一种直膨式太阳能热泵热水器预约控制方法及热水器

摘要

本发明公开了一种直膨式太阳能热泵热水器预约控制方法及热水器，该控制方法包括如下步骤：用户设定预设温度Ts，设置需要热水的时间为预设时间t1，当前水箱温度Tr；计算水温升到预设温度需要加热量Q；计算出热泵制热功率P；加热时间Δt；比较t1‑t2与Δt的大小，若t1‑t2≤Δt，则在当前时间t2启动热泵，若t1‑t2＞Δt，确定t3时间启动热泵；该方法可以针对各地气候的差异，根据太阳能辐照强度和环境温度以及用户设置用水温度和用水时间，自动判断直膨式太阳能热泵热水器启动时间提前完成用水加热，该热水器通过光敏传感器引入光照强度，可以更好的利用太阳能辐射热量，调节直膨式太阳能热泵热水器参数。

说明书

技术领域

本发明属于热水器领域，具体的说，涉及一种直膨式太阳能热泵热水器预约控制方法及热水器。

背景技术

太阳能热泵热水器采用直膨式蒸发器既可以吸收太阳能辐射热量又可以吸收空气中的热量，针对这种将太阳能和空气能技术有机结合起来制热水的方法，因外界环境复杂多变，单纯的通过加热速率来完成预约启动时间很难提前完成加热，而且受太阳辐照的影响和环境温度影响，很难实现节约能源的目的。

现有空气源热泵热水器控制方法主要有两种，第一种是根据用户预约时刻和对应水箱温度、当前时刻和对应的水箱温度，通过系统加热功率和需要加热的热量计算出需要的加热时间，提前开启热泵制热，完成预约加热，另一种是计算出热泵需要加热的时间并根据当日温度曲线来确定系统最优启动时刻。此外热泵系统制热功率受环境温度的影响较大，不同环境温度下系统制热功率不同，而预约加热时间计算是以恒定制热功率来计算，会导致系统加热不准确等问题出现。

直膨式太阳能热泵热水器通过太阳能辐照强度传感器区分白天和夜晚，通过计算前n天辐照和温度曲线，在预约时间段内选择环境温度和辐照强度较好的时间段开启热泵制热，这样根据预约时间和预约温度尽可能选择白天加热，效率高的时间段开启加热，若是在夜晚启动则尽可能选择温度比较高时启动加热，选择保温好的储水箱，可保证加热完成后在不用水条件下，水温不变或者变化很小，充分发挥系统预约时间的节能作用，最大限度的提高系统性能。

CN 104729125A公开了一种多能源热水器的控制方法及热水器，多能源热水器包括水箱、太阳能加热系统、辅助加热系统和控制系统，热水器设有预约功能，控制方法包括如下步骤：判断是否能预约：控制系统判断单独使用辅助加热系统在预约时间时是否能将水箱中的水加热到预约的温度，如果不能则不允许用户预约，如果能则允许用户预约；判断辅助加热系统是否启动：预约后，当单独使用辅助加热系统在预约的剩余时间正好能将水箱内的水加热到预约温度时启动辅助加热系统对水箱中的水进行加热。能根据预约时间和预约温度判断用户能否预约，不能预约时提醒用户，且根据预约时间和预约温度，合理控制多能源之间的使用，既能合理的利用能源，又能保证用户的需求。

现有的预约控制方法只考虑系统制热功率和环境温度，可满足普通空气源热泵热水器预约加热应用，但是对于直膨式太阳能热泵热水器或者相似的系统加热效率受太阳辐照强度影响较大，制热功率与环境温度和太阳能辐照强度都相关，若无法区分白天和夜晚，很难满足系统预约加热时系统性能最优，此外热泵系统制热功率受环境温度影响较大，不同环境温度下系统制热功率不同，而预约加热时间计算是以恒定制热功率来计算，会导致太阳能热泵热水器预约启动的不准确和不节能。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种直膨式太阳能热泵热水器预约控制方法，该方法可以针对各地气候的差异，利用太阳能辐照强度，在复杂的气候条件下，根据太阳能辐照强度和环境温度以及用户设置用水温度和用水时间，自动判断直膨式太阳能热泵热水器启动时间提前完成用水加热。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直膨式太阳能热泵热水器预约控制方法，包括如下步骤：

步骤1：用户设定预设温度Ts，设置需要热水的时间为预设时间t1，温度检测模块监测当前水箱温度Tr；

步骤2：计算当前水箱水温Tr升到预设温度Ts所需加热量Q，Q＝CM(Ts-Tr)；C为水的比热容，M为热水器箱内实际需要加热的水的质量；

步骤3：通过温度传感器和光照传感器采集热水器所在地区前n天的环境温度和辐照强度的数据，求出预设时间t1至当前时间t2时间段内平均环境温度Te和辐照强度Pe，计算出热泵制热功率P；

步骤4：根据PΔt＝Q，计算出需要加热时间Δt；

步骤5：比较t1-t2与Δt的大小，若t1-t2≤Δt，则在当前时间t2启动热泵，若t1-t2＞Δt，确定t3时间启动热泵，t3位于t1和t2时间之间的某一时刻；

步骤6：当达到预设时间t1时，继续加热一段时间后，热泵关闭，停止加热，或当Tr＝Ts时，热泵关闭，停止加热。

进一步的，制热功率P＝P₀+ΔP，P₀为在标准环境下测得的直膨式太阳能热泵热水器的功率，ΔP为根据平均环境温度Te和辐照强度Pe进行修正的功率。

进一步的，根据采集的热水器所在地区前n天的环境温度和辐照强度的数据，拟合时间与环境温度和辐照强度曲线。

进一步的，t3为在t1至t2时间段内根据前n天拟合的时间与环境温度和辐照强度曲线中选择的一个时刻。

进一步的，t3时刻制热功率最高。

进一步的，n天为5-9天，优选n为7天。

进一步的，若前n天中某一天或几天采集的环温或者辐照强度数据较其他天差异较大，则删除此天数据，以不包含此异常天的前n天进行数据拟合曲线，减少因偶然天气因素带来的计算误差。

进一步的，若t1-t2≤Δt时，在t2时间启动热泵，当达到t1时刻之后，继续加热30min，热泵关闭，停止加热；若t1-t2＞Δt，当Tr＝Ts，热泵关闭，停止加热。

进一步的，t2为初次上电或者断电重启后直膨式太阳能热泵热水器的当前时刻，当直膨式太阳能热泵热水器正常运行时，t2＝t1-12h。

由于用户有可能设定一次预定时间，以后每天都按照这个预定时间进行循环加热，如果这样一直工作，直膨式太阳能热泵热水器就为正常运行，此时的当前时间t2＝t1-12h。

本发明的另一个目的提供了一种具有上述所述的控制方法的热水器。

本发明所述的热水器包括水箱、压缩机、电子膨胀阀、蒸发器和传感器。

其中，所述的蒸发器为可以吸收太阳能辐照热量的直膨式蒸发器，所述的传感器为可以探测太阳能辐照强度的光敏传感器。

本发明的热水器直膨式太阳能热泵热水器通过光敏传感器引入光照强度，可以更好的利用太阳能辐照热量，便于调节直膨式太阳能热泵热水器参数，解决直膨式太阳能热泵热水器仅仅依靠环境参数调整的不准确性，更有利于直膨式太阳能热泵热水器将太阳能辐照热能和空气能热能结合，提高了太阳能热泵热水器整体的性能，根据用户预约设置要求来选择开启制热时间，在满足用户需求的同时最大限度的提高直膨式太阳能热泵热水器的性能。

采用上述的技术方案，本发明的带来的有益效果如下：

1、本发明的控制方法根据环境温度和光照强度，计算出比较符合实际环境温度的制热功率，选择合适加热时间，充分利用直膨式太阳能蒸发器吸收效率，提高了直膨式太阳能热泵热水器的性能，高效准确的完成预约加热；

2、根据前n天直膨式太阳能热泵热水器检测的环境温度和光照强度，可以推算出第n+1天预约启动直膨式太阳能热泵热水器的最佳时间，既节能又提高太阳能热泵制热效率；

3、本发明的直膨式太阳能热泵热水器通过光敏传感器引入光照强度，可以更好的利用太阳能辐照热量，便于调节直膨式太阳能热泵热水器参数，解决直膨式太阳能热泵热水器仅仅依靠环境参数调整的不准确性，更有利于直膨式太阳能热泵热水器将太阳能辐照热能和空气能热能结合，提高了太阳能热泵热水器整体的性能，根据用户预约设置要求来选择开启制热时间，在满足用户需求的同时最大限度的提高直膨式太阳能热泵热水器的性能。

附图说明

图1：本发明所述的直膨式太阳能热泵热水器预约控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

实施例1

如图1所示，一种直膨式太阳能热泵热水器预约控制方法，包括如下步骤：

步骤1：用户设定预设温度Ts，设置需要热水的时间为预设时间t1，温度检测模块监测当前水箱温度Tr；

步骤2：计算当前水箱水温Tr升到预设温度Ts所需加热量Q，Q＝CM(Ts-Tr)；C为水的比热容，M为热水器箱内实际需要加热的水的质量；

步骤3：通过温度传感器和光照传感器采集热水器所在地区前n天的环境温度和辐照强度的数据，求出预设时间t1至当前时间t2时间段内平均环境温度Te和辐照强度Pe，计算出热泵制热功率P；

步骤4：根据PΔt＝Q，计算出需要加热时间Δt；

步骤5：比较t1-t2与Δt的大小，若t1-t2≤Δt，则在当前时间t2启动热泵，若t1-t2＞Δt，确定t3时间启动热泵，t3位于t1和t2时间之间的某一时刻；

步骤6：当达到预设时间t1时，30min后，热泵关闭，停止加热，或当Tr＝Ts时，热泵关闭，停止加热。

本发明的直膨式太阳能热泵热水器预约控制方法，在原有热水器预约控制方法基础上提出以太阳能辐照强度为参考变量，以环境温度和直膨式蒸发器温度为参考，充分利用太阳能辐射热量，提前计算自动选择热泵热水器开启时间，更加节能，更加精准预约，更能够适用于直膨式太阳能热泵热水器。

其中，制热功率P＝P₀+ΔP，P₀为在标准环境下测得的直膨式太阳能热泵热水的器功率，ΔP为根据平均环境温度Te和辐照强度Pe进行修正的功率。

由于制热功率P受环境温度影响较大，不同环境温度下直膨式太阳能热泵热水器的制热功率不同，因此，需要根据环境温度Te和辐照强度Pe进行修正，得到实际的制热功率P，能够满足用户对热水器进行正确时间的预约热水的需要。

用户根据t1-t2时间段内根据前n天统计的环境温度和辐照强度，拟合成时间与环境温度和辐照强度的曲线，根据拟合曲线可以求出t1至t2时间段内的制热功率。

t3为在t1-t2时间段内根据前n天统计的环境温度和辐照强度拟合曲线中选择的一个时刻，t3时刻制热功率最高，t3到t2时间段内具有较高的环境温度和较强的辐照强度，本发明的预约时间和预约温度尽可能选择白天加热效率高的时间段开启加热，若是在夜晚启动则尽可能选择温度比较高的时刻启动加热，t3可以根据实际情况进行选择。

本实施例中的统计的n天选择为5-9天，进一步的方案，统计n天为7天。

根据测定的前7天的环境温度和辐照强度的数据，拟合时间与环境温度和辐照强度的曲线，从拟合的曲线中可以推算出第8天时预约启动直膨式太阳能热泵热水器的最佳时间，既节约能源又能提高太阳能热泵的制热功率，在满足用户需要的同时最大限度的提高了直膨式太阳能热泵热水器整个系统的性能。

本实施例中如果计算的前7天中某一天或几天采集的环温或者辐照强度数据较其他天差异较大，比如温度过高或过低，辐照强度过高或高低，则删除此某一天或几天的数据，并顺次向前推进相应天数以采用共计7天的环温或者辐照强度数据，进行拟合曲线，减少因偶然天气因素带来的计算误差。

举例说明，用水日期为7月16日，若在7月9日至7月15日7天内，7月10日的环温或者辐照强度数据与其他天的数据差异较大，则剔除此天数据，并将7月8日的数据纳入采集统计，将7月8日、9日、11日-15日共7天的数据拟合时间与环境温度和辐照强度的曲线，从拟合的曲线中可以推算出7月16日时预约启动直膨式太阳能热泵热水器的最佳时间。

本发明选择上述的天数，可以尽可能的接近用户设定时间段内的环境温度和太阳辐照强度，这样可以更加准确的统计在设定时间段内的环境温度和太阳辐照强度，可以更加精确的根据拟合曲线测定直膨式太阳能热泵热水器的制热功率。

若t1-t2≤Δt时，在t2时间启动热泵，当达到t1时刻之后，继续加热30min，热泵关闭，停止加热；若t1-t2＞Δt，当Tr＝Ts，热泵关闭，停止加热。

当用户设定的时间t1-t2≤Δt时，由于设置的需要热水的时间为预设时间t1较短，加热功率一定的情况下，到达预定时间t1时，温度达不到预设温度Ts，此时若判断为上述情况，直膨式太阳能热泵热水器会自动的延长加热时间30min，热泵继续加热工作半个小时后，无论温度是否达到预设温度Ts，热泵都会停止加热，当t1-t2＞Δt时，此时预设时间t1较长，在此时间段内热水器内的水可以加热到预设温度Ts，则当Tr＝Ts，热泵关闭，停止加热。

t2为初次上电或者断电重启后直膨式太阳能热泵热水器的当前时刻，当直膨式太阳能热泵热水器正常运行时，t2＝t1-12h。

本发明的直膨式太阳能热泵热水器用户可以设定一次预定时间，以后每天都按照这个预定时间进行加热，如果这样直膨式太阳能热泵热水器一直如此循环的工作就成为正常运行，此时的当前时间t2＝t1-12h，当直膨式太阳能热泵热水器正常工作时t1至t2时间段的时间足够长，可以满足t1-t2＞Δt，确定t3时间启动热泵，t3位于t1和t2时间之间的某一时刻，则不需要考虑t1-t2≤Δt的情况。

实施例2

一种具有上述所述的控制方法的直膨式太阳能热泵热水器，所述的直膨式太阳能热泵热水器包括水箱、压缩机、电子膨胀阀、蒸发器和传感器，所述的蒸发器为可以吸收太阳能辐照热量的直膨式蒸发器，所述的传感器为可以探测太阳能辐照强度的光敏传感器。所述的直膨式蒸发器和辐照强度传感器放在室外环境中便于吸收和探测太阳能辐照强度，根据直膨式太阳能热泵热水器测得的环境温度和辐照强度，计算此时制热功率，选择合适的加热时间，充分利用直膨式太阳能蒸发器吸收效率，提高了直膨式太阳能热泵热水器的性能，高效准确的完成预约加热。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。