空氣源熱泵系統(tǒng)原理、組成及調(diào)試

空氣源熱泵系統(tǒng)原理、組成及調(diào)試

01引言

熱泵是一種將低溫?zé)嵩吹臒崮苻D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩吹难b置。通常用于熱泵裝置的低溫?zé)嵩词俏覀冎車慕橘|(zhì)—空氣、地表水、地下水、中水、消防水或者是從工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中排出介質(zhì)，這些介質(zhì)常與周圍介質(zhì)具有相接近的溫度。根據(jù)低溫?zé)嵩吹牟煌?，熱泵一般可分為：空氣源、水源、地源。本文?duì)空氣源熱泵系統(tǒng)的組成、原理及調(diào)試進(jìn)行介紹。

02空氣源熱泵系統(tǒng)的基本原理

它主要是由壓縮機(jī)、熱交換器、軸流風(fēng)扇、保溫水箱、水泵、儲(chǔ)液罐、過(guò)濾器、節(jié)流裝置和電子自動(dòng)控制器等組成。接通電源后，軸流風(fēng)扇開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，室外空氣通過(guò)蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，溫度降低后的空氣被風(fēng)扇排出系統(tǒng)，同時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)部的介質(zhì)吸熱汽化被吸入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)將這種低壓介質(zhì)氣體壓縮成高溫、高壓氣體送入冷凝器，被水泵強(qiáng)制循環(huán)的水也通過(guò)冷凝器，被介質(zhì)加熱后送去供用戶使用，而介質(zhì)被冷卻成液體，該液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流降溫后再次流入蒸發(fā)器，如此反復(fù)循環(huán)工作，空氣中的熱能被熱泵不斷送到水中，使保溫水箱里的水溫逐漸升高，最 后達(dá)到所需的溫度，可以作為供暖用水或洗浴用水，這就是空氣源熱泵系統(tǒng)的基本工作原理。

03空氣源熱泵機(jī)組主要設(shè)備及作用

熱泵熱水器是由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、軸流風(fēng)扇、過(guò)濾器、節(jié)流裝置和電子自動(dòng)控制器等組成。其中壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)約流裝置稱為四大部件。

1.壓縮機(jī)

作用：壓縮機(jī)將低壓氣體提升為高壓的一種從動(dòng)流體機(jī)械，它是制冷系統(tǒng)的心臟，它從吸氣管吸入低溫低壓的制冷劑氣體，通過(guò)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)活塞對(duì)其進(jìn)行壓縮后，向排氣管排出高溫高壓的制冷劑氣體，為制冷循環(huán)提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)壓縮→冷凝→膨脹→蒸發(fā)(吸熱)的制冷循環(huán)。

常見(jiàn)種類：旋轉(zhuǎn)式；渦旋式；螺桿式家用機(jī)組一般采用旋轉(zhuǎn)式。商用機(jī)組一般采用渦旋式和螺桿式。

（1）旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)

工作原理：旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的電機(jī)無(wú)需將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而是直接帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)活塞作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成對(duì)制冷劑蒸氣的壓縮過(guò)程。

優(yōu)點(diǎn)：由于活塞作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，壓縮工作圓滑平穩(wěn)、平衡。另外旋轉(zhuǎn)式空壓機(jī)沒(méi)有余隙容積，無(wú)再膨脹氣體的干擾，因此具有壓縮效率高、零部件少、體積小、重量輕、平衡性能好、噪音低、防護(hù)措施完備和耗電量小等優(yōu)點(diǎn)。常規(guī)1-2.5P采用的是旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。

（2）渦旋式壓縮機(jī)

工作原理：渦旋式壓縮機(jī)是由一個(gè)固定的漸開(kāi)線渦旋盤(pán)和一個(gè)呈偏心回旋平動(dòng)的漸開(kāi)線運(yùn)動(dòng)渦旋盤(pán)組成可壓縮容積的壓縮機(jī)。

優(yōu)點(diǎn)：渦旋壓縮機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其成為當(dāng)今世界節(jié)能壓縮機(jī)。渦旋壓縮機(jī)主要運(yùn)行件渦盤(pán)只有齪合沒(méi)有磨損，因而壽命更長(zhǎng)，被譽(yù)為免維修壓縮機(jī)。渦旋壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小、工作環(huán)境寧?kù)o，又被譽(yù)為“超靜壓縮機(jī)”。渦旋式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)新穎、精密，具有體積小、噪音低、重量輕、振動(dòng)小、能耗小、壽命長(zhǎng)、輸氣連續(xù)平穩(wěn)、運(yùn)行可靠、氣源清潔等優(yōu)點(diǎn)。渦旋式壓縮機(jī)一般用小型熱泵設(shè)備，常規(guī)3-10HP采用的是渦旋式壓縮機(jī)。

2.節(jié)流裝置

作用：

a.節(jié)流降壓：將來(lái)自冷凝器的中溫高壓液態(tài)制冷劑進(jìn)行節(jié)流，以降低其溫度和壓力，使進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑成為飽和溫度較低的濕蒸氣，確保制冷劑在低溫下沸騰，以降低進(jìn)入車內(nèi)空氣的溫度。

b.調(diào)節(jié)流量：根據(jù)制冷負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷劑流量，使制冷系統(tǒng)始終保持最適宜的制冷量。

c.防止掖擊和過(guò)熱：根據(jù)蒸發(fā)器出口處的溫度控制制冷劑流量，以確保制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)完全汽化，防止壓縮機(jī)產(chǎn)生液擊現(xiàn)象；與此同時(shí)，將制冷劑蒸氣過(guò)熱溫度控制在一定范圍內(nèi)，從而防止異常過(guò)熱現(xiàn)象的發(fā)生。

常見(jiàn)種類：電子膨脹閥；熱力膨脹閥；毛細(xì)管。

（1）熱力膨脹閥

工作原理：熱力膨脹閥是通過(guò)感受蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑的過(guò)熱度來(lái)控制進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。熱力膨脹閥由感應(yīng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)和閥體組成。感應(yīng)機(jī)構(gòu)中充注氟利昂介質(zhì)，感溫包設(shè)置在蒸發(fā)器出口處，其出口處溫度與蒸發(fā)溫度之間存在溫差，通常稱為過(guò)熱度。

（2）電子膨脹閥

工作原理：控制器通過(guò)對(duì)傳感器采集得到的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，向驅(qū)動(dòng)板發(fā)出調(diào)節(jié)指令，由驅(qū)動(dòng)板向電子膨脹閥輸出電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電子膨脹閥的動(dòng)作。電子膨脹閥從全閉到全開(kāi)狀態(tài)其用時(shí)僅需幾秒鐘，反應(yīng)和動(dòng)作速度快，不存在靜態(tài)過(guò)熱度現(xiàn)象，且開(kāi)閉特性和速度均可人為設(shè)定。

特點(diǎn)：對(duì)于熱力膨脹閥，當(dāng)環(huán)境溫度較低，其感溫包內(nèi)部的感溫介質(zhì)的壓力變化大大減小，嚴(yán)重影響了調(diào)節(jié)性能。而對(duì)于電子膨脹閥，其感溫部件為熱電偶或熱電阻，它們?cè)诘蜏叵峦瑯幽軠?zhǔn)確反應(yīng)出過(guò)熱度的變化。因此，在冷藏庫(kù)的凍結(jié)間等低溫環(huán)境中，電子膨脹閥也能提供較好的流量調(diào)節(jié)。

3.蒸發(fā)器

工作原理：蒸發(fā)器是制冷四大件中很重要的一個(gè)部件，低溫的冷凝“液”體通過(guò)蒸發(fā)器，與外界的空氣進(jìn)行熱交換，“氣”化吸熱，達(dá)到制冷的效果?？諝庠礄C(jī)組采用翅片蒸發(fā)器。水地源機(jī)組采用板式換熱器。

4.冷凝器

工作原理：將管子中的熱量，以很快的方式，將熱量帶走而運(yùn)轉(zhuǎn)的，把氣體或蒸氣轉(zhuǎn)變成液體的裝置。

常見(jiàn)種類：殼管式換熱器（常規(guī)熱水機(jī)組），鈦管式換熱器（泳池機(jī)組），套管換熱器（風(fēng)冷模塊機(jī)組）。

5.水泵

（1）水泵的定義：利用動(dòng)力機(jī)的機(jī)械能，傳給并排出水體的機(jī)械。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是傳輸液體或者是給液體增壓的裝置。而水泵在熱水工程中主要起以下兩種作用：

a.實(shí)現(xiàn)水箱和機(jī)組之間的水路循環(huán)，習(xí)慣上稱為循環(huán)泵。

b.給熱水供水提供壓力。習(xí)慣上稱為增壓泵。

（2）增壓泵的控制方式

增壓泵主要由以下幾種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供水：

a.通過(guò)流量開(kāi)關(guān)來(lái)控制通過(guò)流量開(kāi)關(guān)檢測(cè)管路流量，當(dāng)流量小于設(shè)定值時(shí)，給水泵開(kāi)啟信號(hào)，開(kāi)啟水泵，當(dāng)流量高于設(shè)定值時(shí)關(guān)閉水泵。

b.通過(guò)自動(dòng)增壓裝置來(lái)控制通過(guò)自動(dòng)增壓裝置檢測(cè)管路水壓，當(dāng)水壓小于設(shè)定值時(shí)，給水泵開(kāi)啟信號(hào)，開(kāi)啟水泵，當(dāng)水壓高于設(shè)定值時(shí)關(guān)閉水泵。

c.通過(guò)變頻恒壓系統(tǒng)來(lái)控制變頻恒壓系統(tǒng)的水泵電機(jī)以軟啟動(dòng)方式啟動(dòng)后開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，由遠(yuǎn)傳壓力表檢測(cè)供水管網(wǎng)實(shí)際壓力，管網(wǎng)實(shí)際壓力與設(shè)定壓力經(jīng)過(guò)比較后輸出偏差信號(hào)，由偏差信號(hào)控制調(diào)整變頻器輸出的電源頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力不斷向設(shè)定壓力趨近。這個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)通過(guò)不斷檢測(cè)、不斷調(diào)整的反復(fù)過(guò)程實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力恒定，從而使水泵根據(jù)需水量自動(dòng)調(diào)節(jié)供水量，達(dá)到節(jié)能節(jié)水的目的。

04空氣源熱泵機(jī)組系統(tǒng)組成

1.概述

在標(biāo)況下系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自來(lái)水流經(jīng)機(jī)組一次升溫5℃。將保溫水箱中的水循環(huán)加熱至設(shè)定溫度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在天氣比較寒冷區(qū)域，機(jī)組能穩(wěn)定運(yùn)行。

循環(huán)大小水箱工程系統(tǒng)圖循環(huán)機(jī)組使用加熱水箱和儲(chǔ)熱水箱分離設(shè)計(jì)，機(jī)組集中熱量加熱小水箱（加熱水箱），使其溫度到達(dá)設(shè)定溫度后將熱水放至大水箱（儲(chǔ)熱水箱），如此循環(huán)動(dòng)作。此系統(tǒng)適用于連續(xù)性供水且熱水需求量較大的酒店、賓館、工廠、醫(yī)院等場(chǎng)所，水溫波動(dòng)小。

2.回水系統(tǒng)

當(dāng)用戶長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，水管中的水溫降低，為了節(jié)約用水，水管中的水自動(dòng)回到水箱中?；厮苈钒惭b電磁閥，當(dāng)回水管道水溫小于設(shè)定的回水溫度且低于水箱溫度5℃時(shí)，電磁閥開(kāi)啟，增壓水泵開(kāi)啟，將水管中的冷水排放到水箱中。當(dāng)管道溫度高于設(shè)定溫度，電磁閥與水泵停止工作，保證用戶一開(kāi)龍頭就有熱水出水。

3.補(bǔ)水系統(tǒng)

加熱水箱加水采用水位補(bǔ)水，在水箱內(nèi)設(shè)置高、中、低三個(gè)水位，當(dāng)?shù)陀谥兴粫r(shí)主機(jī)給電磁閥信號(hào)，電磁閥開(kāi)啟補(bǔ)水，當(dāng)高于中水位時(shí),主機(jī)給電磁閥信號(hào)，電磁閥關(guān)閉補(bǔ)水結(jié)束。

05空氣源熱泵機(jī)組系統(tǒng)組成

系統(tǒng)安裝完畢后，應(yīng)該對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行檢查：先總體檢查下整個(gè)工的水系統(tǒng)和電控系統(tǒng)是否安裝好，接線是否牢固，該開(kāi)的閥門(mén)是否打開(kāi)，該關(guān)的是否關(guān)閉。然后再送電，用萬(wàn)用表檢查電源是否正常，再開(kāi)機(jī)。

開(kāi)機(jī)后需要檢查的幾個(gè)要點(diǎn)：

1.機(jī)組的補(bǔ)水系統(tǒng)是否正常補(bǔ)水，補(bǔ)到高水位后，電磁閥是否關(guān)閉，低于高水位后電磁閥是否再次通電補(bǔ)水。

2.機(jī)組的循環(huán)水泵是否能把水抽進(jìn)主機(jī)，如果水泵啟動(dòng)了，但是水不循環(huán)，就要對(duì)水泵進(jìn)行排空，直到水能正常的循環(huán)起來(lái)。

3.機(jī)組運(yùn)行時(shí)的高壓壓力和低壓壓力是否正常，風(fēng)機(jī)吹出的風(fēng)是否感覺(jué)到?jīng)鏊勉Q形表檢測(cè)機(jī)組運(yùn)行電流，觀察是否正常，機(jī)組無(wú)異常噪音。

4.檢查工程的供水系統(tǒng)能否提供足夠的壓力給用戶，是否受控制。

5.正常運(yùn)行一段時(shí)間后，水溫能夠加熱到設(shè)定溫度停機(jī)，且水溫低于設(shè)定溫度5℃后能夠正常啟動(dòng)。