CN101149184A - 一种热泵热水器热水温度的智能控制方法 - Google Patents

一种热泵热水器热水温度的智能控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能热泵热水器技术领域，特别涉及一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，其热水温度的自动设定根据环境温度的不同，自动确定热水温度，该功能在满足舒适度的情况下，通过降低热水温度，提高能效比，降低能耗，压缩机运行热水温度的保护设定可自动根据环境温度确定压缩机的运行制热水温度，当环境温度过低时压缩机不运行，热泵热水器辅助加热的智能控制可控制压缩机在达到压缩机所能制取的热水温度上限时停止运行，同时启动辅助加热装置把热水加热到设定温度，该功能降低了***的辅助加热能耗，降低了压缩机制热水的能耗，同时又保护了压缩机。

Description

一种热泵热水器热水温度的智能控制方法
技术领域：
本发明涉及太阳能热泵热水器技术领域，特别涉及一种热泵热水器热水温度的智能控制方法。
背景技术：
热泵热水器是利用热泵的原理，通过压缩机消耗少量的电能做功，由外界环境中吸收大量的热量，其具有如下两个特点：
(1)同样气温条件下，热水温度越低，能效比越高；热水温度越高，能效比越低，单位水量单位温升能耗越大。
(2)压缩机都有一定的工作范围，即对环境温度和所能制取的热水温度都有一定的限制。如环境温度不能过高或过低；一定的环境温度也都一个所能制取的最高水温，超出所能制取的最高水温容易发生故障或导致设备使用寿命的缩短。
一般热泵热水器热水温度是人手动设定后一直有效，直到下次设定重新更改。由此而引起三个问题：(1)每次的水温设定麻烦，且当夏季不需要高水温时，往往由于人不设置或不及时设置，使热水能耗大幅增加；(2)用于较冷地区，当冬季气温低时，若热泵热水器运行控制热水温度设定较高，可能会超出压缩机的工作范围，容易引起压缩机的损坏或缩短压缩机的使用寿命；(3)热泵热水器的辅助加热手动控制或简单的定时控制，无法实现智能控制，可能会在压缩机运行制热时辅助加热也启动，导致压缩机运行能耗的增加，导致热泵***能效比的降低、热泵能耗的增加和辅助加热能耗的增加。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种提高***运行的能效比、降低***的能耗、节省管理费用、增长压缩机使用寿命、减少热泵***的辅助加热量、热泵制热水能效比高的热泵热水器热水温度的智能控制方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，其特征在于其通过以下控制方法来实现热泵热水器热水温度的智能控制：
计算环境温度小时平均值T环时平和环境温度天平均值T环平：通过一个环境温度传感器实时检测环境温度T环，由T环计算出每天的环境温度小时平均值T环时平和环境温度天平均值T环平；
所要求制取热水温度Th的智能自动设定：可分为热水手动设定温度T1h和热水自动设定温度T2h，热水设定温度可选择是T1h或T2h，T1h为人手动设定，有设定范围限制，若设置超出设定范围则设定为默认值，T2h为根据环境温度自动调整设置的热水温度；
压缩机运行所制取热水温度Tfh的智能自动设定：根据环境温度自动设置的热水温度，该温度优先控制压缩机的运行，以确保压缩机在工况范围内；
热泵热水器辅助加热的智能控制：由一个热水温度传感器实时检测热水温度T热，用其与Th或Tfh比较，以控制压缩机或辅助加热的启停。
所述环境温度小时平均值T环时平的计算方法为：根据所检测到的外界环境温度，在每天第(t+1)小时的(t+1):00算术平均值计算出第t小时的环境温度平均值T环时平t，计算公式为
Figure A20071002940800081
式中n——每小时外界环境温度取样次数。
由每天第t小时的环境温度平均值T环时平t确定下第(t+1)小时压缩机运行所能制取的最高热水温度Tfh。
所述环境温度天平均值T环平计算方法为：由每天的典型环境平均温度T环平确定第二天的热水自动设定温度T2h，根据每小时的环境温度平均值T环时平t，在每天的00:00算术平均值计算出前一天的环境温度平均值T环平，计算公式为
Figure A20071002940800082
由前一天的环境温度平均值T环平确定当天的所要制取的卫生热水温度Th。
所述所要求制取热水温度Th的智能自动设定方法为：其通过公式
Figure A20071002940800091
式中Th——热水自动设定温度，℃；
Thl——热水自动设定温度的下限，℃(该值可调，有效范围20℃～55℃，默认值48℃)；
Thh——热水自动设定温度的上限，℃(该值可调，有效范围20℃～55℃，默认值55℃)；
T环平u——所要求制取热水温度的下限所对应的环境平均温度，25℃；
T环平L——所要求制取热水温度的上限所对应的环境平均温度，18℃。
进行设定。
所述压缩机运行所控制热水温度Tfh的智能自动设定方法为：其通过公式
式中Tfh——压缩机运行控制热水温度，℃；
T1ph——压缩机运行保护热水温度上限，55℃；
T2ph——压缩机运行保护热水温度下限，35℃；
Tmaxh——特定环境温度情况下压缩机运行最高制取热水温度，℃；
T环时平U——压缩机运行保护热水温度上限所对应的小时环境平均温度5℃；
T环时平L——压缩机运行保护热水温度下限所对应的小时环境平均温度，-10℃；进行设定。
所述热泵热水器辅助加热的开启控制方法为：
当压缩机运行保护热水温度上限所对应的小时环境平均温度T环时平＜-10℃且热水温度T热＜Th-3℃，制热水开启，开启辅助电加热；或当5℃≥压缩机运行保护热水温度上限所对应的小时环境平均温度T环时平≥-10℃且热水温度T热＜Th-5℃且压缩机停止运行，制热水开启，开启辅助电加热。
所述热泵热水器辅助加热的关闭控制方法为：当关闭制热或热水温度T热≥Th或压缩机运行保护热水温度上限所对应的小时环境平均温度T环时平＞5℃或压缩机启动制热运行时，热泵热水器辅助加热关闭。
本发明的有益效果为：一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，具有热水温度的自动设定、压缩机运行热水温度的保护设定、热泵热水器辅助加热的智能控制的功能。热水温度的自动设定可根据环境温度的不同，自动确定热水温度。该功能在满足舒适度的情况下，通过降低热水温度，提高能效比，降低能耗。
压缩机运行热水温度的保护设定可自动根据环境温度确定压缩机的运行制热水温度，当环境温度过低时压缩机不运行。
热泵热水器辅助加热的智能控制可控制压缩机在达到压缩机所能制取的热水温度上限时停止运行，同时启动辅助加热装置把热水加热到设定温度。该功能降低了***的辅助加热能耗，降低了压缩机制热水的能耗，同时又保护了压缩机。
具体实施方式：
下面对本发明作进一步的说明，一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，控制器须配一个环境温度传感器、一个热水温度传感器，控制器需有24小时制的时钟功能。其通过以下控制方法来实现热泵热水器热水温度的智能控制：
(1)、计算环境温度小时平均值T环时平和环境温度天平均值T环平：通过一个环境温度传感器实时检测环境温度T环，由T环计算出每天的环境温度小时平均值T环时平和环境温度天平均值T环平。根据所检测到的外界环境温度，在每天第(t+1)小时的(t+1):00算术平均值计算出第t小时的环境温度平均值T环时平t
Figure A20071002940800111
式中n——每小时外界环境温度取样次数。
由每天第t小时的环境温度平均值T环时平t确定下第(t+1)小时压缩机运行所能制取的最高热水温度Tfh。
由每天的典型环境平均温度T环平确定第二天的热水自动设定温度T2h。
根据每小时的环境温度平均值T环时平t，在每天的00:00算术平均值计算出前一天的环境温度平均值T环平。
Figure A20071002940800121
由前一天的环境温度平均值T环平确定当天的所要制取的卫生热水温度Th。
(2)、所要求制取热水温度Th的智能自动设定：可分为热水手动设定温度T1h和热水自动设定温度T2h，热水设定温度可选择是T1h或T2h，T1h为人手动设定，有设定范围限制，若设置超出设定范围则设定为默认值，T2h为根据环境温度自动调整设置的热水温度。根据人体对卫生热水温度的要求特点，根据环境温度对热水温度合理自动设置，在气温高时自动降低所制取的热水温度，在气温低时自动调高所制取的热水温度。由当天的环境温度平均值T环平决定第二天所要制取的热水温度。其智能自动设定方法为：其通过公式
Figure A20071002940800122
式中Th——热水自动设定温度，℃；
Thl——热水自动设定温度的下限，℃(该值可调，有效范围20℃～55℃，默认值48℃)；
Thh——热水自动设定温度的上限，℃(该值可调，有效范围20℃～55℃，默认值55℃)；
T环平U——所要求制取热水温度的下限所对应的环境平均温度，25℃；
T环平L——所要求制取热水温度的上限所对应的环境平均温度，18℃。进行设定。
所要求制取热水温度Th的智能自动设定说明：
1)当T环平＞25℃时，天气较热，要求制取热水温度Th值为最低Thl(默认值48℃)；
2)当T环平＜18℃时，天气较冷，要求制取热水温度Th值为最高Thh(默认值55℃)；
3)当25℃≥T环平≥18℃时，天气适中，此时要求制取热水温度Th值为Thl和Thh之间根据环境平均温度线性对应。
4)Th值可手动设置，手动设置值仅当天有效。
(3)、压缩机运行所制取热水温度Tfh的智能自动设定：根据环境温度自动设置的热水温度，该温度优先控制压缩机的运行，以确保压缩机在工况范围内。根据环境温度自动确定压缩机运行所制取的热水温度，环境温度越高时压缩机运行制热水温度也越高，环境温度越低时压缩机运行制热水温度也越低，使压缩机只在工况范围内运行，避免了由于超工作范围而导致的压缩机损坏或寿命缩短。由前一小时的环境温度平均值T环时平决定下一小时压缩机运行所能制取的最高热水温度。其智能自动设定方法为：其通过公式
Figure A20071002940800131
式中Tfh——压缩机运行控制热水温度，℃；
T1ph——压缩机运行保护热水温度上限，55℃；
T2ph——压缩机运行保护热水温度下限，35℃；
Tmaxh——特定环境温度情况下压缩机运行最高制取热水温度，℃；
T环时平U——压缩机运行保护热水温度上限所对应的小时环境平均温度，5℃；
T环时平L——压缩机运行保护热水温度下限所对应的小时环境平均温度，-10℃，进行设定。
压缩机运行所制取热水温度Tfh的智能自动设定说明：
1)当T环时平＞5℃时，天气较暖，制取任意自动设定的热水温度Th都不会对压缩机有不良影响，此时取Tfh＝Th；
2)当T环时平＜-10℃时，天气过冷，不在适合压缩机热泵运行制取热水，此时压缩机停止制取热水的热泵运行；
3)当5℃≥T环时平≥-10℃时，压缩机运行最高制取热水温度Tmaxh位于35℃～55℃之间且根据小时环境平均温度线性对应，此时压缩机运行制取热水温度Tfh取Th与Tmaxh两者中的小者。
压缩机启停控制说明：
压缩机的开启与关闭仅受热泵热水器状态(开/关)、T热和Tfh的控制。
1)压缩机的开启
当有开机请求或在制热状态，检测到T热＜Tfh-5℃，开启压缩机制热。
2)压缩机的关闭
当T热≥Tfh-2℃，关闭压缩机。
3)其它
当Tfh-5℃≤T热＜Tfh-2℃时，压缩机保持原状态。
4)、热泵热水器辅助加热的智能控制：由一个热水温度传感器实时检测热水温度T热，用其与Th或Tfh比较，以控制压缩机或辅助加热的启停。环境温度低时，压缩机运行所能制取的最高热水温度Tfh会低于所要求制取热水温度Th；此时当压缩机运行达到压缩机所能制取的热水温度上限Tfh时，压缩机停止运行，同时启动辅助加热装置把热水加热到设定温度Th。
热泵热水器辅助加热的开启与关闭受热泵热水器状态(开/关)、小时环境温度平均值T环时平、热水温度T热和压缩机状态(开/关)的控制。
热泵热水器辅助加热的开启控制方法为：
(1)当T环时平＜-10℃且T热＜Th-3℃，制热水开启，开启辅助电加热；或
(2)当5℃≥T环时平≥-10℃且T热＜Th-5℃且压缩机停止运行，制热水开启，开启辅助电加热。
热泵热水器辅助加热的关闭控制方法为：当(1)关闭制热或(2)T热≥Th或(3)T环时平＞5℃或(4)压缩机启动制热运行时，热泵热水器辅助加热关闭。
非上述开启与关闭情况，热泵热水器辅助加热保持原状态。热泵热水器辅助加热应设置手动开启/手动关闭功能。手动开启时，当T热≥Th时也要关闭辅助加热。
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括本发明专利申请范围内。

Claims (7)

1.一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，其特征在于：其通过以下控制方法来实现热泵热水器热水温度的智能控制：
计算环境温度小时平均值T环时平和环境温度平均值T环平：通过一个环境温度传感器实时检测环境温度T环，由T环计算出每天的环境温度小时平均值T环时平和环境温度平均值T环平；
所要求制取热水温度Th的智能自动设定：可分为热水手动设定温度T1h和热水自动设定温度T2h，热水设定温度可选择是T1h或T2h，T1h为人手动设定，有设定范围限制，若设置超出设定范围则设定为默认值，T2h为根据环境温度自动调整设置的热水温度；
压缩机运行所制取热水温度Tfh的智能自动设定：根据环境温度自动设置的热水温度，该温度优先控制压缩机的运行，以确保压缩机在工况范围内；
热泵热水器辅助加热的智能控制：由一个热水温度传感器实时检测热水温度T热，用其与Th或Tfh比较，以控制压缩机或辅助加热的启停。
2.根据权利要求1所述的一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，其特征在于：所述环境温度小时平均值T环时平的计算方法为：根据所检测到的外界环境温度，在每天第(t+1)小时的(t+1)：00算术平均值计算出第t小时的环境温度平均值T环时平t，计算公式为
Figure A2007100294080003C1
式中n-每小时外界环境温度取样次数。
由每天第t小时的环境温度平均值T环时平t确定下第(t+1)小时压缩
机运行所能制取的最高热水温度Tfh。
3.根据权利要求1所述的一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，其特征在于：所述环境温度平均值T环平计算方法为：由每天的典型环境温度平均值T环平确定第二天的热水自动设定温度T2h，根据每小时的环境温度平均值T环时平t，在每天的00:00算术平均值计算出前一天的环境温度平均值T环平，计算公式为
Figure A2007100294080003C2
由前一天的环境温度平均值T环平确定当天的所要制取的卫生热水温度Th。
4.根据权利要求1所述的一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，其特征在于：所述所要求制取热水温度Th的智能自动设定方法为：其通过公式
Figure A2007100294080003C3
式中Th——热水自动设定温度，℃；
Thl——热水自动设定温度的下限(该值可调，有效范围20℃～55℃，默认值48℃)，℃；
T环平——环境温度平均值；
Thh——热水自动设定温度的上限(该值可调，有效范围20℃～55℃，默认值55℃)，℃；
T环平U——所要求制取热水温度的下限所对应的环境平均温度，25℃；
T环平L——所要求制取热水温度的上限所对应的环境平均温度，18℃。
进行设定。
5.根据权利要求1所述的一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，其特征在于：所述压缩机运行所制取热水温度Tfh的智能自动设定方法为：其通过公式
Figure A2007100294080004C1
式中Tfh——压缩机运行控制热水温度，℃；
T1ph——压缩机运行保护热水温度上限，55℃；
T2ph——压缩机运行保护热水温度下限，35℃；
Tmaxh——特定环境温度情况下压缩机运行最高制取热水温度，℃；
Th——热水自动设定温度，℃；
T环平——环境温度平均值，℃；
T环时平U——压缩机运行保护热水温度上限所对应的小时环境平均温度，5℃；
T环时平L——压缩机运行保护热水温度下限所对应的小时环境平均温度，-10℃；进行设定。
6.根据权利要求1所述的一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，其特征在于：所述热泵热水器辅助加热的开启控制方法为：
当压缩机运行保护热水温度上限所对应的小时环境平均温度T环时平＜-10℃且热水温度T热＜Th-3℃，制热水开启，开启辅助电加热；或当5℃≥压缩机运行保护热水温度上限所对应的小时环境平均温度T环时平≥-10℃且热水温度T热＜Th-5℃且压缩机停止运行，制热水开启，开启辅助电加热。
7.根据权利要求1所述的一种热泵热水器热水温度的智能控制方法，其特征在于：所述热泵热水器辅助加热的关闭控制方法为：当关闭制热或热水温度T热≥Th或压缩机运行保护热水温度上限所对应的小时环境平均温度T环时平＞5℃或压缩机启动制热运行时，热泵热水器辅助加热关闭。
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