一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法技术

本发明专利技术公开一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法，其特征是：所述的热泵热水器加热水系统采用大直热叠加小循环加热水方式，根据三个控制原则设计，第一，保证出水温度，以提高储热水箱的容积利用率；第二，控制制冷剂最佳冷凝压力，保证出热功率最大化；第三，增大冷凝热水加热器的水流速，使换热能力最优；加热方式是：自来水进水进混合水箱，与分流热水混合，经循环泵送入冷凝热水加热器加热，通过出水流量调节阀，向储热水箱送与进水量相等的热水；调控混合水流量，以满足三个调控原则，推导出了调控参数之间的关系，介绍具体实施例，实验证明，本发明专利技术方法比传统直热式和循环式热泵热水器提高出热率20-25%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热泵热水器技术和节能领域。。
技术介绍
热泵热水器是利用制冷工质经过压缩、冷凝、节流、蒸发的循环，在蒸发器蒸发，低温制冷剂吸收空气能，在冷凝器冷凝，高温制冷剂加热水，在压缩过程补充高品位的电能，使零位的空气能或低品位的冷水能提升，得到温度较高的热水，热水热量等于输入电能和吸收空气能的总和。因此，用热泵热水器制热水，比用电热水器节能。但是，热泵热水器在性能系数COP低，输出热功率低，热水出水量少，是热泵热水器最大不足。设法提高空气源热泵热水器冬季输出功率和效率是热泵行业的重要课题。热泵热水器加热水有两种方式，一种是直热式，一种是循环式。（1）直热式，是通过热泵的热水换热器一次加热的方式把把自来水加热到出水需要的温度，国家标准要到55℃，冬季进水温度一般在5-10℃，一次加热需要使水温升45-50℃。冬季气温很低，空气源换热器（蒸发器的蒸发温度更低，制冷剂的蒸气压和密度都很低，压缩机的转速不变，压缩机吸气的制冷剂流率也很低，压缩机输出功率也很小。所以，冬季直热式热泵热水器不仅COP值低（1.8-2.2），而且出水量也只有标准工况的1/8，为夏季出水量的1/20。（2）循环式，是把热泵的热水换热器，储热水箱和循环水泵用管路连成加热水循环回路，每次循环水升温4-5℃。满水箱的冷水要经过很长时间多次循环才能从自来水的温度升高到达需要温度。（3）两种加热方式比较究竟是直热式热泵热水器好，还是循环式好，行业界一直争论，未有明确结论，行业标准也只规定两种加热方式热泵的测试标准。直热式热泵热水器的好处是储热水箱的热水温度稳定，水箱的热水允许一直到用完；与循环式相比，每天用热水量相同时，直热式所使用的水箱容积比较小，又无需消耗循环水泵功；除冬季以外，热泵的COP值较高；但是在冬季，因为气温低，进水温度低，出水量也只有标准工况的1/8，流经冷凝器的水流速只有正常设计工况的1/8，冷凝器的传热系数大大降低，更影响了热泵的性能。循环式热泵热水器的好处是流经冷凝器的水流速恒定，冷凝器的传热系数稳定，但是，循环加热方式的制冷剂系统，循环的低压等于蒸发器的压力，取决于环境气温，冬天蒸发压力是低的；循环的高压等于冷凝器压力，是与储热水箱的温度相关，冬天自来水温度很低，储热水箱的初始温度也很低，冷凝压力也低，热泵的输出功率随冷凝压力变化，冷凝压力低热泵输出功率小。所以冬季循环式的储热水箱的水温如果很低是很难把冷水加热的。如果把水箱的初始水温用昨天的剩余热水参混，则储热水箱的容积利用率水箱的初始水温的升高而成比例下降；另外，循环加热式的热泵，随储热水箱的水温不断升高，制冷剂高低压力差不断变化，而节流器是固定的，所以制冷系统匹配效果不好，制冷系统的不可逆损失大。但是，当热水温度接近需要的出水温度，例如55℃，循环式热泵热水器相比直热式的制冷剂冷凝压力高几个大气压，COP值就相对降低了。循环式热泵热水器总体效果不好，只在某个工况下运行效率和输出功率才最好，我们通过理论模拟和实验掌握这规律。
技术实现思路
鉴于专利技术人通过长期研究，充分认识现有的热泵热水器两种加热方式的不足，提出一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法，可以稳定热泵热水器在最佳设计工况运行，充分发挥直热式和循环式加热的优点，又避免二者缺点的热泵热水器小循环大直热热水加热法，可以在冬季提高输出热量20-25%。本专利技术的技术方案一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法，包括一台或多台热泵热水器，用户的储热水箱，热泵热水器的加热水系统；其特征在于：所述的热泵热水器的加热水系统，包括冷凝热水加热器，混合水箱，循环水泵，进水或出水流量调节阀，循环分流热水量调节阀，进水、出水和循环水的温度探头，冷凝压力探头，进水阀，进水电磁阀和水加热信号采集控制系统；所述的加热水系统是一种大直热叠加小循环的加热水系统；所述的大直热叠加小循环加热水的水路连接方式是：冷凝热水加热器的进水口与循环水泵的出水口连接，冷凝热水加热器的出水管连接三通接头后分两路，一路安装有出水流量调节阀后，与用户的储热水箱进水口连接，一路安装有循环分流热水量调节阀、单向阀后，与混合水箱的循环进水口连接；混合水箱的另一个进水口与自来水管连接，在进水管上安装有进水阀和进水电磁阀；在出水管、进水管和循环泵出水管上分别安装有进水、出水和循环水的温度探头。所述的一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法，其特征在于：所述的加热水系统是根据三个调控原则进行：第一，通过调节进水水量，保证送往用户储热水箱的出水温度到达用户要求，以提高储热水箱的容积利用率；第二，通过调节冷凝热水加热器的水温或混合水温度，控制制冷剂最佳冷凝压力，保证热泵循环处于最佳效率和输出功率协同优化区；第三，通过调节冷凝热水加热器的水流速，即混合循环水流量，使冷凝热水加热器有较高的换热效率；所述的空气源热泵热水器的水加热系统的三个调控原则之间是相互关联的；设单位时间的进水流量为M1，热水出水流量为M2，混合循环水流量为M3，热水回补混水箱的循环分流热水量为M4，进水、出水和混合水的摄氏温度分别为T1、T2和T3，实时的热泵制热量为Q。上述参数的关系是：M3(T2－T3)=M1(T2－T1)=Q(1)M3=M1+M4(2)M1=M2=Q/(T2－T1)(3)M1T1+M4T2=T3(M1+M4)(4)由方程(1)得混合循环水流量与进水流量的关系，记为X3，X3=M3/M1=(T2－T1)/(T2－T3)(5)循环分流热水量M4与进水量M1的比例关系，记为X4X4=X3－1(6)T3=(T1+X4T2)/X3(7)在上述的参数中，进水温度T1是由当时当地的自来水温度确定，出水温度T2为控制目的参数，是在设备安全限制下根据用户需求确定；进水流量M1与出水流量M2相等，其一作为调整变量，由热泵的制热量Q除以出水与进水的温度差(T2－T1)确定；混合循环水流量M3与循环分流热水量M4，在进水流量M1或出水流量M2确定后，根据方程(2)或(6)也就确定了，混合循环水流量M3与循环分流热水量M4之一与混合水的温度T3的关系由方程(5)或(7)确定，选择混合循环水流量M3或循环分流热水量M4之一为调整变量，控制目的参数选择混合水的温度T3或混合循环水流量M3，并兼顾满足第二、第三控制条件来确定；具体方法是，逐步调整其中一个参数，测试系统输出热量达到最高值时，记录下混合水的温度T3和混合循环水流量M3最优值T30和M30，任意确定其一为固定目的参数，在实际运行中另一个参数为跟定参数。所述的一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法，其特征在于：所述的热泵热水器的加热水系统的进水流量或出水流量调节，是由出水温度探头提供实时的出水温度T2，通过信号采集控制系统的内部程序，与设定出水基准温度T20进行比较，利用比较的偏离量，对出水流量调节阀或进水流量调节阀的开度进行比例调节。所述的一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法，其特征在于：所述的热泵热水器的加热水系统的混合循环水流量M3、循环分流热水量为M4和混合水的温度T3的调节，是由混合水的温度探头提供实时的混合水出水温度T3，通过信号采集控制系统的内部程序，与设定的混合水箱基准出水温度T30进行比较，利用比较的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法，包括一台或多台热泵热水器，用户的储热水箱，热泵热水器的加热水系统；其特征在于：所述的热泵热水器的加热水系统，包括冷凝热水加热器，混合水箱，循环水泵，进水或出水流量调节阀，循环分流热水量调节阀，进水、出水和循环水的温度探头，冷凝压力探头，进水阀，进水电磁阀和水加热信号采集控制系统；所述的加热水系统是一种大直热叠加小循环的加热水系统；所述的大直热叠加小循环加热水的水路连接方式是：冷凝热水加热器的进水口与循环水泵的出水口连接，冷凝热水加热器的出水管连接三通接头后分两路，一路安装有出水流量调节阀与用户的储热水箱进水口连接，一路安装有循环分流热水量调节阀、单向阀与混合水箱的循环进水口连接；混合水箱的另一个进水口与自来水管连接，在进水管上安装有进水阀和进水电磁阀；在出水管、进水管和循环泵出水管上分别安装有进水、出水和循环水的温度探头。

【技术特征摘要】
1.一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法，包括一台或多台热泵热水器，用户的储热水箱，热泵热水器的加热水系统；其特征在于：所述的热泵热水器的加热水系统，包括冷凝热水加热器，混合水箱，循环水泵，进水或出水流量调节阀，循环分流热水量调节阀，进水、出水和循环水的温度探头，冷凝压力探头，进水阀，进水电磁阀和水加热信号采集控制系统；所述的加热水系统是一种大直热叠加小循环的加热水系统；所述的大直热叠加小循环加热水的水路连接方式是：冷凝热水加热器的进水口与循环水泵的出水口连接，冷凝热水加热器的出水管连接三通接头后分两路，一路安装有出水流量调节阀与用户的储热水箱进水口连接，一路安装有循环分流热水量调节阀、单向阀与混合水箱的循环进水口连接；混合水箱的另一个进水口与自来水管连接，在进水管上安装有进水阀和进水电磁阀；在出水管、进水管和循环泵出水管上分别安装有进水、出水和循环水的温度探头。2.根据权利要求1，所述的一种使热泵热水器冬季出热最大化的加热水方法，其特征在于：所述的加热水系统是根据三个调控原则进行：第一，通过调节进水水量，保证送往用户储热水箱的出水温度到达用户要求，以提高储热水箱的容积利用率；第二，通过调节冷凝热水加热器的水温或混合水温度，控制制冷剂最佳冷凝压力，保证热泵循环处于最佳效率和输出功率协同优化区；第三，通过调节冷凝热水加热器的水流速，即混合循环水流量，使冷凝热水加热器有较高的换热效率；所述的空气源热泵热水器的水加热系统的三个调控原则之间是相互关联的；设单位时间的进水流量为M1，热水出水量为M2，混合循环水流量为M3，热水回补混水箱的循环分流热水量为M4，进水、出水和混合水的摄氏温度分别为T1、T2和T3，实时的热泵制热量为Q；上述参数的关系是：M3(T2－T3)=M1(T2－T1)=Q(1)M3=M1+M4(2)M1=M2=Q/(T2－T1)(3)M1T1+M4T2=T3(M1+M4)(4)由方程(1)得混合循环水流量与进水流量的关系，记为X3，X3=M3/M1=(T2－T1)/(T2－T3)(5)循环分流热水量M4与进水量M1的比例关系，记为X4X4=X3－1(6)T3=(T1+X4T2)/X3(7)在上述的参数中，进水温度T1是由当时当地的自来水温度确定，出水温度T2为控制目的参数，是在设备安全限制下根据用户需求确定；进水流量M1与出水流量M2相等，其一作为调整变量，由热泵的制热量Q除以出水与进水的温度差(T2－T1)确定；混合循环水流量M3与循环分流热水量M4，在进水流量M1或出水流量M2确定后，根据方程(2)或(6)也就确定了，混合循环水流量M3与循环分流热水量M4之一与混合水的温度T3的关系由方程(5)或(7)确定，选择混合循环水流量M3或循环分流热水量M4之一为调整变量，控制目的参数选择混合水的温度T3或混合循环水流量M3，并兼顾满足第二、第三控制条件来确定；具体方法是，逐步调整其中一个参...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈则韶，
申请(专利权)人：陈则韶，
类型：发明
国别省市：安徽;34