[发明专利]变频热泵热水器压缩机频率动态优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及热泵热水器控制方法，特别是一种变频热泵热水器压缩机频率动态优化方法。

背景技术

变频热泵热水器相比定频热泵热水器具有制热量大、能效高等优点，特别在低温环境温度下运行的优点更加明显；但变频热泵热水器压缩机的工作频率对热泵热水器的运行能耗影响较大，在满足用户总热量需要的情况下，可以通过对热泵热水器整个运行过程中压缩机工作频率的动态优化，实现热泵热水器运行节能。中国专利公开了一种“变频空气源热泵热水器频率调节方法”，其专利号是ZL201410759701.3，其可根据用户用热需求和热泵热水器室外环境温度、水箱温度动态调节变频压缩机工作频率；基本原理是使热泵热水器在整个运行过程中，每一时刻瞬时能效比尽可能接近该运行工况下的最佳能效比，也即每一时刻瞬时能效比越高，在得到相同总制热量的条件下热泵热水器整个运行过程中总能耗越小；但这一结论成立的条件是整个运行过程中热泵瞬时制热量必须相等。实际上热泵热水器在运行过程中由于运行工况的变化以及压缩机频率的变化，导致热泵热水器瞬时制热量变化较大，因此，该专利文件提出的变频热泵热水器压缩机频率调节方法仍有待优化，也即在变频热泵热水器压缩机频率优化过程中，还需考虑瞬时制热量的变化，才能使热泵热水器整个运行过程总能耗最小。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供的一种变频热泵热水器压缩机频率动态优化方法，其可根据用户用热需求和热泵热水器室外环境温度、水箱温度动态优化压缩机工作频率，使热泵热水器整个运行过程总能耗最小，达到节能目的。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种变频热泵热水器压缩机频率动态优化方法，变频热泵热水器包括变频压缩机、气液分离器、蒸发器、节流阀、室外环境温度传感器、控制器、水箱温度传感器储水箱、冷凝器、四通阀及排气温度传感器；其特征在于：在变频热泵热水器整个运行过程中，对变频压缩机的工作频率动态优化调节，使热泵热水器整个运行过程的总能耗最小；变频压缩机的工作频率动态优化调节方法如下：

（a）建立热泵热水器瞬时制热量q与室外环境温度传感器检测的室外环境温度T₁、水箱温度传感器检测的储水箱的实际温度T₂及变频压缩机的工作频率f之间的关系式Ⅰ：q=E(T₁, T₂,f)；根据关系式Ⅰ可以得到热泵热水器整个运行时间t内的总制热量Q的表达式Ⅱ：；

（b）建立热泵热水器瞬时能耗p与室外环境温度传感器检测的室外环境温度T₁、水箱温度传感器检测的储水箱的实际温度T₂及变频压缩机的工作频率f之间的关系式Ⅲ：p= F(T₁, T₂,f)；根据关系式Ⅲ可以得到热泵热水器整个运行时间t内的总能耗P的表达式Ⅳ：；

（c）用户设定用水的具体时刻t₀和水箱水温T，控制器检测当前水箱温度传感器检测的储水箱的实际温度T₂，计算出所需总制热量Q，以热泵热水器整个运行过程总能耗P最小作为目标值，根据表达式Ⅱ及表达式Ⅳ计算得到整个运行过程中变频压缩机的工作频率f随运行时间t变化的关系式Ⅴ：f=F(t)，热泵热水器在整个运行过程中按关系式Ⅴ动态调节变频压缩机的工作频率f。

在本技术方案中，还可以是在热泵热水器整个运行过程中，对关系式Ⅴ进行简化，得到分温度段、非连续的变频压缩机的工作频率简化调节方法，具体方法如下：

（a）分段设定变频压缩机的工作频率f：根据储水箱的设定水箱水温T与初始水温T₀之差，将升温过程分成n段，n≥2，每段温升范围为2-15℃，温升优选为5℃，在每个温升段变频压缩机采用不同的工作频率f_i；

（b）根据储水箱的温升分段情况，各温升段频率f_i按等差数列分布，得到各温升段频率f_i的计算公式Ⅵ：f_i=f_g-(f_g-f_d)(i-1)/(n-1)，计算公式Ⅵ中，f_g为整个运行过程中变频压缩机的最高频率值；f_d为整个运行过程中变频压缩机的最低频率值；i表示从初始加热开始对应的各升温段，i=1,2,...,n；