1.一种实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器,其特征在于:包括冷媒回路、水控制回路和变频控制器;所述冷媒回路包括蒸发器、气液分离器、压缩机、热交换器、储液罐、膨胀阀和过滤器;所述蒸发器连接气液分离器,气液分离器连接压缩机,压缩机与热交换器连接;所述热交换器与储液灌连接,出液灌经膨胀阀与过滤器连接,过滤器与蒸发器连接;所述水控制回路包括水箱、水泵、三通阀、单向截止阀、气压罐、压力表、回水温度传感器、四通阀和开度调节阀;所述水箱与热交换器连接,水箱的出水口连接水泵,水泵经三通阀连接有单向截止阀,所述单向截止阀连接有出水管路,出水管路连接有回水管路;所述四通阀的1端与热交换器连接,2端与三通阀连接,3端与回水管路连接,4端连接有进水管路;所述气压罐和压力表连接在出水管路上;所述回水温度传感器设置在回水管路上;所述开度调节阀连接在进水管路上;所述变频控制器分别与压缩机、水箱、水泵、压力表、四通阀、回水温度传感器、开度调节阀电连接;所述变频控制器还连接有环境温度传感器、相对湿度传感器、出风口处温度传感器和出风口处相对湿度传感器;
在除霜工作时,获取压缩机吸热效能偏离度和相对湿度变化率,利用隶属度函数对压缩机吸热效能偏离度和相对湿度变化率进行模糊化,再将模糊化的压缩机吸热效能偏离度和相对湿度变化率作为模糊规则的输入,完成模糊推理,通过解模糊化运算得到准确的结霜程度;最后变频控制器依据获取的结霜程度进行除霜控制;
变频控制器通过采集环境温度、环境相对湿度、蒸发器出风口温度、蒸发器出风口相对湿度、管网水压和回水末端温度,进而控制冷媒回路和水控制回路的运行,实现空气能热水器的制热工作和除霜工作;
在制热工作时,冷媒回路中的制冷剂在蒸发器铜管中吸收空气中的热能而气化,经气液分离器和压缩机压缩为高温高压的气体后,在热交换器中将热能释放给流经此处的水,对其进行加热;释放热能后,制冷剂经过储液罐、膨胀阀和过滤器后再次回到蒸发器进行下一次热交换;
在制热工作模式下,水控制回路实现包括循环加热工作状态、回水加热工作状态和恒温恒压供水三种工作状态;在循环加热工作状态中,变频控制器在没有检测到用户用水和回水管路中末端回水温度过低的条件时,将四通阀的1端与2端连通,水从水箱流出,依次经过水泵、三通阀、四通阀和热交换器后再次回到水箱;变频控制器采样水箱水温并执行水温控制算法之后,协调压缩机运行参数和水泵运行参数,在实现水箱水温恒定的同时达到热水器效能最优;在回水加热工作状态中,变频控制器在检测到末端回水温度低于设定回水末端温度下限阈值时,将四通阀的1端与3端连通,水从水箱流出,依次经过水泵、三通阀、单向截止阀、出水管路、回水管路、四通阀和热交换器后再次回到水箱;变频控制器通过控制水泵的转速和压缩机的功率,快速将管道中的低温水进行加热,并将水箱中的高温水注入到管道中,直至回水末端温度达到设定回水末端温度上限阈值;在恒温恒压供水状态中,变频控制器通过压力表检测到用户用水时,将四通阀的1端与4端连通,热水从水箱流出,依次经过水泵、三通阀、单向截止阀和出水管路到达用户使用端,给用户提供满足要求的热水,水泵的运行转速由供水恒压控制算法确定水泵运行频率,实现用户用水压力的稳定;水箱中减少的热水通过控制开度调节阀的开度进行补充;与此同时,变频控制器运行水温控制算法,实时调节压缩机的功率,对由开度调节阀注入的低温水进行加热,确保水箱水温的温度;
所述除霜工作是将电振动器安装于蒸发器盘型铜管周围,变频控制器通过驱动振动器电源实现谐振应力破霜,将附着在铜管上的冰霜破碎为小冰霜,并通过振动将大部分破碎冰霜振落;同时通过调节加热除霜单元驱动电源输出电流,使得电热除霜单元产生的热量迅速被附着的已经破碎的冰霜吸收,加快除霜进程;
所述变频控制器内设有结霜预测算法,通过结霜预测算法进行结霜预测,步骤如下:
(1)、获取当天环境温度Tamb、环境相对湿度Hamb,判断空气能热水器当前是否处于结霜运行边界范围;如果是,则进入步骤(2);否则,退出;
(2)、在ΔT时间内,分别获取出风口处温度 出风口处相对湿度 风扇运行转速nfan、风扇截面积Sfan和压缩机的功率Pcomp;计算风扇出口的空气流量 空气质量mair=ρ(Tamb,Hamb)×Qair、空气热量交换量 和平均热交换量
(3)、计算压缩机的平均功率
(4)、计算压缩机平均吸热效能
(5)、计算压缩机吸热效能偏离度 其中: 为正常运行吸热效能
的临界最小值;
(6)、计算相对湿度变化率
(7)、利用隶属度函数对压缩机吸热效能偏离度λΔ和相对湿度变化率λH进行模糊化;
(8)、将λΔ和λH模糊化后的值作为模糊规则的输入,完成模糊推理;
(9)、通过解模糊化运算得到准确的结霜程度α。
2.根据权利要求1所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器,其特征在于:所述蒸发器包括盘型铜管,盘型铜管上紧贴或者缠绕有电热除霜单元。
3.根据权利要求2所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器,其特征在于:所述盘型铜管周围安装有多个电振动器。
4.根据权利要求3所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器,其特征在于:所述电振动器的不动部分固定在室外机的端面上,电振动器的活动部分与盘型铜管均存在间距。
5.根据权利要求1所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器,其特征在于:根据获取的结霜程度进行除霜,步骤如下:①、获取结霜程度α;
②、依据函数δ=s(α)和F=f(α),计算出结霜程度为α时电振动器所需产生的力δ和频率F;依据函数 计算电振动器产生力δ和频率F时驱动电源输出电流向量 依据函数Ihot=h(α),计算出结霜程度为α时电热除霜单元对应的电流值Ihot;
③、将 和Ihot分别作为电振动器驱动电源输出电流参考值和电热除霜单元电源输出电流参考值,并对其进行控制;
④、驱动电振动器和热除霜单元进行除霜。