熱泵及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種熱泵及其控制方法，所述通過室外空氣和制冷劑之間的熱交換以及制冷劑和循環(huán)水之間的熱交換加熱待加熱空間的熱泵的控制方法包括：基于室外空氣的溫度和待加熱空間的熱負荷計算壓縮機的允許最大頻率；計算壓縮機以計算的允許最大頻率工作時壓縮機的平均工作頻率；基于平均工作頻率和允許最大頻率之間的比較結果重新計算允許最大頻率；以重新計算的允許最大頻率操作壓縮機，從而提高熱泵的性能系數(shù)（COP）。
【專利說明】熱泵及其控制方法
【技術領域】
[0001]下面的描述涉及一種提高了季節(jié)性能系數(shù)(SCOP)的熱泵及其控制方法。
【背景技術】
[0002]近來，進行了對與傳統(tǒng)燃料燃燒型鍋爐相比具有較高的性能系數(shù)(COP)的熱泵型鍋爐的研究。
[0003]與傳統(tǒng)的燃料燃燒型鍋爐或電加熱器相比，熱泵型鍋爐使用室外熱能來加熱室內空間并具有優(yōu)良的能源效率。在待加熱空間的熱負荷偏離熱泵型鍋爐的熱泵的加熱性能范圍的情況下，熱泵的COP因熱泵通過壓縮機使制冷劑循環(huán)來提供熱的特性而快速降低。
[0004]而且，即使待加熱空間的熱負荷在熱泵的加熱性能范圍內，但是由于熱泵的壓縮機的開/關操作的重復也會降低熱泵的C0P。即，在通過熱泵加熱的情況下，在室外熱能被制冷劑吸收，然后被供應到循環(huán)水后，循環(huán)水將熱能供應至待加熱空間，因此待加熱空間的溫度隨著熱泵的壓縮機的頻率的變化而緩慢改變。因此，熱泵以最大工作頻率操作壓縮機，從而提供了比待加熱空間的熱負荷大的熱能，并且重復壓縮機的開/關操作。
[0005]這種壓縮機的開/關操作降低熱泵的C0P，尤其是降低季節(jié)性能系數(shù)(SC0P)，SC0P表示熱泵在要求時間段內的平均C0P。

【發(fā)明內容】

[0006]因此，本公開的一方面提供了一種通過根據(jù)待加熱空間的熱負荷以適當?shù)墓ぷ黝l率操作熱泵的壓縮機來提高性能系數(shù)(COP)的熱泵及其控制方法。
[0007]本公開的另外方面將在下面的描述中部分地闡明，并且從描述中部分是清楚的，或者通過本公開的實施可以被理解。
[0008]根據(jù)本公開的一方面，一種通過室外空氣和制冷劑之間的熱交換以及制冷劑和循環(huán)水之間的熱交換加熱待加熱空間的熱泵的控制方法，所述控制方法包括以下步驟:基于室外空氣的溫度和待加熱空間的熱負荷計算壓縮機的允許最大頻率；計算壓縮機以計算的允許最大頻率工作時壓縮機的平均工作頻率；基于平均工作頻率和允許最大頻率之間的比較結果重新計算允許最大頻率；以及以重新計算的允許最大頻率操作壓縮機。
[0009]所述控制方法還可包括基于重新計算的允許最大頻率重新計算待加熱空間的熱負荷。
[0010]重新計算允許最大頻率的步驟可包括:當平均工作頻率小于計算的允許最大頻率與誤差系數(shù)的積時，從計算的允許最大頻率減去預定頻率。
[0011]重新計算允許最大頻率的步驟可包括:當平均工作頻率等于或大于計算的允許最大頻率時，將計算的允許最大頻率和預定頻率相加。
[0012]可通過將壓縮機在壓縮機的工作過程中的工作頻率的積分值除以壓縮機的工作時間來計算平均工作頻率。
[0013]當待加熱空間的溫度低于用戶輸入的期望溫度時，壓縮機可增大工作頻率。[0014]根據(jù)本公開的另一方面，一種通過室氣空間和制冷劑之間的熱交換以及制冷劑和循環(huán)水之間的熱交換加熱待加熱空間的熱泵，所述熱泵包括:室外單元，包括使制冷劑循環(huán)的壓縮機和使制冷劑蒸發(fā)以在制冷劑和室外空氣之間進行熱交換的室外換熱器；水電單元，包括室內換熱器和循環(huán)泵，室內換熱器使制冷劑冷凝以在制冷劑和循環(huán)水之間進行熱交換，循環(huán)泵將循環(huán)水泵入待加熱空間；室外溫度感測單元，感測室外空氣的溫度；控制單元，通過以基于室外溫度感測單元的感測結果計算的允許最大頻率操作壓縮機來計算壓縮機的平均工作頻率，基于平均工作頻率和允許最大頻率之間的比較結果重新計算允許最大頻率，以及重新計算的允許最大頻率操作壓縮機。
[0015]控制單元可基于重新計算的允許最大頻率重新計算待加熱空間的熱負荷。
[0016]當平均工作頻率小于計算的允許最大頻率與誤差系數(shù)的積時，控制單元可通過從計算的允許最大頻率減去預定頻率來重新計算允許最大頻率。
[0017]當平均工作頻率等于或大于計算的允許最大頻率時，控制單元可通過將計算的允許最大頻率和預定頻率相加來重新計算允許最大頻率。
[0018]控制單元可通過將壓縮機在壓縮機的工作過程中的工作頻率的積分值除以壓縮機的工作時間來計算平均工作頻率。
[0019]水電單元還可包括副加熱器，副加熱器加熱已與制冷劑換熱的循環(huán)水。
[0020]所述熱泵還可包括通過循環(huán)水加熱待加熱空間的加熱單元。
[0021]加熱單元可包括:加熱閥，打開和關閉循環(huán)水的水流；輸入單元，接收用戶輸入的期望溫度；室內溫度感測單元，感測待加熱空間的溫度。而且，加熱單元可根據(jù)期望溫度與室內溫度感測單元的感測結果之間的比較結果控制加熱閥的打開和關閉。
[0022]如果待加熱空間的溫度低于用戶輸入的期望溫度，則控制單元可增大壓縮機的工作頻率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]通過下面結合附圖對實施例進行的描述，本公開的這些和/或其它方面將變得清楚并更易于被理解，在附圖中:
[0024]圖1是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵的視圖；
[0025]圖2是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵的制冷劑的循環(huán)的視圖；
[0026]圖3是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵的循環(huán)水的循環(huán)的視圖；
[0027]圖4是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵的整體控制流程的框圖；
[0028]圖5是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵的第一加熱單元的控制流程的框圖；
[0029]圖6是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵的第二加熱單元的控制流程的框圖；
[0030]圖7是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵的壓縮機的工作頻率的視圖；
[0031]圖8是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵的加熱性能的視圖；
[0032]圖9是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵的性能系數(shù)(COP)的視圖；
[0033]圖10是示出在根據(jù)本公開實施例的熱泵在COP優(yōu)選模式下工作的情況下初始熱負荷的視圖；
[0034]圖11是示出在根據(jù)本公開實施例的熱泵在COP優(yōu)選模式下工作的情況下熱泵的COP的視圖；[0035]圖12是示出在根據(jù)本公開實施例的熱泵在COP優(yōu)選模式下工作的情況下熱泵的控制方法的流程圖；
[0036]圖13是示出在根據(jù)本公開實施例的熱泵在COP優(yōu)選模式下工作的情況下熱泵的加熱性能的變化的視圖；
[0037]圖14是示出在根據(jù)本公開實施例的熱泵在COP優(yōu)選模式下工作的情況下熱泵的COP的變化的視圖。
【具體實施方式】
[0038]現(xiàn)在將詳細描述本公開的實施例，本公開的實施例示出在附圖中，其中，相同的標號始終表示相同的組件。
[0039]圖1是示出根據(jù)本公開的一個實施例的熱泵I的視圖。
[0040]參照圖1，根據(jù)本公開實施例的熱泵I包括水電單元(hydro unit) 100、室外單元200、熱水箱300、第一加熱單元400和第二加熱單元500。
[0041]水電單元100包括:主體110，形成水電單元100的外觀；主輸入單元151，設置在主體110 —側的部分處并接收用戶輸入的用于將電能供應至熱泵I并執(zhí)行熱泵I的操作模式的控制指令；主顯示單元153，設置在主體110 —側的部分處并顯示操作信息，諸如熱泵I的操作模式等。
[0042]這里,主輸入單元151可包括例如按鈕型開關、膜片開關(membrane switch)或觸摸面板，主顯示單元153可包括例如液晶顯示(IXD)面板或發(fā)光二極管(LED)面板。然而，主輸入單元151和主顯示單元153不限于此。
[0043]盡管根據(jù)本公開實施例的熱泵I的水電單元100包括分開設置的主輸入單元151和主顯示單元153，但是本公開的實施例不限于此，并且水電單元100可包括接收用戶輸入的控制指令并顯示熱泵I的操作信息的觸摸屏面板(TSP)。
[0044]水電單元100被放置在室內，并執(zhí)行制冷劑和循環(huán)水之間的熱交換。具體地講，水電單元100通過制冷劑的潛熱加熱循環(huán)水。
[0045]室外單元200被放置在室外，并包括主體210和出口 220，其中，主體210形成室外單元200的外觀，出口 220設置在主體210 —側的部分處并排放室外單元200內的已熱交
換的空氣。
[0046]熱水箱300包括:儲水器310，形成熱水箱300的外觀并儲存水電單元100加熱的循環(huán)水；熱水箱閥320，打開和關閉供應至儲水器310的循環(huán)水的水流。
[0047]第一加熱單兀400設置在第一待加熱空間，并包括散熱器410、第一加熱閥420和第一溫度調節(jié)器430。散熱器410將循環(huán)水的熱輻射到第一待加熱空間以加熱第一待加熱空間，第一加熱閥420打開和關閉供應給散熱器410的循環(huán)水的水流。此外，第一溫度調節(jié)器430通過將第一待加熱空間的溫度與用戶輸入的期望溫度進行比較來控制第一加熱閥420的打開和關閉。
[0048]第二加熱單元500設置在第二待加熱空間內，并包括地面加熱器(underf 10rheater) 510、第二加熱閥520和第二溫度調節(jié)器530。地面加熱器510將循環(huán)水的熱提供至第二待加熱空間的地面以加熱第二待加熱空間，第二加熱閥520打開和關閉供應給地面加熱器510的循環(huán)水的水流。此外，第二溫度調節(jié)器530通過將第二待加熱空間的溫度與用戶輸入的期望溫度進行比較來控制第二加熱閥520的打開和關閉。
[0049]盡管根據(jù)本公開實施例的熱泵I包括具有一個散熱器410的第一加熱單元400和具有一個地面加熱器510的第二加熱單元，但是本公開的實施例不限于此。例如，至少一個加熱單元可包括至少一個散熱器或至少一個地面加熱器，或者既包括至少一個散熱器又包括至少一個地面加熱器。
[0050]圖2是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵I的制冷劑的循環(huán)的視圖。圖2中的箭頭表示制冷劑的循環(huán)方向。
[0051]參照圖2，根據(jù)本公開實施例的熱泵I的制冷劑通過壓縮機233、室內換熱器133、膨脹閥235和室外換熱器237沿制冷劑通道231進行循環(huán)。
[0052]壓縮機233安裝在室外單元200中，使用通過從外部電源供應的電能而旋轉的壓縮機驅動電機(未示出)的旋轉力將低壓氣相的制冷劑壓縮至制冷劑可被冷凝的壓力，并將高壓的被壓縮的氣相的制冷劑泵送到室內換熱器133。在壓縮機233產生的壓力的作用下，制冷劑可通過室內換熱器133、膨脹閥235和室外換熱器237沿制冷劑通道231進行循環(huán)。
[0053]壓縮機233壓縮的高壓氣相的制冷劑沿制冷劑通道231移動到室內換熱器133。
[0054]室內換熱器133安裝在水電單元100中。由于制冷劑通道231和循環(huán)水通道131在室內換熱器133中相互交叉，所以室內換熱器133執(zhí)行制冷劑和循環(huán)水之間的熱交換。
[0055]具體地講，室內換熱器133使高壓氣相的制冷劑冷凝，在高壓氣相的制冷劑的冷凝過程中通過從制冷劑釋放的潛熱加熱循環(huán)水。更具體地講，當制冷劑從氣相變成液相時，制冷劑釋放氣相的制冷劑的內能和液相的制冷劑的內能之間的差那么多的熱能，并且室內換熱器133將制冷劑釋放的熱提供給循環(huán)水以加熱循環(huán)水。
[0056]例如，室內換熱器133可包括螺旋換熱器(SHE)或板式換熱器(PHE)，其中，在螺旋換熱器(SHE)中，形成有兩個螺旋通道，并且制冷劑和循環(huán)水穿過各自的通道以實現(xiàn)它們之間的熱交換；在板式換熱(Pffi)器中，多個傳熱板堆疊，并且制冷劑和循環(huán)水在傳熱板之間交替流動以實現(xiàn)它們之間的熱交換。
[0057]室內換熱器133壓縮的高壓液相的制冷劑沿制冷劑通道231移動到膨脹閥235。
[0058]膨脹閥235安裝在室外單元200中，并對高壓液相的制冷劑解壓縮。具體地講，膨脹閥235通過節(jié)流(throttling)將高壓液相的制冷劑解壓縮到制冷劑可被蒸發(fā)的壓力，其中，在節(jié)流過程中，當流體穿過諸如噴嘴或孔的窄通道時，即使在不與外部進行熱交換的情況下也會降低流體的壓力。
[0059]通過膨脹閥235解壓縮的低壓液相的制冷劑沿制冷劑通道231移動到室外換熱器237。
[0060]室外換熱器237安裝在室外單元200中，并使低壓液相的制冷劑蒸發(fā)。具體地講，隨著室外換熱器237中的制冷劑從液相變?yōu)闅庀鄷r，制冷劑從外部吸收液相的制冷劑的內能和氣相的制冷劑的內能之間的差那么多的熱能。
[0061]如上所述，由于室外換熱器237在低壓液相的制冷劑的蒸發(fā)過程中被冷卻，所以在室外單元200中安裝室外風扇237a，室外風扇237a強力地吹散室外換熱器237周圍的空氣以有助于熱交換。
[0062]通過室外換熱器237蒸發(fā)的低壓氣相的制冷劑沿制冷劑通道231移動到壓縮機233。[0063]如上所述，在制冷劑通過壓縮機233、室內換熱器133、膨脹閥235和室外換熱器237沿制冷劑通道231循環(huán)時，制冷劑在室外換熱器237中從室外空氣吸收熱能，并將熱能提供給室內換熱器133中的循環(huán)水。
[0064]圖3是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵I的循環(huán)水的循環(huán)的視圖。
[0065]參照圖3，根據(jù)本公開的實施例的熱泵I的循環(huán)水通過室內換熱器133、副加熱器135、循環(huán)水泵137、熱水箱300、第一加熱單元400和第二加熱單元500沿循環(huán)水通道131循環(huán)。
[0066]室內換熱器133安裝在水電單元100內(如上所述)，并且使用氣相的制冷劑被冷凝時產生的潛熱來加熱循環(huán)水。在以上對制冷劑的循環(huán)的描述中已經描述了室內換熱器133，因此將省略對它的詳細描述。
[0067]通過室內換熱器133加熱的循環(huán)水沿循環(huán)水通道131被提供到副加熱器135。
[0068]副加熱器135安裝在水電單元100內，并且包括接收來自外部的電能并發(fā)出焦耳熱的電熱絲(未示出)。如果從室內換熱器133供應給循環(huán)水的熱能由于室外空氣溫度過低而導致不足時，副加熱器135可給循環(huán)水提供額外的熱能。
[0069]通過室內換熱器133和副加熱器135加熱的循環(huán)水沿循環(huán)水通道131移動到循環(huán)水泵137。
[0070]循環(huán)水泵137安裝在水電單元100內，并且利用通過從外部電源供應的電能而旋轉的循環(huán)水泵驅動電機(未示出)的旋轉力將循環(huán)水泵送到熱水箱300、第一加熱單元400和第二加熱單元500中的至少一個(將在后面描述)。
[0071]熱水箱300包括儲水器310和熱水箱閥320，第一加熱單元400包括散熱器410、第一加熱閥420和第一溫度調節(jié)器430 (見圖1)，第二加熱單元500包括地面加熱器510、第二加熱閥520和第二溫度調節(jié)器530 (見圖1)。在以上對熱泵I的結構的描述中已經描述了熱水箱300、第一加熱單元400和第二加熱單元500的各自的組件，因此將省略對它們的詳細描述。
[0072]通過熱水箱300、第一加熱單元400或第二加熱單元500冷卻的循環(huán)水沿循環(huán)水通道131被提供到室內換熱器133，然后被再次加熱。即，循環(huán)水從室內換熱器133和副加熱器135接收熱能，并將熱能傳遞到第一待加熱空間、第二待加熱空間和熱水箱300的熱水。
[0073]圖4是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵I的整體控制流程的框圖。
[0074]如圖4所示,為了執(zhí)行熱泵I的功能,熱泵I包括主輸入單元151、主顯示單元153、室外空氣溫度感測單元240、水溫感測單元140、主存儲單元180、主通信單元190、主控制單元160、驅動單元170、壓縮機233、室外風扇137a、副加熱器135、循環(huán)水泵137、膨脹閥235和熱水箱閥320。
[0075]以上已經描述了主輸入單元151、主顯示單元153、壓縮機233、室外風扇237a、副加熱器135、循環(huán)水泵137、膨脹閥235和熱水箱閥320，因此將省略對它們的詳細描述。
[0076]室外空氣溫度感測單元240設置在室外單元200中，測量室外溫度并將測量的室外溫度提供給主控制單元160。例如，這種室外空氣溫度感測單元240可包括熱敏電阻器，熱敏電阻器的電阻根據(jù)溫度而變化。
[0077]水溫感測單元140設置在熱水箱300內，測量儲存在熱水箱300中的循環(huán)水的溫度并將測量的循環(huán)水的溫度提供給主控制單元160。例如，水溫感測單元140也可包括熱敏電阻器。
[0078]主存儲單元180存儲控制熱泵I的操作的程序以及數(shù)據(jù)，并且當主控制單元160做出請求時，主存儲單元180將各種數(shù)據(jù)提供給主控制單元160。例如，主存儲單元180可存儲壓縮機233的最大工作頻率、最小工作頻率以及允許最大頻率、根據(jù)壓縮機223的工作頻率和室外溫度的熱泵I的加熱性能以及根據(jù)室外溫度的待加熱空間的熱負荷。
[0079]主通信單元190通過第一加熱單元400或第二加熱單元500從用戶接收控制指令，并將熱泵I的操作信息傳輸?shù)降谝患訜釂卧?00和第二加熱單元500。
[0080]主控制單元160控制熱泵I的全部操作。
[0081]基于用戶通過主輸入單元151輸入的控制指令、通過主通信單元190從用戶接收的控制指令以及室外空氣溫度感測單元240和水溫感測單元140的感測結果，主控制單元160控制驅動單元170以操作壓縮機233、副加熱器135和循環(huán)水泵137，控制膨脹閥235和熱水箱閥320的打開和關閉，并在主顯示單元153上顯示熱泵I的操作信息。
[0082]具體地講，當用戶通過主輸入單元151輸入水加熱指令時，主控制單元160控制驅動單元170，以操作壓縮機233使得制冷劑吸收的外部熱能被傳遞到循環(huán)水并操作循環(huán)水泵135，并且主控制單元160打開熱水箱閥320以將循環(huán)水儲存在熱水箱300中。
[0083]此外，當通過主通信單元190從用戶接收操作指令時，主控制單元160控制驅動單元170，以操作壓縮機233使得制冷劑吸收的外部熱能被傳遞到循環(huán)水，并操作循環(huán)水泵137使得熱能通過循環(huán)水被提供到第一待加熱空間或第二待加熱空間。
[0084]圖5是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵I的第一加熱單元400的控制流程的框圖，圖6是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵I的第二加熱單元500的控制流程的框圖。
[0085]參照圖5，為了加熱第一待加熱空間，第一加熱單元400包括第一子輸入單元431、第一子顯示單元433、第一室內溫度感測單元435、第一子存儲單元450、第一子通信單元460、第一子控制單兀440和第一加熱閥420。
[0086]以上在對加熱泵I的結構的描述中已經描述了第一加熱閥420，因此將省略對它的詳細描述。
[0087]第一子輸入單元431設置在第一溫度調節(jié)器430 —側的部分上，并接收是否操作第一加熱單元400的指令以及第一待加熱空間的用戶期望溫度。這種第一子輸入單元431可包括按鈕式開關、膜片開關和/或撥盤式開關。例如，可通過例如按鈕式開關或膜片開關輸入是否操作第一加熱單元400的指令，并且可通過例如撥盤式開關輸入第一待加熱空間的用戶期望溫度。
[0088]第一子顯示單元433設置在第一溫度調節(jié)器430 —側的部分上并顯示第一加熱單元400的操作信息和第一待加熱空間的溫度。例如，這種第一子顯示單元433可包括液晶顯示(IXD)面板或發(fā)光二極管(LED)面板。
[0089]第一室內溫度感測單元435設置在第一溫度調節(jié)器430 —側的部分上，測量第一待加熱空間的溫度并將測量結果提供給第一子控制單元440。例如，第一室內溫度感測單元435可包括熱敏電阻器，熱敏電阻器的電阻隨著溫度而變化。
[0090]第一子存儲單元450存儲控制第一加熱單元400的程序和數(shù)據(jù)(諸如第一待加熱空間的用戶期望溫度)，并且當?shù)谝蛔涌刂茊卧?40做出請求時，第一子存儲單元450將各種數(shù)據(jù)提供給第一子控制單元440。[0091 ] 第一子通信單元460通過主通信單元將用戶通過第一子輸入單元431輸入的控制指令傳輸?shù)街骺刂茊卧?60，并從主控制單元160接收熱泵I的操作信息。
[0092]第一子控制單元440控制第一加熱單元400的全部操作。
[0093]第一子控制單元440基于用戶通過第一子輸入單元431輸入的控制指令和第一室內溫度感測單元435的感測結果控制第一加熱閥420的打開和關閉，通過第一子通信單元460將用戶輸入的控制指令傳輸?shù)街骺刂茊卧?60，并控制第一子顯示單元433以顯示第一待加熱空間的溫度和熱泵I的操作信息。
[0094]具體地講，當用戶通過第一子輸入單元431輸入操作指令時，第一子控制單元440通過第一子通信單元460將用戶輸入的操作指令傳輸至主控制單元160，打開第一加熱閥420以將加熱的循環(huán)水供應給散熱器410，并控制第一子顯示單元433以顯示熱被提供給第一待加熱空間。
[0095]參照圖6，為了加熱第二待加熱空間，第二加熱單元500包括第二子輸入單元531、第二子顯示單元533、第二室內溫度感測單元535、第二子存儲單元550、第二子通信單元560、第二子控制單元540和第二加熱閥520。
[0096]以上在對熱泵I的結構的描述中已經描述了第二加熱閥520，因此將省略對它的詳細描述。
[0097]第二子輸入單元531設置在第二溫度調節(jié)器530 —側的部分上，并接收是否操作第二加熱單元500的指令以及第二待加熱空間的用戶期望溫度。這種第二子輸入單元531的結構與在第一加熱單元400中描述的第一子輸入單元430的結構相同，因此將省略對它的詳細描述。
[0098]第二子顯示單元533設置在第二溫度調節(jié)器530 —側的部分上，并顯示第二加熱單元500的操作信息和第二待加熱空間的溫度。這種第二子顯示單元533的結構與在第一加熱單元400中描述的第一子顯示單元433的結構相同，因此將省略對它的詳細描述。
[0099]第二室內溫度感測單元535被設置在第二溫度調節(jié)器530 —側的部分上，測量第二待加熱空間的溫度并將測量的結果提供給第二子控制單元540。這種第二室內溫度感測單元535的結構與在第一加熱單元400中描述的第一室內溫度感測單元435的結構相同，因此將省略對它的詳細描述。
[0100]第二子存儲單元550存儲控制第二加熱單元500的操作的程序和數(shù)據(jù)(諸如第二待加熱空間的用戶期望溫度)，并且當?shù)诙涌刂茊卧?40做出請求時，第二子存儲單元550將各種數(shù)據(jù)提供給第二子控制單元540。
[0101]第二子通信單元560通過主通信單元190將用戶通過第二子輸入單元531輸入的控制指令傳輸?shù)街骺刂茊卧?60，并從主控制單元160接收熱泵I的操作信息。
[0102]第二子控制單元540控制第二加熱單元500的全部操作。
[0103]第二子控制單元540基于用戶通過第二子輸入單元531輸入的控制指令和第二室內溫度感測單元535的感測結果來控制第二加熱閥的打開和關閉，通過第二子通信單元560將用戶輸入的控制指令傳輸至主控制單元160，并控制第二子顯示單元533以顯示第二待加熱空間的溫度和熱泵I的操作信息。
[0104]以上已經描述了根據(jù)本公開實施例的熱泵I的結構。在下文中，將描述根據(jù)本公開實施例的熱泵I的操作。[0105]根據(jù)本公開實施例的熱泵I根據(jù)用戶通過第一加熱單元400或第二加熱單元500輸入的操作指令來操作壓縮機233和循環(huán)水泵137，因而加熱第一待加熱空間和第二待加熱空間。
[0106]例如，如果用戶通過設置在第一加熱單元400中的第一子輸入單元431輸入的期望溫度高于第一室內溫度感測單元435感測的第一待加熱空間的溫度，則第一加熱單元400通過第一子通信單元460將用戶輸入操作指令這一事實傳輸至主控制單元160，并打開第一加熱閥420。已經從第一加熱單元400接收到用戶輸入的操作指令的主控制單元160操作壓縮機233以在設置在水電單元100中的室內換熱器133中執(zhí)行制冷劑和循環(huán)水之間的熱交換，并操作循環(huán)泵137以將通過室內換熱器133加熱的循環(huán)水提供給第一加熱單元400。熱泵I通過將加熱的循環(huán)水提供給第一加熱單元400來加熱第一待加熱空間。
[0107]如果熱泵I操作至少一個壓縮機233來加熱第一待加熱空間和第二待加熱空間，如上所述，則熱泵I可通過改變壓縮機233的工作頻率來改變加熱性能。
[0108]通常，設置壓縮機的額定工作頻率，其中，壓縮機的壓縮效率在額定工作頻率時最大。即，當壓縮機以高于額定工作頻率的頻率工作時或者以低于額定工作頻率的頻率工作時，壓縮機的壓縮效率降低。此外，設置壓縮效率達到預定設置值以上的最大工作頻率和最小工作頻率，并且壓縮機在最大工作頻率和最小工作頻率之間工作。這里，可考慮安裝有壓縮機的熱泵的性能系數(shù)(COP)和加熱性能以及壓縮機的壓縮效率來設置壓縮機的最大工作頻率。具體地講，為了提高C0P，壓縮機的最大工作頻率可根據(jù)室外溫度而變化。
[0109]圖7是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵I的壓縮機233的工作頻率的視圖。當室外溫度升高時，壓縮機233的工作頻率H、f2、f3、f4和f5會發(fā)生變化。例如，當室外溫度在Ta和Tb之間升高時，最大工作頻率從n下降到f3，而最小工作頻率f5不發(fā)生變化。區(qū)域R定義了壓縮機233的最大工作頻率和最小工作頻率之間的工作頻率范圍。
[0110]如圖7中所示，在根據(jù)本公開實施例的熱泵I中，如果室外溫度高，為了使熱泵I的COP最大化，壓縮機233的最大工作頻率被設定成等于額定工作頻率f3，如果室外溫度低，為了提高熱泵I的加熱性能，壓縮機233的最大工作頻率被設定成高于額定工作頻率f3o類似地，熱泵I的加熱能力隨著壓縮機233的工作頻率而變化。
[0111]圖8是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵I的加熱性能的視圖。
[0112]參照圖8，當室外溫度固定時，熱泵I的加熱性能隨著壓縮機233的工作頻率的增大而提高，并且當壓縮機233的工作頻率固定時，熱泵I的加熱性能隨著室外溫度的升高而提高。熱泵I通過在室外換熱器233中通過制冷劑吸收外部熱能并在室內換熱器133中將熱能提供給循環(huán)水來執(zhí)行加熱，因此，熱泵I的加熱性能隨著室外溫度的升高而提高。
[0113]區(qū)域R對應于熱泵I僅通過熱交換而沒有副加熱器135的操作所執(zhí)行的加熱性倉泛。
[0114]圖9是示出根據(jù)本公開實施例的熱泵I的性能系數(shù)(COP)的視圖。
[0115]參照圖9，當室外溫度固定時，熱泵I的COP隨著壓縮機233的工作頻率的降低而增大，并且當壓縮機233的工作頻率固定時，熱泵I的COP隨著室外溫度的升高而增大。
[0116]當壓縮機233以高頻工作時，比待加熱空間所需要的熱能多的熱能被供應至待加熱空間。由此，待加熱空間的溫度過度升高，因此熱泵I使壓縮機233的工作停止。之后，當待加熱空間的溫度降低時，熱泵I再次使壓縮機233工作。由于熱泵I重復壓縮機233的工作和停止，所以熱泵I的COP降低。另一方面，當壓縮機233以低頻工作時，熱泵I連續(xù)操作壓縮機233，從而提供待加熱空間所需的熱能，因此，可提高熱泵I的C0P。
[0117]參照圖8和圖9，當壓縮機233的工作頻率增大時，熱泵I的加熱性能趨于升高，當壓縮機的工作頻率增大時，熱泵I的COP趨于降低。
[0118]因此，根據(jù)本公開實施例的熱泵I根據(jù)熱泵I的加熱性能和COP在加熱性能優(yōu)選模式和COP優(yōu)選模式下進行工作。
[0119]在加熱性能優(yōu)選模式的情況下，熱泵I可以以最大工作頻率操作壓縮機233，因此表現(xiàn)出最大加熱性能。
[0120]關于壓縮機233的工作頻率，熱泵I執(zhí)行比例積分微分(PID)控制，在PID控制中，用戶輸入的期望溫度和待加熱空間的溫度之間的差被用作輸入值。即，熱泵I使壓縮機233的工作頻率增大直至待加熱空間的溫度達到用戶輸入的期望溫度。由于待加熱空間的溫度隨著壓縮機233的工作頻率的變化而變化進行地相當慢，所以壓縮機233的工作頻率連續(xù)增大，并且當壓縮機233的工作頻率達到最大工作頻率時，工作頻率不再進一步增大。此外，如上所述，由于待加熱空間的溫度隨著壓縮機233的工作頻率的變化而變化進行地相當慢，所以壓縮機233通常以最大工作頻率進行工作。
[0121]當壓縮機233以最大工作頻率進行工作時，重復壓縮機233的工作和停止，因此，熱泵I的COP會降低。
[0122]在COP優(yōu)選模式下，熱泵I根據(jù)待加熱空間所要求的加熱性能(在下文中，稱作“熱負荷”)以適當?shù)墓ぷ黝l率操作壓縮機233，因此充分加熱待加熱空間的同時使COP最大化。當熱泵I以最小工作頻率操作壓縮機233以使COP最大化時，COP得以提高，但是適當?shù)臒釠]有被提供到待加熱空間。因此，熱泵I計算待加熱空間的熱負荷，并設定壓縮機233的工作頻率以表現(xiàn)出于熱負荷對應的加熱性能。
[0123]熱泵I計算待加熱空間的熱負荷以計算壓縮機233的適當工作頻率，并將與計算的熱負荷對應的壓縮機233的工作頻率設置成壓縮機233的允許最大頻率。允許最大頻率指的是壓縮機233表現(xiàn)出與熱泵I計算的熱負荷對應的加熱性能的工作頻率，如果熱泵I在COP優(yōu)選模式下工作，則壓縮機233并不以高于設定的允許最大頻率進行工作。
[0124]熱泵I的設計者不知道將使用熱泵I的待加熱空間的熱負荷，因此，基于使用熱泵I的待加熱空間的平均熱負荷根據(jù)室外溫度設置初始熱負荷。此外，允許最大頻率根據(jù)熱泵I的設計者設定的初始熱負荷而設置。
[0125]圖10是示出在根據(jù)本公開實施例的熱泵I在COP優(yōu)選模式下工作的情況下熱負荷的視圖。
[0126]具體地講，圖10示出了根據(jù)室外溫度的熱泵I的熱負荷和加熱性能，其中，室外溫度位于最大室外溫度Tmax和最小室外溫度Tmin之間,在最大室外溫度Tmax下待加熱空間不需要加熱，在最小室外溫度Tmin下熱泵I可正常工作。
[0127]參照圖10，如果室外溫度為Tmax，則待加熱空間不需要加熱并且熱負荷對應于“0”，如果室外溫度為Tmin，則初始熱負荷對應于熱泵I可表現(xiàn)出的最大加熱性能Cmax。此夕卜，隨著室外溫度的降低，待加熱空間所要求的加熱性能(即，熱負荷)逐漸增大。
[0128]在區(qū)域R和初始熱負荷相互交叉的室外溫度Ta和Tb之間，熱泵I可通過僅操作壓縮機233而無需操作副加熱器135就可以充分地加熱待加熱空間。具體地講，如果室外溫度是Tb，則熱泵I僅通過以最小工作頻率f5操作壓縮機233就可以充分地加熱待加熱空間，如果室外溫度是Ta，則熱泵I可通過以最大工作頻率fl操作壓縮機233來加熱待加熱空間。
[0129]因此，在室外溫度Ta和Tb之間，通過以工作頻率操作壓縮機233，可將充分的熱提供給待加熱空間，從而表現(xiàn)出與待加熱空間的熱負荷相同的加熱性能。例如，當室外溫度是T1時，熱負荷是Cl，并且可通過以工作頻率f3操作壓縮機233將充足的熱提供給待加熱空間。
[0130]因此，當室外溫度位于Ta和Tb之間時，壓縮機233的允許最大頻率為在對應溫度下熱泵I表現(xiàn)出與待加熱空間的熱負荷相同的加熱性能時的工作頻率。
[0131]在高于室外溫度Tb的室外溫度下，熱泵I以最小工作頻率操作壓縮機233并且壓縮機233的打開/關閉操作被重復，從而將熱提供給待加熱空間，其中，在室外溫度Tb下，熱泵I通過換熱器的最小加熱性能大于熱負荷。此外，在低于室外溫度Ta的室外溫度下，熱泵I以最大工作頻率連續(xù)操作壓縮機233的同時操作副加熱器135，從而將熱提供給待加熱空間，其中，在室外溫度1\下，熱泵I通過換熱器的最大加熱性能小于熱負荷。
[0132]因此，如果室外溫度低于Ta，壓縮機233的允許最大頻率等于最大工作頻率fl，如果室外溫度高于TB，則壓縮機233的允許最大頻率等于最小工作頻率f5。
[0133]總之，如果室外溫度低于Ta，則壓縮機233的允許最大頻率等于最大工作頻率，如果室外溫度在Ta和Tb之間，則壓縮機233的允許最大頻率等于壓縮機233的工作頻率，從而表現(xiàn)出與待加熱空間的熱負荷相同的加熱性能，如果室外溫度高于Tb，則壓縮機233的允許最大頻率等于最小工作頻率。
[0134]圖11是示出在根據(jù)本公開實施例的熱泵在COP優(yōu)選模式下操作的情況下的COP的視圖。
[0135]如圖11中所示，如果在COP優(yōu)選模式下操作熱泵I，則當室外溫度是Ta時，COP為COPa,當室外溫度是T1時，COP為COP1,當室外溫度為Tb時，COP為C0PB。
[0136]圖12是示出了在根據(jù)本公開的一個實施例的熱泵I在COP優(yōu)選模式下工作的情況下，熱泵I的控制方法的流程圖。
[0137]參照圖12，熱泵I確定用戶是否通過設置在水電單元100中的主輸入單元151選擇了 COP優(yōu)選模式(操作700)。
[0138]之后，熱泵I通過室外空氣溫度感測單元240感測室外溫度(操作710)，并基于熱負荷和感測的室外溫度計算允許最大頻率(操作720)。具體地講，熱泵I可使用根據(jù)存儲在主存儲單元180中的室外溫度的熱負荷以及根據(jù)熱泵I的加熱性能的壓縮機233的工作頻率計算熱負荷和允許最大頻率。
[0139]之后，熱泵I通過操作壓縮機233加熱待加熱空間(操作730)。這里，壓縮機233不以高于在操作720中計算的允許最大頻率的工作頻率工作。
[0140]其后，熱泵I確定在熱泵I的操作之后是否已經流逝了參考累計工作時間(操作740)。具體地講，熱泵I確定在允許最大頻率為在操作720計算的工作頻率的條件下在熱泵I的操作之后是否已經流逝了參考累計工作時間。
[0141]當確定沒有流逝參考累計工作時間時，熱泵I確定熱泵I的操作是否終止(操作742)。具體地講，當用戶輸入操作終止指令或待加熱空間的溫度高于用戶輸入的期望溫度時，熱泵I終止操作。如果熱泵I的操作被保持，則再次確定是否已經流逝了參考累計工作時間。
[0142]當確定已經流逝了參考累計工作時間時，熱泵I計算參考累計工作時間的壓縮機233的平均工作頻率(操作750)?？赏ㄟ^對實際工作頻率和參考累計工作時間的單位時間的積求積分，然后將得到的值除以參考累計工作時間來獲得壓縮機233的平均工作頻率。
[0143]之后，熱泵I將操作720中計算的允許最大頻率和誤差系數(shù)a的積與平均工作頻率進行比較(操作760)。誤差系數(shù)a是大于0且小于I的實數(shù)，并且當誤差系數(shù)a接近I時，平均工作頻率和允許最大頻率之間的誤差減小。例如，誤差系數(shù)a可為0.9。
[0144]當允許最大頻率和誤差系數(shù)a的積大于平均工作頻率時，熱泵I將壓縮機233的允許最大頻率減小預定頻率Af (操作762)。在操作720中計算的最大允許頻率和誤差系數(shù)a的積大于平均工作頻率的事實意味著，如果以在操作720中計算的允許最大頻率操作壓縮機233，則壓縮機233重復開/關操作。即，這意味著熱泵I的加熱性能大于待加熱空間的熱負荷。因此，熱泵I可通過降低壓縮機233的允許最大頻率來降低加熱性能并提高C0P。
[0145]之后，熱泵I計算熱泵I的與在操作762中計算的允許最大頻率對應的加熱性能(操作780)。
[0146]之后，熱泵I將在操作780中計算的加熱性能存儲為在操作710中感測的室外溫度下的熱負荷(操作790)。
[0147]當在操作720中計算的最大允許頻率和誤差系數(shù)a的積等于或小于壓縮機233的平均工作頻率時，熱泵I將平均工作頻率與允許最大頻率進行比較(操作770)。在操作720中計算的最大允許頻率和誤差系數(shù)a的積小于平均工作頻率的事實意味著，如果以在操作720中計算的允許最大頻率操作壓縮機233，則壓縮機233的開/關操作被最小化并且熱泵I提供的加熱性能近似于或小于待加熱空間的熱負荷。因此，確定熱泵I提供的加熱性能是否小于待加熱空間的熱負荷，并且為了確定熱泵I提供的加熱性能是否小于待加熱空間的熱負荷，熱泵I將平均工作頻率與壓縮機233的允許最大頻率進行比較。
[0148]當壓縮機233的平均工作頻率大于或等于在操作720中計算的允許最大頻率時，熱泵I將壓縮機233的允許最大頻率增大預定頻率Af (操作772)。因此，壓縮機233的平均工作頻率大于或等于允許最大頻率的事實意味著，如果以在操作720中計算的允許最大頻率操作壓縮機233，則壓縮機233連續(xù)工作而不進行開/關操作。壓縮機233以在操作720中計算的允許最大頻率連續(xù)工作的事實意味著熱泵I的加熱性能小于待加熱空間的熱負荷，因此，熱泵I連續(xù)工作。因此，熱泵I通過增大壓縮機233的允許最大頻率來提高C0P。
[0149]之后，熱泵I計算熱泵I的與在操作772中計算的允許最大頻率對應的加熱性能(操作780)。
[0150]之后，熱泵I將在操作780中計算的加熱性能存儲為在操作710中感測的室外溫度下的熱負荷(操作790)。
[0151]當壓縮機233的平均工作頻率小于在操作720中計算的允許最大頻率時，熱泵I再次感測室外溫度并重復上述的操作。壓縮機233的平均工作頻率大于在操作720中計算的最大允許頻率和誤差系數(shù)a的積并小于允許最大頻率的事實意味著，如果以在操作720中計算的允許最大頻率操作壓縮機233，則熱泵I的加熱性能與待加熱空間的熱負荷相似，并且它意味著熱泵I充分加熱了待加熱空間并且熱泵I的COP被最大化。
[0152]圖13是示出了在根據(jù)本公開實施例的熱泵I在COP優(yōu)選模式下工作的情況下，熱泵I的加熱性能的變化的視圖，圖14是示出了在根據(jù)本公開實施例的熱泵I在COP優(yōu)選模式下工作的情況下，熱泵I的COP的變化的視圖。在圖13中，熱泵I的設計者設定的初始熱負荷用點表示，安裝有熱泵I的待加熱空間的實際熱負荷用實線表示。
[0153]如圖13中所示，基于初始熱負荷，在室外溫度是T1的情況下，待加熱空間的熱負荷是Cl，使熱泵I表現(xiàn)出加熱性能Cl的壓縮機233的工作頻率為f3。因此，壓縮機233的允許最大頻率為f3。S卩，不以高于f3的工作頻率來操作壓縮機233。
[0154]然而，在室外溫度是T1的情況下，實際熱負荷是Cl ’，在熱泵I的加熱性能是Cl ’的情況下，壓縮機233的工作頻率是f4。因此，當熱泵I以允許最大頻率f3操作壓縮機233時，壓縮機233重復打開/關閉，并且壓縮機233的平均工作頻率為f4。
[0155]由于壓縮機233的平均工作頻率小于壓縮機233的允許最大頻率f3，所以熱泵I減小壓縮機233的允許最大頻率直到壓縮機233的允許最大頻率變成f4。
[0156]當壓縮機233的允許最大頻率變成f4時，熱泵I的加熱性能等于待加熱空間的熱負荷。S卩，熱泵I充分加熱了待加熱空間，并且熱泵I的COP被最大化。
[0157]參照圖14，當在壓縮機233的允許最大頻率是f3的條件下熱泵I基于設計者設定的初始熱負荷操作壓縮機233時，熱泵I的COP變成COPl。在下文中，當熱泵I降低壓縮機233的允許最大頻率時，熱泵I的COP提高，并且當壓縮機233的允許最大頻率變成f4時，熱泵I的COP變成C0P1’。因此，熱泵I的COP從COPl提高到C0P1’。
[0158]如從以上描述將清楚的是，根據(jù)本公開的一個實施例的熱泵計算待加熱空間的熱負荷并根據(jù)計算的熱負荷改變壓縮機的工作頻率，因而提高了性能系數(shù)(C0P)。
[0159]盡管已經示出并描述了本公開的幾個實施例，但是本領域的技術人員將理解的是，在不脫離本公開的原理和精神的情況下，可在這些實施例中做出改變，本公開的范圍限定在權利要求及其等同物中。
【權利要求】
1.一種通過室外空氣和制冷劑之間的熱交換以及制冷劑和循環(huán)水之間的熱交換加熱待加熱空間的熱泵的控制方法，所述控制方法包括以下步驟: 基于室外空氣的溫度和待加熱空間的熱負荷計算壓縮機的允許最大頻率； 計算壓縮機以計算的允許最大頻率工作時壓縮機的平均工作頻率； 基于平均工作頻率和允許最大頻率之間的比較結果重新計算允許最大頻率；以及 以重新計算的允許最大頻率操作壓縮機。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，所述控制方法還包括基于重新計算的允許最大頻率重新計算待加熱空間的熱負荷。
3.根據(jù)權利要求2所述的控制方法，其中，重新計算允許最大頻率的步驟包括:當平均工作頻率小于計算的允許最大頻率與誤差系數(shù)的積時，從計算的允許最大頻率減去預定頻率。
4.根據(jù)權利要求2所述的控制方法，其中，重新計算允許最大頻率的步驟包括:當平均工作頻率等于或大于計算的允許最大頻率時，將計算的允許最大頻率和預定頻率相加。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的控制方法，其中，通過將壓縮機在壓縮機的工作過程中的工作頻率的積分值除以壓縮機的工作時間來計算平均工作頻率。
6.根據(jù)權利要求2所述的控制方法，其中，當待加熱空間的溫度低于用戶輸入的期望溫度時，壓縮機增大工作頻率。
7.一種通過室外空氣`和制冷劑之間的熱交換以及制冷劑和循環(huán)水之間的熱交換加熱待加熱空間的熱泵，所述熱泵包括: 室外單元，包括使制冷劑循環(huán)的壓縮機和使制冷劑蒸發(fā)以在制冷劑和室外空氣之間進行熱交換的室外換熱器； 水電單元，包括室內換熱器和循環(huán)泵，室內換熱器使制冷劑冷凝以在制冷劑和循環(huán)水之間進行熱交換，循環(huán)泵將循環(huán)水泵入待加熱空間； 室外溫度感測單元，感測室外空氣的溫度； 控制單元，通過以基于室外溫度感測單元的感測結果計算的允許最大頻率操作壓縮機來計算壓縮機的平均工作頻率，基于平均工作頻率和允許最大頻率之間的比較結果重新計算允許最大頻率，以及重新計算的允許最大頻率操作壓縮機。
8.根據(jù)權利要求7所述的熱泵，其中，控制單元基于重新計算的允許最大頻率重新計算待加熱空間的熱負荷。
9.根據(jù)權利要求8所述的熱泵，其中，當平均工作頻率小于計算的允許最大頻率與誤差系數(shù)的積時，控制單元通過從計算的允許最大頻率減去預定頻率來重新計算允許最大頻率。
10.根據(jù)權利要求8所述的熱泵，其中，當平均工作頻率等于或大于計算的允許最大頻率時，控制單元通過將計算的允許最大頻率和預定頻率相加來重新計算允許最大頻率。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的熱泵，其中，控制單元通過將壓縮機在壓縮機的工作過程中的工作頻率的積分值除以壓縮機的工作時間來計算平均工作頻率。
12.根據(jù)權利要求8所述的熱泵，其中，水電單元還包括副加熱器，副加熱器加熱已與制冷劑換熱的循環(huán)水。
13.根據(jù)權利要求12所述的熱泵，其中，所述熱泵還包括通過循環(huán)水加熱待加熱空間的加熱單元。
14.根據(jù)權利要求13所述的熱泵，其中， 加熱單元包括:加熱閥，打開和關閉循環(huán)水的水流；輸入單元，接收用戶輸入的期望溫度；室內溫度感測單元，感測待加熱空間的溫度；以及 加熱單元根據(jù)期望溫度與室內溫度感測單元的感測結果之間的比較結果控制加熱閥的打開和關閉。
15.根據(jù)權利要求14所述的熱泵，其中，如果待加熱空間的溫度低于用戶輸入的期望溫度，則控制單元增大壓 縮機的工作頻率。
【文檔編號】F25B49/02GK103776213SQ201310513357
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權日:2012年10月25日
【發(fā)明者】鄭東云, 金成九, 樸昌緒, 吳宰爀, 全容賢 申請人:三星電子株式會社