变频喷气增焓热泵热水器频率调节及控制方法
【技术领域】
[0001]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调节及控制方法。
【背景技术】
[0002]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。目前，变频喷气增焓热泵热水器采用的压缩机频率调节方法是以水箱目标温度与水箱即时温度的差值作为反馈对象，即当两者温差大于某一值时，压缩机尽可能的以高频率运行以提高产热量(升温运行)，缩短加热时间，当两者温差小于某一值时，动态调整压缩机频率，使水箱温度稳定在目标温度范围内(稳定运行)，其制冷系统主电子膨胀阀和辅电子膨胀阀的开度控制以最佳能效比为目标进行控制。从图1所示的空气源热泵产热量、能效比与压缩机频率的动态关系图可以看出，空气源热泵热水器产热量随压缩机频率提高而增加，但其能效比呈抛物线变化趋势，当压缩机频率高于某一频率时，能效比随压缩机频率提高而下降，在低于这一频率时，能效比随压缩机频率下降而下降，显然目前的频率调节方法中，空气源热泵热水器在升温运行过程中远偏离最佳能效比频率点，而在稳定运行时，也同样偏离最佳能效比频率点，使得变频技术的节能优势未能充分发挥。实际上用户在使用热泵热水器时，大部分时间不需要及时使用，而是提前开启热泵热水器，这就是说当用户不是急需热水时，应兼顾产热量和能效比来调节压缩机频率，在满足用户用热需求的前提下，尽可能以接近最佳能效比频率点频率运行。但用户的用热需求动态变化，热泵热水器的最佳能效比频率点也随环境温度和水箱温度动态变化。另一方面，在频率动态变化、热泵产热量动态变化时，制冷系统的主电子膨胀阀和辅电子膨胀阀必须有与之适应的控制方法才能使系统发挥出更好的性能。
【发明内容】
[0003]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调节及控制方法，其可根据用户用热需求和热泵热水器室外环境温度、水箱实际温度动态调节变频压缩机频率，同时调节制冷系统主电子膨胀阀和辅电子膨胀阀的开度，使热泵热水器尽可能接近最佳能效比运行，实现节能目的。
[0004]为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是变频喷气增焓热泵热水器频率调节及控制方法，其特征在于热泵热水器有快速和节能两种运行模式，调节步骤如下:
(a)当用户选择快速模式时，热泵热水器通过控制器、室外环境温度传感器和水箱温度传感器检测到室外环境温度T1和水箱实际温度!^的温度，以水箱实际水温T2为反馈对象对压缩机频率进行调节，当水箱实际水温T2与设定水温T相差较大时，热泵热水器以最高频率工作，当水箱实际水温T2接近设定水温T时，热泵热水器降低至最佳能效比频率点工作，此最佳能效比频率点由根据实验得出的最佳能效比频率点与室外环境温度T1、水箱实际温度T2的关系式确定并随室外环境温度T 1、水箱实际温度T2动态变化，当水箱实际水温T 2达到设定温度T时停机；
(b)当用户选择节能模式时，用户输入用水时间t和设定水温T，热泵热水器控制器检测当前水箱实际温度T2，计算出用水时间t内所需总产热量，根据控制器内置的热泵热水器最佳能效比频率点与室外环境温度T1、水箱实际温度T2的关系式以及热泵热水器瞬时产热量与室外环境温度T1、水箱实际温度1~2的关系式，预测计算出按最佳能效比频率点工作在到达用水时间t时的产热量，如预测总产热量大于所需总产热量，则热泵热水器开机后始终按根据实时检测的室外环境温度T1、水箱实际温度T2而计算出的最佳能效比频率点进行工作，直至达到设定水温T停机；如预测总产热量小于所需总产热量，控制器则根据所需总产热量与预测总产热量的比值，在最佳能效比频率点的基础上提高实际工作频率，从而提高热泵热水器产热量，在设定时间t内达到用户设定温度T，这样兼顾了热泵热水器产热量和能效比，从而实现最大程度的节能；
(C)在根据前述(a)、(b)所属的频率调节方法进行工作时，根据实验得到的随压缩机频率、室外环境温度T1、水箱实际温度T/变化，以最佳能效比为目标的主电子膨胀阀、辅电子膨胀阀的开度组合表，对主电子膨胀阀、辅电子膨胀阀的开度进行调节；
Cd)热泵热水器允许的最高频率随室外环境温度！\和水箱实际温度T 2而变化，可以通过实验的方法确定并以函数式或列表方式预置在控制器内；同时通过排气温度传感器检测压缩机的排气温度！^来限制压缩机最高工作频率，以保护压缩机；当压缩机在根据前述
(a)、(b)所述的频率调节方法进行工作时，在压缩机的排气温度!^超过允许限值时，压缩机工作频率自动降低到压缩机的排气温度1~3允许限值的频率点工作；同样，由于压缩机不能长期在压缩机限制的低频率下工作，在压缩机实际工作频率低于该极限频率时，压缩机将以该极限频率工作，从而保证热泵热水器使用的可靠性和安全性。
[0005]所述压缩机为变频压缩机、变容量压缩机或直流调速压缩机。
[0006]本发明与现有技术相比主要优点为:使变频喷气增焓热泵热水器尽可能的在接近最佳能效比频率点的频率工作，同时以最佳能效比为目标对主、辅电子膨胀阀的开度进行控制，节约能源。
【附图说明】
[0007]图1是本发明实施的变频喷气增焓空气源热泵产热量、能效比与压缩机频率的关系图；
图2是本发明的变频喷气增焓空气源热泵系统原理图；
图3是本发明的调节及控制方法控制框图。
【具体实施方式】
[0008]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0009]空气源热泵热水器包括压缩机1、排气温度传感器2、控制器3、水箱温度传感器4、储水箱5、冷凝器6、辅电子膨胀阀7、经济器8、主电子膨胀阀9、蒸发器10及室外温度传感器11。在本实施例中，压缩机I为变频压缩机，也可根据实际情况压缩机I采用变容量的压缩机或采用直流调速压缩机；变频喷气增焓热泵热水器可以是以水、地热为热源。
[0010]能效比EER与压缩机I工作频率f、室外环境温度T1、水箱实际温度T2的关系式的确定:通过具体某一型号的热泵热水器性能实验得到不同频率f、不同室外环境温度！\和不同水箱实际温度1~2以及最佳主电子膨胀阀9、辅电子膨胀阀7开度下的能效比EER，通过数学方法回归得到能效比EER与频率f、室外环境温度T1、水箱实际温度1~2的关系式(I):EER=F(f,T1,T2)以及主电子膨胀阀9、辅电子膨胀阀7随频率f、室外环境温度T1、水箱实际温度T2的最佳开度控制表，进而可以得到最佳能效比对应的频率点匕与室外环境温度T P水箱实际温度1~2的关系式(2) Jtl= F(TpT2)以及对应的主电子膨胀阀9、辅电子膨胀阀7的开度控制表，与此同时得到不同频率f、不同室外环境温度T1和不同水箱实际温度T 2下的瞬时产热量q，通过数学方法回归得到瞬时产热量q与频率f、室外环境温度T1、水箱实际温度1~2的关系式(3):q=F(f,T1,T2)。不同型号规格的热泵热水器其上述3个关系式不同。
[0011]如图1至3所示，本发明的热泵热水器有快速和节能两种运行模式，包括如下步骤:
(a)当用户选择快速模式并设定水箱温度T后，热泵热水器通过控制器3、室外环境温度传感器11和水箱温度传感器4采集到室外环境温度！\和水箱实际温度T 2，以水箱实际水温T2为反馈对象对压缩机I频率进行调节，当Λ T ( Λ T=设定水温T-水箱实际水温T 2)^ 5°C时，热泵热水器以最高频率工作(一般<