[發明專利]雙級變頻雙級壓縮熱泵熱水器動態加熱頻率優化及控制方法

在審

• 申請號: 201711021851.4
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107763872A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 吳治將;李東洺;李錫宇;王斯焱;徐言生;彭鶯;陳妙陽
• 申請（專利權）人: 順德職業技術學院
• 主分類號: F25B7/00
• 分類號: F25B7/00;F25B30/02
• 代理公司: 佛山市科順專利事務所44250
• 代理人: 梁紅纓

技術領域

本發明涉及熱泵熱水器控制方法，特別是一種雙級變頻雙級壓縮熱泵熱水器動態加熱頻率優化及控制方法。

背景技術

雙級壓縮熱泵熱水器可在較低的室外環境溫度下制取高溫熱水。低壓級壓縮機和高壓級壓縮機均采用變頻壓縮機的雙級變頻雙級壓縮熱泵熱水器制熱量調節能力及能效比更高。針對低壓級采用變頻壓縮機、高壓級采用定頻壓縮機的變頻雙級壓縮熱泵熱水器，為提高其運行能效比，中國專利公告了“一種變頻雙級壓縮熱泵熱水器動態加熱的控制方法”，專利號是ZL201410759807.3的發明專利；其可根據用戶用熱需求和熱泵熱水器室外環境溫度、水箱溫度調節低壓級壓縮機工作頻率和熱泵制冷的中間溫度；基本原理是使熱泵熱水器在整個運行過程中每一時刻瞬時能效比盡可能接近該運行工況下的最佳能效比，也即每一時刻瞬時能效比越高，在得到相同總制熱量的條件下熱泵熱水器整個運行過程中總能耗越小，但這一結論成立的條件是整個運行過程中熱泵瞬時制熱量必須相等。實際上熱泵熱水器在運行過程中，由于運行工況的變化以及壓縮機頻率的變化，導致熱泵熱水器瞬時制熱量變化較大；因此，前述專利文件提出的變頻雙級熱泵熱水器低壓級壓縮機頻率調節方法仍有待優化，也即在變頻雙級熱泵熱水器低壓級壓縮機頻率優化過程中，還需考慮瞬時制熱量的變化，才能使熱泵熱水器整個運行過程總能耗最小。此外，現有的雙級變頻雙級熱泵熱水器壓縮機頻率調節方法主要基于穩定加熱方式，熱泵在加熱運行過程中，水箱內的水是封閉加熱的，即在此過程中水箱不放熱水，也無冷水進入，水溫始終處于上升狀態。實際上大多數情況下用戶在用水的時候水箱會從外部補充冷水，水箱內水溫會不斷下降，熱泵在加熱過程中水箱水溫是一個先下降后上升的動態過程，也即動態加熱，美國能源部熱泵熱水器能效測試相關標準也是按動態加熱制定的。為此雙級變頻雙級壓縮熱泵熱水器動態加熱過程中，既要考慮瞬時制熱量的變化，也要考慮水箱進出水的情況，對低壓級壓縮機頻率和高壓級壓縮機頻率優化調節，才能使熱泵熱水器整個運行過程總能耗最小。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足而提供的一種變頻雙級壓縮熱泵熱水器動態加熱頻率優化及控制方法，其可根據熱泵熱水器室外環境溫度、水箱溫度和用戶用水情況，在熱泵熱水器動態加熱過程中優化低壓級變頻壓縮機工作頻率，同時根據熱泵熱水器制冷系統最佳中間溫度，調節高壓級變頻壓縮機工作頻率，使熱泵熱水器整個運行過程總能耗最小，達到節能目的。

為了達到上述目的，本發明是這樣實現的，其是一種雙級變頻雙級壓縮熱泵熱水器動態加熱頻率優化及控制方法，雙級變頻雙級壓縮熱泵熱水器包括低壓級變頻壓縮機、低壓級壓縮機排氣溫度傳感器、高壓級變頻壓縮機、高壓級壓縮機排氣溫度傳感器、控制器、水箱傳感器、水箱、冷凝器、高壓級電子膨脹閥、中間冷卻器溫度傳感器、中間冷卻器、低壓級電子膨脹閥、蒸發器及室外溫度傳感器；其特征在于：雙級變頻雙級壓縮熱泵熱水器進行動態加熱運行，即在用戶用熱水過程中熱泵熱水器同時進行加熱運行，在整個動態加熱運行過程中，對低壓級變頻壓縮機和高壓級變頻壓縮機的工作頻率優化調節，使熱泵熱水器整個運行過程的總能耗最小；低壓級變頻壓縮機和高壓級變頻壓縮機的工作頻率優化調節方法如下：

（a）確定熱泵熱水器動態加熱基準工況，包括室外環境溫度T_W及相對濕度φ，水箱的設定上限溫度T_S、下限溫度T_X、進冷水溫度及用熱水溫度，額定用水量；

（b）建立熱泵熱水器隨室外環境溫度T_O、水箱的實際溫度T變化，以最佳瞬時能效比EER為目標的熱泵制冷系統中間溫度T₃的關系式Ⅰ：T₃=F(T_O,T)；

（c）分段設定低壓級壓縮機的工作頻率f：根據熱泵熱水器水箱的設定上限水溫T_S與下限水溫T_X之差，將這一溫差分成n個溫度段，n≥2，在各溫度段低壓級變頻壓縮機采用不同的分段工作頻率f_i；