環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘 要】對(duì)目前常見(jiàn)的家用熱泵空調(diào)器冷凝熱回收各方案進(jìn)行探討，為環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)的設(shè)計(jì)提供了可借鑒的資料。介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，并根據(jù)設(shè)計(jì)原則及借鑒了各類(lèi)冷凝熱回收方案后設(shè)計(jì)出環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)。結(jié)合系統(tǒng)各模式下的系統(tǒng)流程圖，簡(jiǎn)單敘述了環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)不同模式下的運(yùn)行模式方案。

【關(guān)鍵詞】空調(diào)；熱泵；回收；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 家用熱泵空調(diào)器冷凝熱回收流程設(shè)計(jì)方案探討

目前，不少空調(diào)器廠家、科研機(jī)構(gòu)及個(gè)人提出了不少回收家用熱泵空調(diào)器冷凝熱的方案，申報(bào)了數(shù)十個(gè)專(zhuān)利，但被廠家選中可用者甚少。這是由于市場(chǎng)和廠家需要是能同時(shí)兼?zhèn)洵h(huán)保節(jié)能，運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)便，成

本低廉，工藝簡(jiǎn)單，安裝方便并經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明是優(yōu)良的方案。這也是本課題設(shè)計(jì)環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)的冷凝熱回收方案設(shè)計(jì)原則。以下通過(guò)比較目前常用的空調(diào)器改造成可兼制熱水裝置方案的優(yōu)劣，確定本課題的系統(tǒng)流程。

1.1 前置串聯(lián)式冷凝熱回收方案

這種連接方式是將冷凝熱回收裝置串聯(lián)在四通換向閥及室外機(jī)之間（如圖1所示）。目前大多數(shù)關(guān)于家用熱泵空調(diào)器冷凝熱回收專(zhuān)利的熱回收系統(tǒng)都采用該類(lèi)連接方式。這種連接方式具有可實(shí)現(xiàn)三種工作模式（即夏季制冷模式、制冷兼制熱水模式及冬季單獨(dú)采暖模式）以及系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單，易于操作等優(yōu)勢(shì)。但該連接方式也存在著工作模式少、夏季因儲(chǔ)水箱內(nèi)溫度變化而使系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、冬季無(wú)法制得生活用熱水等弊端。圖3 并聯(lián)獨(dú)立回路式冷凝熱回收方案示意圖

綜合比較以上三種連接方式，不難發(fā)現(xiàn)第三種連接方式制熱水的節(jié)能性最佳，運(yùn)行模式及功能較多，適用于更多的季節(jié)，但控制復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性差。因此本文最終選擇在熱回收裝置的連接方式上借鑒并聯(lián)獨(dú)立回路式方案，但又充分利用串聯(lián)方式控制簡(jiǎn)單和系統(tǒng)可靠的優(yōu)點(diǎn)。

2 環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)系統(tǒng)流程方案的確定

2.1 環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)原則

為積極響應(yīng)《19屆蒙特利爾議定書(shū)關(guān)于耗損臭氧層物質(zhì)締約方大會(huì)》規(guī)定，加速HCFCS的替代步伐，回收空調(diào)冷凝熱，減少城市的熱島效應(yīng)，使常規(guī)熱泵空調(diào)器的能源得以合理利用，本文將致力于研發(fā)使用環(huán)保工質(zhì)R290，并將制冷、制熱及熱水供應(yīng)結(jié)合在一起的節(jié)能環(huán)保型空調(diào)熱水一體機(jī)。因此，該環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)必須將考慮以下幾點(diǎn)：

（1）該系統(tǒng)不僅能夠保證原有空調(diào)器正常的制冷及制熱功能，還能夠在最大限度上回收冷凝熱用于生活熱水的供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行模式的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）該系統(tǒng)多種模式轉(zhuǎn)換時(shí)，提出合理的控制方案，以便在回收冷凝熱的同時(shí)不會(huì)對(duì)制冷或制熱能力及造成太大影響，并能夠最大程度地滿(mǎn)足用戶(hù)的熱舒適性要求。

（3）盡可能降低系統(tǒng)的設(shè)備成本，流程簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠，減少環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)的初投資。

（4）針對(duì)制冷工質(zhì)R290泄漏的安全性，系統(tǒng)應(yīng)考慮室內(nèi)機(jī)泄漏報(bào)警時(shí)能及時(shí)將制冷工質(zhì)抽到室外機(jī)內(nèi)，并切斷連接室內(nèi)機(jī)管路的制冷工質(zhì)流動(dòng)。

基于上述四點(diǎn)要求，并借鑒上節(jié)關(guān)于冷

GV1~CV4－球閥CV1~CV3－單向閥V1、V2－截止閥RV1、RV2－四通換向閥COMP－壓縮機(jī)EVA－室內(nèi)風(fēng)冷換熱器WRE－套管換熱器CON－室外風(fēng)冷換熱器CAP1、CAP2－毛細(xì)管FIL－干燥過(guò)濾器SOV－電磁閥SV－瀉壓閥WFIL－水過(guò)濾器圖4 環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)系統(tǒng)原理圖

2.3 環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)運(yùn)行模式

從圖4可以看出，通過(guò)兩個(gè)四通換向閥的切換可實(shí)現(xiàn)制冷、制熱及制熱水模式的之間的轉(zhuǎn)換；通過(guò)水泵的啟停，可實(shí)現(xiàn)空調(diào)及制冷兼制熱水或制熱兼制熱水模式的轉(zhuǎn)換。以下將簡(jiǎn)述各個(gè)季節(jié)的運(yùn)行方案以及各設(shè)備的切換過(guò)程。其各模式下的制冷工質(zhì)運(yùn)行流程見(jiàn)圖5。

（A）夏季空調(diào)制冷模式。電磁閥SOV開(kāi)啟，兩個(gè)四通閥及水泵不通電，此時(shí)制冷工質(zhì)流程為COMP—WRE—RV1—CON—FIL-SOV—CV3—CAP2—EVA—RV2—RV1—COMP，如圖2單獨(dú)制冷所示。此時(shí)風(fēng)冷冷凝器獨(dú)自承擔(dān)機(jī)組冷凝負(fù)荷。

（B）夏季空調(diào)制冷兼制熱水模式。該運(yùn)行模式下制冷工質(zhì)運(yùn)行流程與單獨(dú)制冷模式相同。只是此時(shí)水泵開(kāi)啟，由套管冷凝器與風(fēng)冷冷凝器同時(shí)承擔(dān)機(jī)組的冷凝負(fù)荷。其流

程如圖2制冷兼制熱水所示。為了盡可能多回收空調(diào)冷凝熱，室外風(fēng)冷冷凝器風(fēng)機(jī)關(guān)閉。

在夏季，室外高溫度以及儲(chǔ)水箱內(nèi)水溫度的不斷升高系統(tǒng)的排氣壓力勢(shì)必升高，因此此時(shí)應(yīng)考慮設(shè)定排氣溫度，當(dāng)排氣溫度達(dá)到95℃時(shí)，關(guān)閉風(fēng)冷冷凝器的風(fēng)機(jī)來(lái)降低系統(tǒng)的排氣溫度以保證機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行。

（C）冬季空調(diào)單獨(dú)制熱模式。電磁閥SOV、四通閥RV2關(guān)閉及水泵不通電，四通閥RV1通電，此時(shí)制冷工質(zhì)流程為COMP—WRE—RV1—RV2—EVA—CV2—CAP1—FIL—CON—RV1—COMP，如圖5單獨(dú)制熱所示。

（D）冬季空調(diào)制熱兼制熱水模式。該運(yùn)行模式下，制冷工質(zhì)運(yùn)行流程及各部件的運(yùn)行狀態(tài)與單獨(dú)制熱模式一致，只是此時(shí)水泵為開(kāi)啟狀態(tài)。其運(yùn)行流程如圖5制熱兼制熱水所示。在此情況下，套管冷凝器與室內(nèi)機(jī)同時(shí)承擔(dān)機(jī)組冷凝負(fù)荷。

（E）單獨(dú)制熱水模式。該運(yùn)行模式下，電磁閥SOV及室內(nèi)側(cè)風(fēng)機(jī)為關(guān)閉狀態(tài)。而四通閥RV1、RV2及水泵皆為通電狀態(tài)。制冷劑運(yùn)行流程為此時(shí)制冷劑流程為COMP—WRE—RV1—RV2—CV1—CAP1—FIL—CON—RV1—COMP，其運(yùn)行流程如圖5單獨(dú)制熱水所示。在此情況下，套管冷凝器獨(dú)自承擔(dān)機(jī)組冷凝負(fù)荷。而室外機(jī)冷凝器則充當(dāng)了系統(tǒng)的蒸發(fā)器。在夏天，當(dāng)室外溫度較高時(shí)，隨著儲(chǔ)水箱內(nèi)水溫度的不斷升高系統(tǒng)的排氣壓力勢(shì)必升高，流經(jīng)室外冷凝器的蒸發(fā)過(guò)熱溫度提高，引起壓縮機(jī)排氣溫度不斷升高。因此，此時(shí)應(yīng)考慮設(shè)定排氣溫度，當(dāng)排氣溫度達(dá)到95℃時(shí)，關(guān)閉風(fēng)冷冷凝器的風(fēng)機(jī)來(lái)降低室外冷凝器的蒸發(fā)過(guò)熱溫度，以便降低系統(tǒng)的排氣溫度，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

值得注意的是在單獨(dú)制熱水運(yùn)行模式下，套管冷凝器單獨(dú)承擔(dān)冷凝負(fù)荷，因此在對(duì)風(fēng)冷冷凝器和套管換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)選型時(shí)，必須按照每個(gè)換熱器均能獨(dú)立地排除所有的冷凝熱量，即每個(gè)換熱器都能單獨(dú)承擔(dān)最大的冷凝負(fù)荷的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文參考已有冷凝熱回收設(shè)備的技術(shù)方案并在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)原則的前提下，提出環(huán)保節(jié)能型空調(diào)熱水一體機(jī)的系統(tǒng)流程，同時(shí)考慮不同的運(yùn)行模式及其轉(zhuǎn)換時(shí)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的技術(shù)手段及控制方案。

參考文獻(xiàn)

[1]馬最良，楊自強(qiáng)，馬光昱.我國(guó)熱泵空調(diào)的回顧和發(fā)展[J].暖通空調(diào)新技術(shù)，2000（2）：24-27

[2]季杰，裴剛，何偉等.空調(diào)－熱水器一體機(jī)單獨(dú)制熱水模式的性能模擬和實(shí)驗(yàn)分析[J].暖通空調(diào)，2004，34（12）：95-98