本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种热水热泵系统的制热控制方法、装置及系统。
背景技术
热水热泵系统是一种利用以空气、地下水、地表水为低温热源，以冷媒为传热介质，采用蒸汽压缩热泵技术进行加热生活热水的热水供应系统。热水热泵系统室外机中设置有高压储液器、蒸发器以及将两者连接至压缩机的液管，室内机中设置冷媒换热器用于冷媒与冷水的热交换以对冷水加热。
理论上，热水热泵系统中冷媒对外部介质的散热过程应该只发生在冷媒换热器中，以最大程度保证热水热泵系统的制热效率。然而，实际情况中，因系统设置、控制策略不当，当系统设置、控制策略控制热水热泵系统在较低的室外温度以及较高的出水温度环境下运行时，上述散热过程还发生在室外的高压储液器以及蒸发器等冷媒换热器以外的其它部件中，导致热水热泵系统出现漏热情况，尤其，当压缩机的吸气压力较低以及排气压力较高时，漏热情况更加严重，降低了热水热泵系统的制热效率。
技术实现要素：
本发明的实施例提供一种热水热泵系统的制热控制方法、装置及系统，能够降低热水热泵系统中冷媒在冷媒换热器以外的其它部件的漏热，提高热水热泵系统的制热效率。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供一种热水热泵系统的制热控制方法，其中，热水热泵系统包括室内机以及室外机，室内机包括与室外机连接的冷媒换热器，室外机包括压缩机以及蒸发器，其中蒸发器的膨胀阀用于控制经蒸发器流至压缩机吸气口的冷媒的流量；该方法包括：根据压缩机的当前排气压力以及冷媒换热器的出水温度，确定膨胀阀的目标开度变化值；根据目标开度变化值调整膨胀阀的当前开度值至目标开度值，以将压缩机的当前排气压力调整为目标排气压力；其中，目标排气压力对应的饱和温度高于冷媒换热器的出水温度。
在本发明实施例提供的热水热泵系统的制热控制方法中，能够将压缩机的当前排气压力与冷媒换热器的出水温度进行关联，根据压缩机的当前排气压力以及冷媒换热器的出水温度，确定蒸发器的膨胀阀的目标开度变化值，然后通过控制膨胀阀的开度值来控制压缩机的排气压力，即根据上述目标开度变化值将上述膨胀阀的当前开度值调整至膨胀阀的目标开度值，以对应将压缩机的当前排气压力调整为压缩机的目标排气压力，其中目标排气压力的饱和温度高于冷媒换热器的出水温度，例如，当膨胀阀的开度值较大时，压缩机的排气压力降低，可能造成饱和温度降低，为避免饱和温度低于冷媒换热器的出水温度，可以调小膨胀阀的开度值；而当膨胀阀的开度值较小时，压缩机的排气压力较高，室外机蒸发器中冷媒的蒸发温度较低，系统冷媒循环量降低，制热能效(即制热效率)降低，因此此时可以调大膨胀阀的开度值，维持目标排气压力的饱和温度高于冷媒换热器的出水温度。
第二方面，提供一种热水热泵系统的制热控制装置，其中，热水热泵系统包括室内机以及室外机，室内机包括与室外机连接的冷媒换热器，室外机包括压缩机以及蒸发器，其中蒸发器的膨胀阀用于控制经蒸发器流至压缩机吸气口的冷媒的流量；其特征在于，装置包括：确定模块，用于根据压缩机的当前排气压力以及冷媒换热器的出水温度，确定膨胀阀的目标开度变化值；控制模块，用于根据确定模块确定的目标开度变化值调整膨胀阀的当前开度值至目标开度值，以将压缩机的当前排气压力调整为目标排气压力；其中，目标排气压力对应的饱和温度高于冷媒换热器的出水温度。
第三方面，提供一种热水热泵系统的制热控制装置，包括通信接口、处理器、存储器、总线；所述存储器用于存储计算机执行指令，所述处理器与所述存储器通过所述总线连接，当所述热水热泵系统的制热控制装置运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以使所述热水热泵系统的制热控制装置执行上述第一方面的方法。
第四方面，提供一种计算机存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行如上述第一方面的方法。
第五方面，提供一种热水热泵系统，包括室内机、室外机以及如第二方面或第三方面所述的热水热泵系统的制热控制装置。
可以理解地，上述提供的任一种热水热泵系统、热水热泵系统的制热控制装置或计算机存储介质均用于执行上文所提供的第一方面对应的方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文第一方面的方法以及下文具体实施方式中对应的方案的有益效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为用于实现本发明实施例提供的一种热水热泵系统的制热控制方法的热水热泵系统的示意性结构图；
图2为本发明实施例提供的一种热水热泵系统的制热控制方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例提供的另一种热水热泵系统的制热控制方法的步骤流程图；
图4为本发明实施例提供的另一种热水热泵系统的制热控制方法中的目标开度变化值判断流程图；
图5为本发明实施例提供的再一种热水热泵系统的制热控制方法的步骤流程图；
图6为本发明实施例提供的一种热水热泵系统的制热控制装置的示意性结构图；
图7为本发明实施例提供的一种热水热泵系统的制热控制装置的示意性结构图。
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作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。术语“第一”和“第二”等的使用不表示任何顺序，可将上述术语解释为所描述对象的名称。在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明的实施例基于热水热泵系统，提供了一种热水热泵系统的控制方法，在介绍本发明实施例之前，首先对用于实现本发明实施例的热水热泵系统进行简单介绍。其中，一种典型的热水热泵系统如图1所示，包括室内机110以及室外机120。如图1所示，室内机110包括9-冷媒换热器；室外机120包括：1-压缩机，2-气液分离器，3-过滤器，4-第一膨胀阀，5-蒸发器，6-四通阀，7-气侧截止阀，8-液侧截止阀，10-高压储液器，11-换热器，12-第二膨胀阀。其中，对上述各部分结构的连接关系描述如下：
其中，压缩机1优选采用补气增焓压缩机，压缩机1包括排气口、吸气口以及补气口，其中压缩机1的排气口连接四通阀6的d接口，四通阀6包括四个接口(d接口、e接口、s接口和c接口)，当热水热泵系统工作在制热状态下时，四通阀的d接口与e接口导通，c接口与s接口导通；四通阀的e接口通过气侧截止阀7连接冷媒换热器9的气侧管接口，当气侧截止阀7打开时，压缩机1的排气口输出的高温高压的气态冷媒依次通过四通阀的d接口和e接口输出至冷媒换热器9。冷媒换热器9的液体管接口通过液侧截止阀8连接室外机120中高压储液器10的入液口，当液侧截止阀8打开时，冷媒换热器9中输出的液态冷媒输出至高压储液器10。此外，冷媒换热器9还包括入水口和出水口，在制热状态下，自冷媒换热器9的气侧管接口流入的气态冷媒与自入水口流入的冷水发生热交换，气态冷媒冷凝变为液态冷媒自冷媒换热器9的液体管接口输出。自入水口流入的冷水变为热水自出水口流出。过滤器3设置在高压储液器10与换热器11之间。换热器11包括出液口、入液口以及出气口。其中，冷媒经换热器11的入液口流入并在进入换热器11后分为两部分，一部分通过第二膨胀阀12以热量膨胀的方式进行进一步冷却，并重新回到换热器11中以降低另一部分的温度。其中，经换热器11冷却稳定的液态冷媒通过换热器11的出液口进入蒸发器5，而换热器11中未冷却的气态冷媒依次通过换热器11的出气口以及压缩机1的补气口进入压缩机1继续压缩。从蒸发器5的入液口流入蒸发器5的液态冷媒经过蒸发器5的过冷段以及第一膨胀阀4流至蒸发器5的蒸发段，并通过蒸发器5的出气口以及四通阀的s口和c口流入气液分离器2。气液分离器2的出气口连接压缩机1的吸气口，以将经蒸发器5吸热后转化为气态的冷媒输出至压缩机1，以此完成整个热水热泵系统的制热循环。其中第一膨胀阀4用于控制从蒸发器5的过冷段流至蒸发段的冷媒流量，以控制经蒸发器5流至压缩机1吸气口的冷媒的流量。
其中，在本发明实施例中，室内机110中至少包括冷媒换热器9，室外机120中至少包括高压储液器10、蒸发器5以及用于控制经蒸发器5流至压缩机吸气口的冷媒的流量的第一膨胀阀4。可以理解的是，图1所示热水热泵系统仅是对实现本发明实施例的热水热泵系统的一种示例性的说明，具体实施中，与本发明实施例中室内机110以及室外机120具有相同或者等同结构的热水热泵系统均可看作能够实现本发明实施例的热水热泵系统。
理论上，当热水热泵系统高效运转时，冷媒换热器中的冷媒应始终保持在冷凝状态，以保证流入冷媒换热器中的水能够持续从冷媒中吸热，使热水热泵系统具有较高的制热效率。然而，实际情况中，当热水热泵系统在较低的室外温度以及较高的出水温度环境下运行时，由于高压储液器、以及蒸发器设置在室外，当较低的室外温度的风吹过时会导致压缩机的排气压力降低，进而导致冷媒换热器中冷媒的冷凝温度降低，当冷凝温度接近甚至低于出水温度时，冷媒换热器中的冷媒在换热过程中会出现半冷凝半吸热甚至多吸热少冷凝等部分冷媒吸热的情况，同时冷媒从换热过程中吸热所带走的热量又在室外机中的高压储液器、以及蒸发器中与外界发生热交换，导致热水热泵系统的制热效率较低甚至低于1。例如室外温度-20℃并且出水温度45℃时，热水热泵系统实测的制热效率为0.5，远小于理论最小值1。由此可见，压缩机的排气压力的降低是导致冷媒在冷媒换热器以外的其它部件漏热严重，进而使得热水热泵系统的制热效率降低的根本原因。
下面通过以下实施例对本发明提供的热水热泵系统的制热控制方法进行详细说明。具体地，如图2所示，本发明实施例提供一种热水热泵系统的制热控制方法，包括：
步骤s21：根据压缩机的当前排气压力以及冷媒换热器的出水温度，确定膨胀阀的目标开度变化值。
具体地，本发明实施例通过控制膨胀阀的开度值来控制压缩机的排气压力，以对应控制冷媒在冷媒换热器以外的其它部件中的漏热。当膨胀阀的开度值变化时，压缩机的排气压力随之对应改变。膨胀阀的开度值变化使用膨胀阀的目标开度变化值表示，膨胀阀的目标开度变化值为膨胀阀由当前时刻的开度值变化为下一时刻的开度值的变化值，其用公式表示可以为：
evo(n+1)＝evo(n)+δevo(1)
其中，evo(n)为膨胀阀当前时刻的开度值，evo(n+1)为膨胀阀下一时刻的开度值，δevo为膨胀阀的目标开度变化值。
由于膨胀阀的开度值与压缩机的排气压力之间存在对应关系，在确定膨胀阀的目标开度变化值时，首先确定压缩机的当前排气压力所要达到的目标值(对应步骤s22中的压缩机的目标排气压力)。其中，上述目标值与冷媒换热器的出水温度相关。具体地，每个压缩机的排气压力都有一个与其对应的饱和温度，为了使室外机中的漏热的热量维持在较小值，保证冷媒换热器中冷媒始终保持在冷凝状态，可以以预设方式对冷媒换热器的出水温度进行计算处理，以确定压缩机的当前排气压力所要达到的目标值。具体实施中，上述预设方式可以由本领域技术人员根据实际情况进行设置，本发明对此不作限定。
步骤s22：根据目标开度变化值调整膨胀阀的当前开度值至目标开度值，以将压缩机的当前排气压力调整为目标排气压力；其中，目标排气压力对应的饱和温度高于冷媒换热器的出水温度。
具体地，膨胀阀的当前开度值对应公式(1)中的evo(n),目标开度值对应公式(1)中的evo(n+1)，由公式(1)可知，根据目标开度变化值，将膨胀阀上一时刻的当前开度值调整至膨胀阀当前时刻的目标开度值。以通过控制膨胀阀的开度值来将压缩机的当前排气压力调整至压缩机的目标排气压力。其中，目标排气压力对应的饱和温度高于冷媒换热器的出水温度，能够使冷媒在冷媒换热器以外的其它部件的漏热的热量维持在较小值，冷凝器中冷媒始终保持在冷凝状态。
其中步骤s21具体可采用以下两种方案实施：
方案一：参照图3所示，包括如下步骤：
s31：根据冷媒换热器的出水温度设置至少一个预设温度区间，其中至少一个预设温度区间依次相邻，每个预设温度区间对应一个开度变化值，上述开度变化值按照预设温度区间的升序排列依次增大。
具体地，在设置上述预设温度区间时，可以预先设置一个或多个预设参数，例如，设置d1＞c1＞b1＞a1＞＝1，d2＞c2＞b2＞a2＞＝1，然后根据上述预设参数以及冷媒换热器的出水温度设置依次相邻的至少一个预设温度区间。例如，若冷媒换热器的出水温度为two，则设置依次相邻的预设温度区间具体为：(two+d1,∞),(two+c1,two+d1)(two+b1,two+c1)，(two+a1,two+b1)，(two-a2,two+a1),(two-b2,two-a2),(two-c2,two-b2)，(two-d2,two-c2)，(-∞,two-d2)。其中，每个预设温度区间对应一个开度变化值，上述开度变化值按照预设温度区间的升序排列依次增大。例如，设置开度变化值a1＞b1＞c1＞d1＞0＞a2＞b2＞c2＞d2，a1对应预设温度区间(two+d1,∞)，b1对应预设温度区间(two+c1,two+d1)，c1对应预设温度区间(two+b1,two+c1)…等等依次类推。其中，目标开度变化值的取值包括正值、负值及0。取值的正负对应表示调整方向。0对应的预设温度区间为(two-a2,two+a1)，当开度变化值为0时膨胀阀的开度值不改变，则区间(two-a2,two+a1)为使冷媒在冷媒换热器以外的其它部件中的漏热的热量维持在较小值并保证冷媒换热器中冷媒始终保持在冷凝状态的最适预设温度区间。上述各预设参数的参数值的确定可以由本领域技术人员根据实际情况进行设置，本发明对此不作限定。
s32：判断压缩机的当前排气压力对应的饱和温度所在的目标预设温度区间，将目标预设温度区间对应的开度变化值作为膨胀阀的目标开度变化值。
具体地，如图4所示，压缩机的当前排气压力对应的饱和温度为tc，则可以依次判断压缩机的当前排气压力对应的饱和温度是否属于步骤s31中设置的至少一个预设温度区间，并将压缩机的当前排气压力对应的饱和温度所属的目标预设温度区间对应的开度变化值作为膨胀阀的目标开度变化值。例如，若通过判断确定tc所在的目标预设温度区间为(two+c1,two+d1)，则确定膨胀阀的目标开度变化值为b1。当然，可以理解的是，图4所示的判断过程仅仅是示例性的，当预设温度区间以及与预设温度区间对应的开度变化值增多时，本发明可以根据实际情况对图4所示的判断过程进行对应调整。
方案二：参照图5所示，包括如下步骤：
s51：设置与冷媒换热器的出水温度对应的压缩机的预设目标排气压力；其中，预设目标排气压力对应的饱和温度高于出水温度。
具体地，预设目标排气压力具体为使冷媒换热器中冷媒始终保持在冷凝状态最适的压缩机的排气压力，预设目标排气压力的获取与出水温度相关，并且预设目标排气压力对应的饱和温度高于出水温度。
s52：以压缩机的当前排气压力、压缩机的预设目标排气压力以及出水温度为计算参数，采用pid算法计算膨胀阀的目标开度变化值。
具体地，采用pid算法(proportionintegrationdifferentiation，比例积分微分算法)可以根据如下公式计算膨胀阀的目标开度变化值，δevo＝kp×﹛δtc﹙n﹚-δtc﹙n-1﹚﹜+ki×δtc﹙n﹚×dt+kd×﹛δtc﹙n﹚-2δtc﹙n-1﹚+δtc﹙n-2﹚/dt﹜，δtc＝tc-tc0；
其中，tc0为压缩机的预设目标压力值，tc为压缩机的当前排气压力值，tc﹙n-2﹚、tc﹙n-1﹚、tc﹙n﹚分别为3个相连时刻的压缩机的当前排气压力值，δevo为目标开度变化值，kp、ki以及kd为pid控制常数；dt为pid控制周期。其中，上述各常数的取值范围如下：dt：30秒～300秒；kp：0.5～3；ki：1/300～1/30；kd：0～60。
由此可见，在本发明实施例提供的热水热泵系统的制热控制方法中，能够通过控制膨胀阀的当前开度值来控制压缩机的排气压力，以将压缩机当前排气压力调整至的目标排气压力。其中，目标排气压力对应的饱和温度高于冷媒换热器的出水温度，以此来保证冷媒换热器中的冷媒始终保持在冷凝状态，从而有效防止冷媒携带从加热介质(即加热的水)中吸收的热量在高压储液器以及蒸发器等冷媒换热器以外的其它部件中发生散热热交换；同时，压缩机的排气压力较高导致室外机蒸发器中冷媒的蒸发温度较低，从而进一步导致系统冷媒循环量降低，制热效率降低，因此通过将排气压力控制在适当范围还可以将冷媒循环量控制在适当范围，大大提高热水热泵系统的制热效率。
本发明一实施例提供一种热水热泵系统的制热控制装置60。应用于上述图1提供的热水热泵系统，参照图6所示，热水热泵系统的制热控制装置60包括：
确定模块61，用于根据压缩机的当前排气压力以及冷媒换热器的出水温度，确定膨胀阀的目标开度变化值。
控制模块62，用于根据确定模块61确定的目标开度变化值调整膨胀阀的当前开度值至目标开度值，以将压缩机的当前排气压力调整为目标排气压力；其中，目标排气压力对应的饱和温度高于冷媒换热器的出水温度。
其中，在一种可选的方案中，确定模块61具体用于：根据出水温度设置至少一个预设温度区间，其中至少一个预设温度区间依次相邻，其中每个预设温度区间对应一个开度变化值，其中开度变化值按照预设温度区间的升序排列依次增大；判断压缩机的当前排气压力对应的饱和温度所在的目标预设温度区间，将目标预设温度区间对应的开度变化值作为系统中膨胀阀的开度变化值。
在另一种可选的方案中，确定模块61具体用于：设置与出水温度对应的压缩机的预设目标排气压力，预设目标排气压力对应的饱和温度高于出水温度；以压缩机的当前排气压力、压缩机的预设目标排气压力以及出水温度为计算参数，采用pid算法计算膨胀阀的目标开度变化值。
其中，确定模块61具体用于根据如下公式计算膨胀阀的目标开度变化值，δevo＝kp×﹛δtc﹙n﹚-δtc﹙n-1﹚﹜+ki×δtc﹙n﹚×dt+kd×﹛δtc﹙n﹚-2δtc﹙n-1﹚+δtc﹙n-2﹚/dt﹜，δtc＝tc-tc0。
其中，tc0为压缩机的预设目标压力值，tc为压缩机的当前排气压力值，tc﹙n-2﹚、tc﹙n-1﹚、tc﹙n﹚分别为3个相连时刻的压缩机的当前排气压力值，δevo为目标开度变化值，kp、ki以及kd为pid控制常数；dt为pid控制周期。其中，上述各常数的取值范围如下：dt：30秒～300秒；kp：0.5～3；ki：1/300～1/30；kd：0～60。
上述方法实施例涉及的各步骤的所有相关内容均可以援引到对应功能模块的功能描述，其作用在此不再赘述。
在采用集成的模块的情况下，热水热泵系统的制热控制装置包括：存储单元、处理单元以及接口单元。处理单元用于对热水热泵系统的制热控制装置的动作进行控制管理，例如，处理单元用于支持热水热泵系统的制热控制装置执行图2、3、5中的过程s21、s22、s31、s32、s51、s52。接口单元用于支持热水热泵系统的制热控制装置与其他装置的交互，例如与第一膨胀阀，以及用于检测压缩机的排气压力和冷凝换热器的出水温度的传感器；存储单元，用于存储热水热泵系统的制热控制装置程序代码和数据。
其中，以处理单元为处理器，存储单元为存储器，接口单元为通信接口为例。其中，热水热泵系统的制热控制装置参照图7中所示，包括通信接口701、处理器702、存储器703和总线704，通信接口701、处理器702通过总线704与存储器703相连。
处理器702可以是一个通用中央处理器(centralprocessingunit，cpu)，微处理器，特定应用集成电路(application-specificintegratedcircuit，asic)，或一个或多个用于控制本申请方案程序执行的集成电路。
存储器703可以是只读存储器(read-onlymemory，rom)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)、只读光盘(compactdiscread-onlymemory，cd-rom)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
其中，存储器703用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器702来控制执行。通讯接口701用于用于支持热水热泵系统的制热控制装置与其他装置的交互，例如与第一膨胀阀，以及用于检测压缩机的排气压力和冷凝换热器的出水温度的传感器。处理器702用于执行存储器703中存储的应用程序代码，从而实现本申请实施例中所述的方法。
本发明一实施例提供一种热水热泵系统，热水热泵系统包括：室内机、室外机以及热水热泵系统的制热控制装置。此外，还提供一种计算存储媒体(或介质)，包括在被执行时进行上述实施例中的方法的操作的指令，当指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述的方法实施例。
另外，还提供一种计算机程序产品，包括上述计算存储媒体(或介质)。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。