[发明专利]变频喷气增焓热泵热水器频率动态优化及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及热泵热水器控制方法，特别是一种变频喷气增焓热泵热水器频率优化及控制方法。

背景技术

喷气增焓技术是解决空气源热泵热水器低温环境下制热量及能效比的有效途径。随着变频技术的发展，变频喷气增焓热泵热水器已逐渐开始应用。由于变频喷气增焓热泵热水器在运行过程中压缩机工作频率对热泵热水器能效比影响较大，中国专利文件公开了一种“变频喷气增焓热泵热水器频率调节及控制方法”，其公开号是CN104633942 A，其可根据用户用热需求和热泵热水器室外环境温度、水箱温度动态调节变频压缩机工作频率；其基本原理是使热泵热水器在整个运行过程中每一时刻瞬时能效比尽可能接近该运行工况下的最佳能效比，也即每一时刻瞬时能效比越高，在得到相同总制热量的条件下热泵热水器整个运行过程中总能耗越小。但这一结论成立的条件是整个运行过程中，热泵瞬时制热量必须相等。实际上热泵热水器在运行过程中，由于运行工况的变化以及压缩机频率的变化，导致热泵热水器瞬时制热量变化较大；因此，前述专利文件提出的变频喷气增焓热泵热水器压缩机频率调节方法仍有待优化，也即在变频喷气增焓热泵热水器压缩机频率优化过程中，还需考虑瞬时制热量的变化，才能使热泵热水器整个运行过程总能耗最小。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供的一种变频喷气增焓热泵热水器频率动态优化及控制方法，其可根据用户用热需求和热泵热水器室外环境温度、水箱温度动态调节变频压缩机频率，同时调节制冷系统的主电子膨胀阀和辅电子膨胀阀开度，使热泵热水器整个运行过程总能耗最小，达到节能目的。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种变频喷气增焓热泵热水器频率动态优化及控制方法，变频喷气增焓热泵热水器包括压缩机、排气温度传感器、控制器、水箱温度传感器、水箱、冷凝器、辅电子膨胀阀、经济器、主电子膨胀阀、蒸发器及室外温度传感器；其特征在于：热泵热水器在整个运行过程中，对压缩机的工作频率动态优化调节，同时对制冷系统的主电子膨胀阀及辅电子膨胀阀的开度进行相应控制，使热泵热水器整个运行过程的总能耗最小；压缩机的工作频率动态优化调节方法和主电子膨胀阀及辅电子膨胀阀的开度控制方法如下：

（a）建立热泵热水器随室外环境温度T₁、水箱的实际温度T₂及压缩机的工作频率f变化，以最佳瞬时能效比EER为目标的制冷系统的主电子膨胀阀及辅电子膨胀阀的开度组合表；

（b）建立热泵热水器瞬时制热量q与室外环境温度T₁、水箱的实际温度T₂及压缩机的工作频率f之间的关系式Ⅰ：q=E(T₁,T₂,f)；根据关系式Ⅰ可以得到热泵热水器整个运行时间t内的总制热量Q的表达式Ⅱ：；

（c）建立热泵热水器瞬时能耗p与室外环境温度T₁、水箱的实际温度T₂及压缩机的工作频率f之间的关系式Ⅲ：p=F(T₁,T₂,f)；根据关系式Ⅲ可以得到热泵热水器整个运行时间t内的总能耗P的表达式Ⅳ：；

（d）用户设定用水的具体时刻t₀和水箱水温T，控制器检测当前水箱的实际温度T₂，计算出所需总制热量Q，以热泵热水器整个运行过程总能耗P最小作为目标值，根据表达式Ⅱ及表达式Ⅳ计算得到整个运行过程中压缩机的工作频率f随运行时间t变化的关系式Ⅴ：f=F(t)，热泵热水器在整个运行时间t内按关系式Ⅴ动态调节压缩机的工作频率f；

（e）热泵热水器运行过程中，控制器根据室外环境温度T₁、水箱的实际温度T₂及压缩机的工作频率f，按照主电子膨胀阀及辅电子膨胀阀的开度组合表动态调节主电子膨胀阀及辅电子膨胀阀的开度。

在本技术方案中，在热泵热水器整个运行过程中，对关系式Ⅴ进行简化得到一种分温度段、非连续的压缩机的工作频率简化调节方法，具体方法如下：

（a）分段设定压缩机的工作频率f：根据水箱的设定水温T与初始水温T₀之差，将升温过程分成n段，n≥2，每段温升范围为2-15℃优选温升为5℃，在每个温升段压缩机采用不同的工作频率f_i；