[发明专利]变频双级压缩热泵热水器动态加热频率优化及控制方法

权利要求书

1.一种变频双级压缩热泵热水器动态加热频率优化及控制方法，变频双级压缩热泵热水器包括低压级变频压缩机（1）、低压级变频压缩机排气温度传感器（2）、高压级定频压缩机（3）、高压级压缩机排气温度传感器（4）、控制器（5）、水箱传感器（6）、水箱（7）、冷凝器（8）、高压级电子膨胀阀（9）、中间冷却器温度传感器（10）、中间冷却器（11）、低压级电子膨胀阀（12）、蒸发器（13）及室外温度传感器（14）；其特征在于：变频双级压缩热泵热水器进行动态加热运行，即在用户用热水过程中热泵热水器同时进行加热运行，在整个动态加热运行过程中，对低压级变频压缩机（1）的工作频率优化调节，同时对制冷系统低压级电子膨胀阀（12）、高压级电子膨胀阀（9）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；低压级变频压缩机（1）的工作频率优化调节方法和低压级电子膨胀阀（12）及高压级电子膨胀阀（9）的开度控制方法如下：

（a）确定热泵热水器动态加热基准工况，包括室外环境温度T_W及相对湿度φ，水箱（7）的设定上限温度T_S、下限温度T_X、进冷水温度及用热水温度，额定用水量；

（b）建立热泵热水器随室外环境温度T_O、水箱（7）的实际温度T及低压级变频压缩机（1）的工作频率f变化，以最佳瞬时能效比EER为目标的低压级电子膨胀阀（12）及高压级电子膨胀阀（9）的开度组合表；

（c）分段设定低压级变频压缩机（1）的工作频率f：根据水箱（7）的设定上限水温T_S与下限水温T_X之差，将这一温差分成n个温度段，n≥2，在各温度段低压级变频压缩机（1）采用不同的分段工作频率f_i；

（d）根据水箱（7）的温差分段情况，各温度段低压级变频压缩机（1）的分段工作频率f_i按等差数列分布，得到各温升段频率f_i的计算公式Ⅰ：f_i=f_g-(f_g-f_d)(i-1)/(n-1)，计算公式Ⅰ中，f_g为整个运行过程中低压级变频压缩机（1）的最高频率值；f_d为整个运行过程中低压级变频压缩机（1）的最低频率值；i表示从初始加热开始对应的各升温段，i=1,2,...,n；

（e）以热泵热水器整个动态运行过程中总能耗最小为目标，通过实验得到在基准工况下，低压级变频压缩机（1）的最高频率f_g和最低频率f_d，根据计算公式Ⅰ得到各温度段对应的低压级变频压缩机（1）的工作频率f_i；

（f）当热泵热水器实际运行工况偏离基准工况时，根据实际室外环境温度T_O来修正水箱（7）各温度段对应的低压级变频压缩机（1）的分段工作频率f_i；实际运行工况低压级变频压缩机（1）的实际工作频率g_i按公式Ⅱ：g_i=kf_i进行修正,不同的室外环境温度T_O对应不同的k,通过实验得到；

（g）在水箱（7）的水温下降和上升过程中，低压级变频压缩机（1）的工作频率均按公式Ⅱ计算得到的实际工作频率g_i工作；

（h）因变频压缩机稳定工作的频率范围为20Hz-100Hz，如按公式Ⅱ得到的各温度段低压级变频压缩机（1）的实际工作频率g_i中出现小于20Hz的温度段，该温度段低压级变频压缩机（1）的工作频率按20Hz运行；如出现大于100Hz的温度段，则该温度段低压级变频压缩机（1）的工作频率按100Hz运行；

热泵热水器运行过程中，控制器（5）根据室外环境温度T_O、水箱（7）的实际温度T及低压级变频压缩机（1）的工作频率f，按照低压级电子膨胀阀（12）及高压级电子膨胀阀（9）的开度组合表调节低压级电子膨胀阀（12）及高压级电子膨胀阀（9）的开度。