一种变频太阳能热泵热水器控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种变频太阳能热泵热水器控制方法及系统，包括以下步骤：系统运行参数初始化步骤，包括：（11）、根据初始太阳辐照强度值

A Control Method and System of Frequency Conversion Solar Heat Pump Water Heater

【技术实现步骤摘要】
一种变频太阳能热泵热水器控制方法及系统
本专利技术涉及太阳能热泵
，具体地说，是涉及一种变频太阳能热泵控制方法及系统。
技术介绍
太阳能热泵系统是通过直膨式蒸发器替代原有的热泵室外机，该蒸发器既可以吸收太阳能辐射热量又可以与空气换热，现有直膨式太阳能热泵面临的问题有1、由于不同的天气变化及昼夜更替导致太阳能辐照量发生变化，而目前太阳能热泵系统仅是按照传统的热泵系统控制方法，根据环温或者水箱设定温度与实际温度差值控制电子膨胀阀开度和压缩机运行，导致无法适应由太阳能辐照量发生变化而引起的换热量变化，无法最大化的利用太阳辐照能量。2、只根据过热度控制或者根据水箱温度环温控制压缩机运转，增加了压缩机运转时间同时不能提高热泵性能。现有控制方法中往往忽略热泵的加热运行时间，导致用户使用过程中加热时间过长影响用户体验。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有太阳能热泵系统根据环温或者水箱设定温度与实际温度差值控制电子膨胀阀开度和压缩机运行，导致无法适应由太阳能辐照量发生变化而引起的换热量变化，无法最大化的利用太阳辐照能量的技术问题，提出了一种变频太阳能热泵热水器控制方法，可以解决上述问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种变频太阳能热泵热水器控制方法，包括以下步骤：系统运行参数初始化步骤，包括：(11)、根据初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0，获取初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为初始最佳运行时间Time0，以及加热过程中的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0；(12)、根据所述初始平均制热功率Qh0计算压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0；按照压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0运行系统，系统运行过程中周期性调整压缩机运行频率，以及根据压缩机的排气过热度调整电子膨胀阀开度。进一步的，系统运行参数初始化步骤之前，还包括系统参数预处理步骤：(01)、计算不同的环境温度Te及太阳辐照强度值E组合时，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为最佳运行时间Time，并生成最佳运行时间查找表，其中，b＞0；(02)、计算各最佳运行时间Time所对应的平均制热功率Qh，所述平均制热功率Qh为将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的平均功率。进一步的，步骤(11)中，初始最佳运行时间Time0的获取方法为：从所述最佳运行时间查找表中查找出初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0所对应的最佳运行时间，为初始最佳运行时间Time0，根据所述初始最佳运行时间Time0获取其所对应的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0。进一步的，步骤(01)中，所述最佳运行时间Time为满足压缩机运行在最高能效比下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间。进一步的，步骤(02)中，平均制热功率Qh的计算方法为：其中，L为水箱的容积。进一步的，步骤(11)之前还包括步骤(10)：获取当前环境温度，作为初始环境温度Te0，获取当前太阳辐照强度值，作为初始太阳辐照强度值E0。进一步的，初始太阳辐照强度值E0的获取方法为通过仪器测得或者通过计算得到，当采用计算的方式获得初始太阳辐照强度值时，通过以下公式计算得到：E＝f1(Tci,Te)+a，其中，a为常系数，Tci为蒸发器温度，Te为环境温度；获取当前蒸发器温度作为蒸发器温度Tci，并且将初始环境温度Te0作为环境温度代入上述公式，得到初始太阳辐照强度值E0；f1(Tci,Te)为太阳辐照强度值与环境温度Te、蒸发器温度Tci的相关函数。进一步的，步骤(12)中压缩机的初始运行频率f0通过以下计算公式计算得到：Qh＝f2(f,E,Te)其中，f为压缩机的运行频率，将初始平均制热功率Qh0、初始太阳辐照强度值E0以及初始环境温度Te0代入上述公式，得到压缩机的初始运行频率f0，函数Qh＝f2(f,E,Te)为提前拟合得到。进一步的，步骤(12)中电子膨胀阀初始开度的计算方法为：将初始太阳辐照强度值E0与阈值Et进行比较，当初始太阳辐照强度值E0＞Et时，EXV0＝400(1+0.0046(Te0-20))(1+0.000188(E0-480))+0.1(f0-60)当初始太阳辐照强度值E0≤Et时，EXV0＝310(1+0.00168(Te0-15))(1+0.0009(E0-150))+0.1(f0-60)其中，Et＞0。进一步的，系统运行过程中调整电子膨胀阀开度的方法为：开机t1时间内，电子膨胀阀开度保持不变，t1时间后，检测计算压缩机的排气过热度ΔTr1；根据排气过热度ΔTr1，调整电子膨胀阀开度：若ΔTr1≥T1，调节步数为K1；若T2≤ΔTr1<T1，调节步数为K2；若T3≤ΔTr1<T2，调节步数为K3；若T4≤ΔTr1<T3，调节步数为K4；若T5≤ΔTr1<T4，调节步数为K5；若T6≤ΔTr1<T5，调节步数为K6；若ΔTr1<T6，调节步数为K7；其中，t1＞0，T1＞T2＞T3＞0；0≥T4＞T5＞T6＞T6；K1＜K2＜K3＜0，K4＝0，0＜K5＜K6＜K7。进一步的，压缩机的排气过热度ΔTr1的计算方法为：ΔTr1＝Tr+e1-Td其中，Td为压缩机的排气温度，Tr为水箱中水温，e1为排气补偿系数。进一步的，系统运行过程中调整压缩机运行频率的方法为：(31)、开机t2时间后周期性检测水箱中水温Tw，当检测到水温上升ΔT时，计算水温上升ΔT的过程实际消耗的时间Δτ；(32)、根据温升ΔT的预期消耗的时间τyq：(33)、将实际消耗的时间Δτ与预期消耗的时间Δτyq相比较:Δτ>Δτyq，Δf＝N1Δτ＝Δτyq，Δf＝0Δτ<Δτyq，Δf＝N2；其中，N1＞0；N2＜0。本专利技术同时提出了一种变频太阳能热泵热水器系统，包括压缩机、水箱、蒸发器、电子膨胀阀以及冷凝器，所述压缩机的吸气口与所述蒸发器的出口连接，所述压缩机的排气口与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述蒸发器的入口连接，所述冷凝器与所述蒸发器之间设置有电子膨胀阀，所述冷凝器设置在所述水箱内部或者外部，所述蒸发器为直膨式蒸发器，所述变频太阳能热泵热水器系统按照前述的变频太阳能热泵热水器控制方法执行控制。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的变频太阳能热泵热水器控制方法，通过引入太阳辐照强度值和环境温度外界环境变量，通过控制热泵在不同太阳辐照强度值和环境温度下最佳运行时间来控制热缩机运转。这样可以保证热泵的运行时间和在不同外界环境变量下取得最佳的系统性能，在运行过程中根据实际外界环境变化引起的系统温升速率变化，实时调整压缩机运行频率。本方法利用太阳能辐射热量来提高蒸发器热量的吸收，又利用空气热量来弥补太阳能辐射热量的不稳定性，使太阳能空气能双源合一达到提升太阳能热水器系统性能的目的。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：系统运行参数初始化步骤，包括：(11)、根据初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0，获取初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为初始最佳运行时间Time0，以及加热过程中的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0；(12)、根据所述初始平均制热功率Qh0计算压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0；按照压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0运行系统，系统运行过程中周期性调整压缩机运行频率，以及根据压缩机的排气过热度调整电子膨胀阀开度。

【技术特征摘要】
1.一种变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：系统运行参数初始化步骤，包括：(11)、根据初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0，获取初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为初始最佳运行时间Time0，以及加热过程中的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0；(12)、根据所述初始平均制热功率Qh0计算压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0；按照压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0运行系统，系统运行过程中周期性调整压缩机运行频率，以及根据压缩机的排气过热度调整电子膨胀阀开度。2.根据权利要求1所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，系统运行参数初始化步骤之前，还包括系统参数预处理步骤：(01)、计算不同的环境温度Te及太阳辐照强度值E组合时，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为最佳运行时间Time，并生成最佳运行时间查找表，其中，b＞0；(02)、计算各最佳运行时间Time所对应的平均制热功率Qh，所述平均制热功率Qh为将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的平均功率。3.根据权利要求2所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤(11)中，初始最佳运行时间Time0的获取方法为：从所述最佳运行时间查找表中查找出初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0所对应的最佳运行时间，为初始最佳运行时间Time0，根据所述初始最佳运行时间Time0获取其所对应的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0。4.根据权利要求2所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤(01)中，所述最佳运行时间Time为满足压缩机运行在最高能效比下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间。5.根据权利要求2所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤(02)中，平均制热功率Qh的计算方法为：其中，L为水箱的容积。6.根据权利要求1所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤(11)之前还包括步骤(10)：获取当前环境温度，作为初始环境温度Te0，获取当前太阳辐照强度值，作为初始太阳辐照强度值E0。7.根据权利要求6所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，初始太阳辐照强度值E0的获取方法为通过仪器测得或者通过计算得到，当采用计算的方式获得初始太阳辐照强度值时，通过以下公式计算得到：E＝f1(Tci,Te)+a，其中，a为常系数，Tci为蒸发器温度，Te为环境温度；获取当前蒸发器温度作为蒸发器温度Tci，并且将初始环境温度Te0作为环境温度代入上述公式，得到初始太阳辐照强度值E0；f1(Tci,Te)为太阳辐照强度值与环境温度Te、蒸发器温度Tci的相关函数。8.根据权利要求1-7任一项所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤(12)中压缩机的初始运行频率f0通过以下计算公式计算得...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢炳奇，周志成，蒋建平，李伟，孙晓光，高本法，
申请(专利权)人：青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司，武汉海尔热水器有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37