[发明专利]双级变频双级压缩热泵热水器动态加热频率优化及控制方法

摘要

本发明涉及一种双级变频双级压缩热泵热水器动态加热频率优化及控制方法，特点是双级变频双级压缩热泵热水器进行动态加热运行，即在用户用热水过程中热泵热水器同时进行加热运行，在整个动态加热运行过程中，对低压级变频压缩机和高压级变频压缩机的工作频率优化调节，使热泵热水器整个运行过程的总能耗最小。其主要优点是使双级变频双级压缩热泵热水器在整个动态加热运行过程中，优化低压级变频压缩机和高压级压缩机工作频率，使整个运行过程总能耗最小。

主权项

一种双级变频双级压缩热泵热水器动态加热频率优化及控制方法，双级变频双级压缩热泵热水器包括低压级变频压缩机（1）、低压级压缩机排气温度传感器（2）、高压级变频压缩机（3）、高压级压缩机排气温度传感器（4）、控制器（5）、水箱传感器（6）、水箱（7）、冷凝器（8）、高压级电子膨胀阀（9）、中间冷却器温度传感器（10）、中间冷却器（11）、低压级电子膨胀阀（12）、蒸发器（13）及室外温度传感器（14）；其特征在于：双级变频双级压缩热泵热水器进行动态加热运行，即在用户用热水过程中热泵热水器同时进行加热运行，在整个动态加热运行过程中，对低压级变频压缩机（1）和高压级变频压缩机（3）的工作频率优化调节，使热泵热水器整个运行过程的总能耗最小；低压级变频压缩机（1）和高压级变频压缩机（3）的工作频率优化调节方法如下：确定热泵热水器动态加热基准工况，包括室外环境温度TW及相对湿度φ，水箱（7）的设定上限温度TS、下限温度TX、进冷水温度及用热水温度，额定用水量；建立热泵热水器随室外环境温度TO、水箱（7）的实际温度T变化，以最佳瞬时能效比EER为目标的热泵制冷系统中间温度T3的关系式Ⅰ：T3=F(TO,T)；分段设定低压级压缩机（1）的工作频率f：根据热泵热水器水箱（7）的设定上限水温TS与下限水温TX之差，将这一温差分成n个温度段，n≥2，在各温度段低压级变频压缩机（1）采用不同的分段工作频率fi；根据水箱（7）的温差分段情况，各温度段低压级变频压缩机（1）的分段工作频率fi按等差数列分布，得到各温升段分段工作频率fi的计算公式Ⅱ：fi=fg‑(fg‑fd)(i‑1)/(n‑1)，计算公式Ⅱ中，fg为整个运行过程中低压级变频压缩机（1）的最高频率值；fd为整个运行过程中低压级变频压缩机（1）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；以热泵热水器整个动态运行过程中总能耗最小为目标，通过实验得到在基准工况下，低压级变频压缩机（1）的最高频率fg和最低频率fd，根据计算公式Ⅱ得到各温度段对应的低压级变频压缩机（1）的分段工作频率fi；当热泵热水器实际运行工况偏离基准工况时，根据实际室外环境温度TO来修正水箱（7）各温度段对应的低压级变频压缩机（1）的分段工作频率fi；实际运行工况低压级变频压缩机（1）的实际工作频率gi按公式Ⅲ：gi=kfi进行修正,不同的室外环境温度TO对应不同的k,通过实验得到；在水箱（7）的水温下降和上升过程中，低压级变频压缩机（1）的工作频率均按公式Ⅲ计算得到的实际工作频率gi工作；控制器（5）检测室外环境温度TO、水箱（7）的实际温度T，根据关系式Ⅰ计算得到最佳中间温度T3，通过调节高压级变频压缩机（3）的工作频率fb，使中间温度传感器（11）检测的实际中间温度趋近计算得到的最佳中间温度T3的值；因变频压缩机稳定工作的频率范围一般为20Hz‑100Hz，如按公式Ⅲ得到的各温度段低压级变频压缩机（1）的实际工作频率gi中出现小于20Hz的温度段，该温度段低压级变频压缩机（1）的工作频率按20Hz运行；如出现大于100Hz的温度段，则该温度段低压级变频压缩机（1）的工作频率按100Hz运行；同理，高压级变频压缩机（3）的工作频率要求小于20Hz时按20Hz运行，当要求大于100Hz时，按100Hz运行。