一种基于温度曲线的热泵及控制装置、及控制方法与流程

本发明涉及空调控制技术领域，具体为一种基于温度曲线的热泵及控制装置、及控制方法。

背景技术：

空气源热泵在当前节能减排的大环境下已被广泛的推广应用，是国家“煤改电”政策的首选设备。但是空气源热泵需要人为的感知室外温度后，再人为的选择工作模式，在不同的工作模式下，还需要人为的设置回水温度，使得控制系统复杂，对一般家庭用户来说，增加了操作使用困难。

申请号为201220148179.1的中国专利，公开了一种热泵新风集成空调系统，如图1所示，其具有热泵单元1、新风单元2和控制单元，有制热和制冷两种工作模式，但是其模式切换，尤其是每种模式内的温度控制只能通过手工设定的方式进行，自动化程度不高，使用不便，迫切需要加以改进。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种基于温度曲线的热泵及控制装置及其控制方法。综上，本发明的热泵控制装置和热泵控制方法，控制了热泵装置的自动控制运行，操作简单，解决了一般家庭用户操作使用不便的困难。

为实现所述技术目的，本发明的技术方案是：一种基于温度曲线的热泵控制方法，包括以下步骤：

p1：水箱温度和热泵工作模式控制步骤；

p2：根据室外温度设定回水温度的步骤；

p3：根据设定回水温度值和测量回水温度值的大小关系，控制热泵装置间隔工作的步骤。

进一步，所述步骤p1水箱温度和热泵工作模式控制步骤包括以下步骤：

s1：设定水箱温度值t1；

s2：测量当前水箱温度值t2和步骤s1中的水箱温度设定值t1大小关系，在当前水箱温度值t2小于水箱温度设定值t1时，进行步骤s3，否则进行步骤s4；

s3：控制热泵装置工作，进入制热水模式；

s4：室内温度监测，并根据室内温度t3选择热泵装置进入制热模式或制冷模式的一种。

进一步，所述步骤s4是通过不断检测室内温度t3，在室内温度t3大于26℃时，控制热泵装置进入制冷模式；在室内温度t3小于18℃时，控制热泵装置进入制热模式。

进一步，所述步骤p2中根据室外温度控制回水温度的步骤为：检测室外温度t4，根据室外温度t4和回水温度的温度曲线关系，设定回水温度为t5。

进一步，所述室外温度t4和回水温度的温度曲线关系为：

在室外温度小于0℃时，回水温度为t5＝k1*t4+25，其中k1取值范围为-0.5～-0.8；

在室外温度大于20℃，回水温度为t5＝k2*t4+40，其中k2取值范围为-0.5～-0.8；

在室外温度在0～20℃之间时，回水温度t5恒定设置为25℃。

进一步，所述步骤p3中根据设定回水温度值和测量回水温度值的大小关系，控制热泵装置间隔工作的步骤包括制热模式下热泵装置间隔工作控制步骤和制冷模式下热泵装置间隔工作控制步骤；

所述制热模式下热泵装置间隔工作控制步骤包括：

s5：测量回水温度t6，

s6：判断回水温度t6和所述回水温度设定值t5的大小关系，在回水温度t6小于所述回水温度设定值t5时，控制热泵装置工作；

所述制冷模式下热泵装置间隔工作控制步骤包括：

s7：测量回水温度t6,

s8：判断回水温度t6和所述回水温度设定值t5的大小关系，在回水温度t6大于所述回水温度设定值t5时，控制热泵装置工作；

所述步骤s6中，在回水温度t6小于回水温度设定值t5时控制热泵装置工作。

进一步，所述步骤s6中，回水温度t6大于所述回水温度设定值t5至少5℃时，进行步骤p1；

所述步骤s8中，回水温度t6小于所述回水温度设定值t5至少5℃时，进行步骤p1。

一种基于温度曲线的热泵控制装置，包括：热泵装置，热泵控制装置；

所述热泵装置，包括：冷凝器，蒸发器，压缩机；

所述冷凝器、蒸发器、压缩机通过制冷剂管道连接形成回路，且所述冷凝器外连接水；所述蒸发器设置于室外机内，所述冷凝器和压缩机、水箱设置于室内机内；

所述热泵控制装置，包括：室内温度传感器、室外温度传感器、水箱温度传感器、回水温度传感器、中央控制器单元；所述室内温度传感器设置于室内机上，所述室外温度传感器设置于室外机上，所述回水温度传感器设置于水箱和冷凝器之间的连接管道上，所述水箱温度触感器设置于水箱内；所述室内温度触感器、室外温度传感器、水箱温度传感器、回水温度传感器连接至中央控制器单元。

进一步，所述中央控制器单元外设置开关量隔离输出单元并连接继电器，用于控制压缩机的工作状态。

进一步，所述中央控制器单元外设置压力变送单元并连接压力采集单元，用于采集压缩机的工作状态。

作为本发明的优选，所述中央控制器单元外设置键盘，键盘通过键盘扫描单元连接至中央控制器单元，用于设定水箱；

所述中央控制器单元外设置液晶显示单元，用于显示压缩机的工作状态、室内室外温度、水箱温度、回水温度。

本发明的有益效果在于：

1)本发明的热泵控制装置不需要人工操作，根据室内气温，自动控制制热制冷，使得室内气温维持20-26℃的恒温环境。

1)本发明的热泵控制装置，在制冷或制热模式下，不需要人为的感知室外温度后再设置水箱的回水温度，避实现了真正意义上的智能家居系统。

综上，本发明的热泵控制装置和热泵控制方法，控制了热泵装置的自动控制运行，操作简单，解决了一般家庭用户操作使用不便的困难。

附图说明

图1是本发明热泵装置的结构示意图；

图2是本发明室外机的结构示意图；

图3是本发明室内机的结构示意图；

图4是本发明室外温度和回水温度的温度曲线关系图；

图5是本发明热泵控制方法的流程图；

图6是本发明的热泵控制装置的电路模块原理图；

图7是本发明的热泵控制系统的模块示意图。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的实施方式如下：一种基于温度曲线的热泵控制方法，如图5所示，包括以下步骤：

p1：水箱温度和热泵工作模式控制步骤；

p2：根据室外温度设定回水温度的步骤；

p3：根据设定回水温度值和测量回水温度值的大小关系，通过中央控制器单元，控制热泵装置间隔工作的步骤。

进一步，所述步骤p1水箱温度和热泵工作模式控制步骤包括以下步骤：

s1：人工设定水箱温度值t1；

s2：测量当前水箱温度值t2和步骤s1中的水箱温度设定值t1大小关系，在当前水箱温度值t2小于水箱温度设定值t1时，进行步骤s3，否则进行步骤s4；同时，作为本发明的一种优选的实施方式，在当前水箱温度值t2不能达到用户规定的水箱温度设定值t1，尤其是在当前水箱温度值t2小于水箱温度设定值t1至少5℃时，才进行步骤s3。

s3：通过中央控制器单元控制热泵装置工作，冷凝器13不断散热，进入制热水模式，使得水箱温度不断升高至t1，以满足用户对水箱内温度的需求；

s4：室内温度监测，并根据室内温度t3，通过中央控制器单元，选择热泵装置进入制热模式或制冷模式的一种。

进一步，所述步骤s4是通过不断检测室内温度t3，在室内温度t3大于26℃时，控制热泵装置进入制冷模式；在室内温度t3小于18℃时，控制热泵装置进入制热模式,具体的，是通过控制压缩机的工作模式来控制制热或制冷的。根据室内温度进行选择制热或制冷模式，使得室内温度保持在20-26℃的最佳环境温度，达到了自动控制、使用方便的目的。

进一步，所述步骤p2中根据室外温度控制回水温度的步骤为：检测室外温度t4，根据室外温度t4和回水温度的温度曲线关系，设定回水温度为t5。室外温度t4和回水温度的温度曲线关系是室内温度保持在在20-26℃的最佳环境温度下，以室外温度值和回水温度值为变量进行试验得到的。温度的控制技术使得热泵在制热或制冷模式下，使得压缩机间隔工作，达到节能的目的。

进一步，如图4所示，所述室外温度t4和回水温度的温度曲线关系为：

在室外温度小于0℃时(线段③)，回水温度为t5＝k1*t4+25，其中k1取值范围为-0.5～-0.8；优选地，k1可选择为-0.75。

在室外温度大于20℃，(线段①)回水温度为t5＝k2*t4+40，其中k2取值范围为-0.5～-0.8；优选地，k1可选择为-0.75。

在室外温度在0～20℃之间时(线段②)，回水温度t5恒定设置为25℃。

进一步，所述步骤p3中根据设定回水温度值和测量回水温度值的大小关系，控制热泵装置间隔工作的步骤包括制热模式下热泵装置间隔工作控制步骤和制冷模式下热泵装置间隔工作控制步骤；

所述制热模式下热泵装置间隔工作控制步骤包括：

s5：测量回水温度t6，

s6：判断回水温度t6和所述回水温度设定值t5的大小关系，

在回水温度t6小于所述回水温度设定值t5时，控制热泵装置工作，否则热泵装置处于待机状态或进行步骤p1重新检测水箱温度，决定热泵工作状态；

所述制冷模式下热泵装置间隔工作控制步骤包括：

s7：测量回水温度t6,

s8：判断回水温度t6和所述回水温度设定值t5的大小关系，

在回水温度t6大于所述回水温度设定值t5时，控制热泵装置工作；

所述步骤s6中，在回水温度t6小于回水温度设定值t5时控制热泵装置工作。

进一步，所述步骤s6中，回水温度t6大于所述回水温度设定值t5至少5℃时，进行步骤p1，重新检测水箱温度，决定热泵工作在制热水模式、制冷模式、制热模式的至少一种；

所述步骤s8中，回水温度t6小于所述回水温度设定值t5至少5℃时，进行步骤p1。

一种基于温度曲线的热泵控制装置，包括：热泵装置，热泵控制装置；

所述热泵装置，包括：冷凝器13，蒸发器16，压缩机11；

所述冷凝器13、蒸发器16、压缩机11通过制冷剂管道连接形成回路，且所述冷凝器13外连接水箱5；所述蒸发器16设置于室外机7内，所述冷凝器13和压缩机11、水箱5设置于室内机6内；

所述热泵控制装置，包括：室内温度传感器、室外温度传感器、水箱温度传感器、回水温度传感器25、中央控制器单元；所述室内温度传感器设置于室内机6上，所述室外温度传感器设置于室外机7上，所述回水温度传感器25设置于水箱5和冷凝器13之间的连接管道上，所述水箱温度触感器设置于水箱5内；所述室内温度触感器、室外温度传感器、水箱温度传感器、回水温度传感器25连接至中央控制器单元。

冷凝器13通过循环泵24连接水箱5。

如图1，2，3所示，本发明中所述的热泵装置，包括：热泵单元1、新风单元2和控制单元。热泵单元1包括用管道连接的压缩机11、四通阀12、冷凝器13、膨胀阀15和蒸发器16。新风单元2包括用于室内排出废气与室外引入新鲜空气换热的第一热交换器21、第二热交换器22和第三热交换器23。冷凝器13与膨胀阀15之间设有一个第四热交换器14，冷凝器13流出的制冷流体分成两条支路，一路经第四热交换器14进入膨胀阀15，另一路经电磁阀17、膨胀阀18进入第四热交换器14，然后进入新风单元的第三热交换器，吸收排出废气中的余热后返回至压缩机11的蒸汽注入口19。冷凝器13释放的热量经由分流器3后分为两路，一路进入第二热交换器22与室外引入的新鲜空气换热，另一路作为加热输出端4。蒸发器16设有风扇10，第二热交换器和第三热交换器均设有风扇，压缩机11采用涡轮式压缩机。

在制热模式下，由压缩机11压缩后的高压高温液态制冷剂经由冷凝器13后成为高压常温液态。然后分为两部分：一部分经第四热交换器14和膨胀阀15后进入蒸发器16，吸收室外空气中的热量返回经四通阀12进入压缩机11。另一路经电磁阀17，膨胀阀18进入第四热交换器14进一步冷却制冷剂，然后进入新风单元中第三热交换器23吸收废气中的余热后返回至压缩机的蒸汽注入口19进入压缩循环。经由冷凝器13释放的热量经由分流器3后分为两路，一路加热后的制冷剂经由热交换器第二热交换器22加热新风机的输入新鲜空气，另一路则经由分流器3输出作为加热输出端4。加热输出端4可以与一分流器25连接，用于与热水水箱5、地板加热装置和或暖气片连接。

在制冷模式下，压缩机11输出的制冷剂经由四通阀12进入蒸发器16(此时作为冷凝器用)与室外释放热量，然后经由膨胀阀15和第四热交换器14返回冷凝器13(此时为蒸发器)吸收热量后返回至压缩机11。在制冷模式，电磁阀17是关闭的，所以补气增晗功能被屏蔽。制冷剂冷却输入的新风实现空调功能，同时加热输出端4关闭。当热水加热启动，热泵进入加热模式，电磁阀17关闭。分流阀3关闭新风机的制冷回路，而开通加热热水水箱。在除霜模式，见图2，压缩机11输出的制冷剂经由四通阀12进入蒸发器16(此时为冷凝器用)与室外释放热量，然后经由膨胀阀15和第四热交换器14返回冷凝器13(此时为蒸发器)吸收热量后返回至压缩机11。在除霜模式，电磁阀17是关闭的，所以补气增晗功能被屏蔽。同时分流器3置于加热输出端，吸收热水水箱的热量消除蒸发器16的霜冻，系统制冷回路关闭。

进一步，如图6所示，所述中央控制器单元外设置开关量隔离输出单元并连接继电器，用于控制压缩机11的工作状态。

进一步，所述中央控制器单元外设置压力变送单元并连接压力采集单元，用于采集压缩机11的工作状态。

作为本发明的优选，所述中央控制器单元外设置键盘，键盘通过键盘扫描单元连接至中央控制器单元，用于设定水箱5；

所述中央控制器单元外设置液晶显示单元，用于显示压缩机11的工作状态、室内室外温度、水箱温度、回水温度。

其中室内温度传感器、室外温度传感器、水箱温度传感器、回水温度传感器均采用pt100温度传感器，并通过can总线连接至中央处理器单元，用来定时采集热泵机组各测量点的温度值；多路压力采集单元外接由压力变送器给出的4-20ma或0-5v标准信号，用来定时采集、压缩机的高压压力值和低压压力值；开关量隔离输入单元外接热泵机组的开关量信号，用来实时采集反映热泵机组各关键部件运行状态的开关量信号；开关量隔离输出单元通过继电器来控制压缩机、电磁阀、风机、水泵等电气部件；键盘输入单元(包括键盘和键盘扫描单元)与液晶显示单元作为控制器的人机界面；电源单元将220v的交流电经过滤波后，通过变压器降压以及整流、滤波和稳压处理后，为控制器其它单元供电。

如图7所示，本发明还提供了一种热泵控制系统，根据热泵机组控制器的控制点以及需要检测的温度和压力值，并与温度曲线控制的策略相结合开发全新的自动控制方式，当系统开启的时候，首先出现主界面供选择各项功能。各项功能大致分为参数设定(如系统设定、系统时间设定、密码设定等)和参数查询(如运转状况)两个大类。每个大类里面又有相应的更为细致的功能设置或参数设置。在主界面上进入每个一级选项都要输入密码，只有密码正确才可以进入下一级菜单进行设置。同时在主界面上还有一个单独的密码设定选项，用来设定密码或者更改密码。进入设置界面后，通过上下键来选择各个选项，确定后就可以进行参数设定或者查看系统工作时的各个部分的参数。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。