水机组和控制方法。
背景技术
热泵热水机组在安装设计时，需要考虑用户热水的最大需求量，然而实际需求量大部分都处于最大需求量的50％左右，但为了保证机组能满足用户热水的最大需求量，就需要选择功率大的机组，增加大量的成本；如果为了节约成本选择功率小的机组，就会在热水的最大需求量时无法满足用户需求，影响用户生活，同时也会对品牌造成能力差的影响。
热泵热水机组在冬天室外环境温度特别低的时候，需要频繁进行除霜，制热能力特别差，无法满足用户对热水最大需求量的要求。
因此，如何提供一种可以在降低成本的基础上满足热水最大需求量的热泵热水机组，是目前有待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种热泵热水机组，用以解决现有技术中热泵热水机组成本较高，无法在降低成本的基础上满足热水最大需求量的技术问题。
该热泵热水机组包括：
室外机，包括压缩机，进行将低温低压冷媒气体压缩成高温高压冷媒气体并排至冷凝器的工作；热交换器，作为蒸发器进行工作；水-冷媒热交换器，使冷媒与热源水进行热交换而冷凝；
水箱，基于热源水流路与所述水-冷媒热交换器连接，并通过水泵向用户供水，所述水箱中还包括：水位传感器，用于检测所述水箱的水位；温度传感器，用于检测所述水箱的水温；电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热；
控制器，被配置为：
基于预设采样间隔对所述水位和所述水温进行采样，并根据对应的采样结果确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位；
根据当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率；
基于所述负荷率控制所述电加热器。
在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
根据所述前一时刻的水位和所述当前时刻的水位的差值确定第一用水量；
根据所述第一用水量、第二用水量、所述水温设定值和所述当前时刻的水温确定所述负荷率；
其中，所述第二用水量为前一时刻与所述第一用水量对应的用水量。
在本申请一些实施例中，所述控制器还具体被配置为：
根据公式一确定所述负荷率，所述公式一具体为：
LF＝(Ts—T0)(Kp·ΔL(n)+Kd·(ΔL(n)—ΔL(n-1))/DT)
其中，LF为所述负荷率，Ts为所述水温设定值，T0为所述当前时刻的水温，Kp为预设比例系数，Kd为预设微分系数，ΔL(n)为所述第一用水量、ΔL(n-1)为所述第二用水量，DT为预设比例微分控制周期。
在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
判断所述负荷率是否不小于预设负荷率；
若是，开启所述电加热器；
若否，关闭所述电加热器。
在本申请一些实施例中，所述热泵热水机组还包括线控器，所述水温设定值是从所述线控器获取的。
相应的，本发明还提出了一种热泵热水机组的控制方法，应用于包括室外机、水泵、水箱和控制器的热泵热水机组中，所述水箱中还包括：水位传感器，用于检测所述水箱的水位；温度传感器，用于检测所述水箱的水温；电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热，所述方法包括：
基于预设采样间隔对所述水位和所述水温进行采样，并根据对应的采样结果确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位；
根据当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率；
基于所述负荷率控制所述电加热器。
在本申请一些实施例中，根据所述当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率，具体为：
根据所述前一时刻的水位和所述当前时刻的水位的差值确定第一用水量；
根据所述第一用水量、第二用水量、所述水温设定值和所述当前时刻的水温确定所述负荷率；
其中，所述第二用水量为前一时刻与所述第一用水量对应的用水量。
在本申请一些实施例中，根据所述第一用水量、第二用水量、所述水温设定值和所述当前时刻的水温确定所述负荷率，具体为：
根据公式一确定所述负荷率，所述公式一具体为：
LF＝(Ts—T0)(Kp·ΔL(n)+Kd·(ΔL(n)—ΔL(n-1))/DT)
其中，LF为所述负荷率，Ts为所述水温设定值，T0为所述当前时刻的水温，Kp为预设比例系数，Kd为预设微分系数，ΔL(n)为所述第一用水量、ΔL(n-1)为所述第二用水量，DT为预设比例微分控制周期。
在本申请一些实施例中，基于所述负荷率控制所述电加热器，具体为：
判断所述负荷率是否不小于预设负荷率；
若是，开启所述电加热器；
若否，关闭所述电加热器。
在本申请一些实施例中，所述热泵热水机组还包括线控器，所述水温设定值是从所述线控器获取的。
与现有技术相比，在包括室外机、水泵、水箱和控制器的热泵热水机组中，所述水箱中还包括：水位传感器，用于检测所述水箱的水位；温度传感器，用于检测所述水箱的水温；电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热，控制器被配置为：基于预设采样间隔对所述水位和所述水温进行采样，并根据对应的采样结果确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位；根据当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率；基于所述负荷率控制所述电加热器，通过在水箱中设置加热器，可以减少热泵的数量，虽然电加热器耗电量大，但因为实际热水需求量大部分都处于最大需求量的50％左右，使用电加热器的时间比较少，降低了成本，并基于负荷率控制该电加热器，在机组能力不够的时候，及时开启电加热给水箱中的水加热，满足了用户热水的最大需求量，提高了用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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示出了本发明实施例提出的一种热泵热水机组的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中一种热泵热水机组的控制方法的流程示意图；
图3示出了本发明另一实施例中一种热泵热水机组的控制方法的流程示意图。
标号说明：①、压缩机②、热交换器③、电子膨胀阀EVO④、过滤器⑤、高压压力开关⑥、低压压力开关⑦、分流器⑧、检测接头⑨、四通阀⑩、循环水泵水-冷媒热交换器板式换热器/>电子膨胀阀EVB/>过滤器/>气液分离器/>流量阀。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请实施例中，热泵热水机组通过使用压缩机、水-冷媒热交换器、冷凝器、膨胀阀和蒸发器来执行热泵热水机组的制热循环。室外机采用水源换热，通过循环水泵从水箱侧抽水，流量阀控制流量，然后进入水-冷媒热交换器与室外机的冷媒系统换热。
水-冷媒热交换器，在室外机中的换热器制冷运行时，使热源水和冷媒进行热交换来发挥使冷媒冷凝的冷凝器的功能。水-冷媒热交换器可在室外机中的换热器制冷运行时使在四通阀中流动的冷媒与热源水进行热交换而冷凝。在水-冷媒热交换器上可形成有使冷媒一边通过一边冷凝的冷媒热交换流路、使热源水一边通过一边被加热的热源水热交换流路。水-冷媒热交换器可以是板式换热器或者是套管换热器。
热交换器可使在膨胀机构中流动的冷媒与空气进行热交换而蒸发。热交换器可通过用于将空气吹送至热交换器的风扇使冷媒与空气进行热交换。
在本申请实施例中，如图1所示，所述热泵热水机组包括：
室外机，包括压缩机①，进行将低温低压冷媒气体压缩成高温高压冷媒气体并排至冷凝器的工作；热交换器②，作为蒸发器进行工作；水-冷媒热交换器使冷媒与热源水进行热交换而冷凝；
水箱，基于热源水流路与所述水-冷媒热交换器连接，并通过水泵向用户供水，所述水箱中还包括：水位传感器，用于检测所述水箱的水位；温度传感器，用于检测所述水箱的水温；电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热。水箱里的水由水泵循环到室外机的水-冷媒热交换器/>与室外机热泵系统进行热量交换，水箱里的电加热器可由室外机控制开启或者关闭，热水通过水泵输送到用户，供水系统通过补水阀连接到水箱。
该热泵热水机组的控制器，被配置为：
基于预设采样间隔对所述水位和所述水温进行采样，并根据对应的采样结果确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位；
根据当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率；
基于所述负荷率控制所述电加热器。
本实施例中，控制器基于预设采样间隔接收水箱中的水位传感器和温度传感器的检测信号，对水箱的水位和水温进行采样，确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位，然后根据当前时刻的水温设定值，当前时刻的水温，当前时刻的水位和前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率，并基于负荷率控制水箱中的加热器。
本领域技术人员可根据实际情况选择不同的预设采样间隔，这并不影响本申请的保护范围。
为了确定准确的负荷率，在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
根据所述前一时刻的水位和所述当前时刻的水位的差值确定第一用水量；
根据所述第一用水量、第二用水量、所述水温设定值和所述当前时刻的水温确定所述负荷率；
其中，所述第二用水量为前一时刻与所述第一用水量对应的用水量。
本实施例中，根据前一时刻的水位和当前时刻的水位的差值确定第一用水量，并将前一时刻与该第一用水量对应的用水量作为第二用水量，根据第一用水量、第二用水量、水温设定值和当前时刻的水温可确定负荷率。
需要说明的是，以上实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据当前时刻的水温设定值，当前时刻的水温，当前时刻的水位和前一时刻的水位确定负荷率的配置方式均属于本申请的保护范围。
为了确定准确的负荷率，在本申请优选的实施例中，所述控制器还具体被配置为：
根据公式一确定所述负荷率，所述公式一具体为：
LF＝(Ts—T0)(Kp·ΔL(n)+Kd·(ΔL(n)—ΔL(n-1))/DT)
其中，LF为所述负荷率，Ts为所述水温设定值，T0为所述当前时刻的水温，Kp为预设比例系数，Kd为预设微分系数，ΔL(n)为所述第一用水量、ΔL(n-1)为所述第二用水量，DT为预设比例微分控制周期。
需要说明的是，以上实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据第一用水量、第二用水量、水温设定值和当前时刻的水温确定所述负荷率的配置方式均属于本申请的保护范围。
为了准确控制电加热器，在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
判断所述负荷率是否不小于预设负荷率；
若是，开启所述电加热器；
若否，关闭所述电加热器。
本领域技术人员可根据需要灵活确定不同的预设负荷率，这并不影响本申请的保护范围。
为了可靠获取水温设定值，在本申请一些实施例中，所述热泵热水机组还包括线控器，所述水温设定值是从所述线控器获取的。
可选的，控制器也可预选存储该水温设定值。
通过应用以上技术方案，在包括室外机、水泵、水箱和控制器的热泵热水机组中，所述水箱中还包括：水位传感器，用于检测所述水箱的水位；温度传感器，用于检测所述水箱的水温；电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热，控制器被配置为：基于预设采样间隔对所述水位和所述水温进行采样，并根据对应的采样结果确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位；根据当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率；基于所述负荷率控制所述电加热器，通过在水箱中设置加热器，可以减少热泵的数量，降低了成本，并基于负荷率控制该电加热器，在机组能力不够的时候，及时开启电加热给水箱中的水加热，满足了用户热水的最大需求量，提高了用户体验。
为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。
本申请实施例提出了一种热泵热水机组的控制方法，应用于包括室外机、水泵、水箱和控制器的热泵热水机组中，所述水箱中还包括：水位传感器，用于检测所述水箱的水位；温度传感器，用于检测所述水箱的水温；电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤一，采集水箱实际水温T0，n-1时刻的水位L(n-1)，n时刻的水位L(n)。
基于上述水位传感器和温度传感器采集上述T0、L(n-1)、L(n)。
步骤二，从线控器获取水箱的设定温度Ts；
步骤三，计算负荷率LF；
本步骤中，LF＝(Ts—T0)(Kp·ΔL(n)+Kd·(ΔL(n)—ΔL(n-1))/DT)
其中，ΔL(n)＝L(n-1)—L(n)，ΔL(n)是n时刻的用水量，LF是负荷率，Ts是水箱设定温度，T0是当前水箱实际温度，Kp、Kd是比例微分PD控制常数，通过系统能力实验获得。DT为PD控制周期，(ΔL(n)—ΔL(n-1))/DT是用水量的变化趋势，正值表明用水量在呈增大趋势，负值表明用水量在呈减小趋势。
步骤四，判断是否LF＞LF设定，若是执行步骤五，否则执行步骤六。
LF设定为预设负荷率。
步骤五，开启电加热器。
LF＞LF设定，说明当前负荷率较高，需要开启电加热器。
步骤六，关闭电加热器。
LF≤LF设定，说明当前负荷率较低，不需要开启电加热器。
与本申请实施例中的热泵热水机组相对应，本申请实施例还提出了一种热泵热水机组的控制方法，应用于包括室外机、水泵、水箱和控制器的热泵热水机组中，所述水箱中还包括：水位传感器，用于检测所述水箱的水位；温度传感器，用于检测所述水箱的水温；电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热，如图3所示，所述方法包括：
步骤S301，基于预设采样间隔对所述水位和所述水温进行采样，并根据对应的采样结果确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位；
本领域技术人员可根据实际情况选择不同的预设采样间隔，这并不影响本申请的保护范围。
步骤S302，根据当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率；
为了确定准确的负荷率，在本申请一些实施例中，根据所述当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率，具体为：
根据所述前一时刻的水位和所述当前时刻的水位的差值确定第一用水量；
根据所述第一用水量、第二用水量、所述水温设定值和所述当前时刻的水温确定所述负荷率；
其中，所述第二用水量为前一时刻与所述第一用水量对应的用水量。
需要说明的是，以上实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据当前时刻的水温设定值，当前时刻的水温，当前时刻的水位和前一时刻的水位确定负荷率的方式均属于本申请的保护范围。
为了获取准确的水温设定值，在本申请一些实施例中，所述热泵热水机组还包括线控器，所述水温设定值是从所述线控器获取的。
为了确定准确的负荷率，在本申请优选的实施例中，根据所述第一用水量、第二用水量、所述水温设定值和所述当前时刻的水温确定所述负荷率，具体为：
根据公式一确定所述负荷率，所述公式一具体为：
LF＝(Ts—T0)(Kp·ΔL(n)+Kd·(ΔL(n)—ΔL(n-1))/DT)
其中，LF为所述负荷率，Ts为所述水温设定值，T0为所述当前时刻的水温，Kp为预设比例系数，Kd为预设微分系数，ΔL(n)为所述第一用水量、ΔL(n-1)为所述第二用水量，DT为预设比例微分控制周期。
需要说明的是，以上实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据第一用水量、第二用水量、水温设定值和当前时刻的水温确定所述负荷率的方式均属于本申请的保护范围。
步骤S303，基于所述负荷率控制所述电加热器。
为了准确的控制电加热器，在本申请一些实施例中，基于所述负荷率控制所述电加热器，具体为：
判断所述负荷率是否不小于预设负荷率；
若是，开启所述电加热器；
若否，关闭所述电加热器。
本领域技术人员可根据需要灵活确定不同的预设负荷率，这并不影响本申请的保护范围。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种热泵热水机组，其特征在于，包括：
室外机，包括压缩机，进行将低温低压冷媒气体压缩成高温高压冷媒气体并排至冷凝器的工作；热交换器，作为蒸发器进行工作；水-冷媒热交换器，使冷媒与热源水进行热交换而冷凝；
水箱，基于热源水流路与所述水-冷媒热交换器连接，并通过水泵向用户供水，所述水箱中还包括：水位传感器，用于检测所述水箱的水位；温度传感器，用于检测所述水箱的水温；电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热；
控制器，被配置为：
基于预设采样间隔对所述水位和所述水温进行采样，并根据对应的采样结果确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位；
根据当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率；
基于所述负荷率控制所述电加热器；
所述控制器具体被配置为：
根据所述前一时刻的水位和所述当前时刻的水位的差值确定第一用水量；
根据所述第一用水量、第二用水量、所述水温设定值和所述当前时刻的水温确定所述负荷率；
其中，所述第二用水量为前一时刻与所述第一用水量对应的用水量；
所述控制器还具体被配置为：
根据公式一确定所述负荷率，所述公式一具体为：
LF = （Ts—T0）（Kp·ΔL（n）+ Kd·（ΔL（n）—ΔL（n-1））/DT）
其中，LF为所述负荷率，Ts为所述水温设定值，T0为所述当前时刻的水温，Kp为预设比例系数，Kd为预设微分系数，ΔL（n）为所述第一用水量、ΔL（n-1）为所述第二用水量，DT为预设比例微分控制周期。
2.如权利要求1所述的热泵热水机组，其特征在于，所述控制器具体被配置为：
判断所述负荷率是否不小于预设负荷率；
若是，开启所述电加热器；
若否，关闭所述电加热器。
3.如权利要求1所述的热泵热水机组，其特征在于，所述热泵热水机组还包括线控器，所述水温设定值是从所述线控器获取的。
4.一种热泵热水机组的控制方法，其特征在于，应用于包括室外机、水泵、水箱和控制器的热泵热水机组中，所述水箱中还包括：水位传感器，用于检测所述水箱的水位；温度传感器，用于检测所述水箱的水温；电加热器，用于对所述水箱中的水进行加热，所述方法包括：
基于预设采样间隔对所述水位和所述水温进行采样，并根据对应的采样结果确定当前时刻的水温、当前时刻的水位和前一时刻的水位；
根据当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率；
基于所述负荷率控制所述电加热器；
根据所述当前时刻的水温设定值，所述当前时刻的水温，所述当前时刻的水位和所述前一时刻的水位确定所述热泵热水机组的负荷率，具体为：
根据所述前一时刻的水位和所述当前时刻的水位的差值确定第一用水量；
根据所述第一用水量、第二用水量、所述水温设定值和所述当前时刻的水温确定所述负荷率；
其中，所述第二用水量为前一时刻与所述第一用水量对应的用水量；
根据所述第一用水量、第二用水量、所述水温设定值和所述当前时刻的水温确定所述负荷率，具体为：
根据公式一确定所述负荷率，所述公式一具体为：
LF = （Ts—T0）（Kp·ΔL（n）+ Kd·（ΔL（n）—ΔL（n-1））/DT）
其中，LF为所述负荷率，Ts为所述水温设定值，T0为所述当前时刻的水温，Kp为预设比例系数，Kd为预设微分系数，ΔL（n）为所述第一用水量、ΔL（n-1）为所述第二用水量，DT为预设比例微分控制周期。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述负荷率控制所述电加热器，具体为：
判断所述负荷率是否不小于预设负荷率；
若是，开启所述电加热器；
若否，关闭所述电加热器。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热泵热水机组还包括线控器，所述水温设定值是从所述线控器获取的。
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