冷暖空調(diào)-熱水器一體機(jī)的理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試

朱堅(jiān)立

（中山市高級(jí)技工學(xué)校，廣東中山 528403）

0 序言

空調(diào)-熱水器一體機(jī)因以下的特點(diǎn)而廣受用戶青睞：（1）一機(jī)多用，可實(shí)現(xiàn)空調(diào)和熱水器的功能；（2）節(jié)約電能，產(chǎn)生同量同溫度的熱水，電費(fèi)只需電熱型熱水器的四分之一；（3）卓越的安全性，實(shí)行水電分離，杜絕了漏電的安全隱患，相對(duì)燃?xì)鉄崴鱽?lái)講，沒(méi)有燃?xì)庑孤蛞谎趸贾卸局惖陌踩[患；（4）綠色環(huán)保，空調(diào)熱水器利用少量電能，通過(guò)吸收空氣中的熱量來(lái)加熱生活用水，運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有任何污染物排放，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。

1 可行性分析

1.1 目前空調(diào)熱水器的型式

目前現(xiàn)有的空調(diào)-熱水器，主要有兩種形式：一種是可以單獨(dú)作為空調(diào)使用和單獨(dú)作為熱水器生成熱水；另一種形式是作為熱水器在生成熱水的同時(shí)產(chǎn)生冷氣。

（1）第一種空調(diào)熱水器型式

該系統(tǒng)由壓縮機(jī)、儲(chǔ)水箱、四通換向閥、室外換熱器、毛細(xì)管、室內(nèi)換熱器、三通閥、管路、室外散熱風(fēng)扇、室內(nèi)散熱風(fēng)扇及相關(guān)電控制系統(tǒng)組成。

工作原理如下。

1）空調(diào)制冷功能：壓縮機(jī)啟動(dòng)，壓縮機(jī)由吸氣口把制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體經(jīng)四通閥進(jìn)入室外換熱器，室外空氣在室外風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷與室外換熱器進(jìn)行熱交換，把制冷劑氣體冷卻成液體，制冷劑液體在壓力的推動(dòng)下進(jìn)入到毛細(xì)管，經(jīng)毛細(xì)管減壓節(jié)流后經(jīng)三通閥進(jìn)入室內(nèi)換熱器，制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)低壓下吸收熱量蒸發(fā)成氣體，再經(jīng)三通閥、四通閥回到壓縮機(jī)吸氣口，室內(nèi)空氣在室內(nèi)換熱器風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷循環(huán)與室內(nèi)換熱器進(jìn)行熱交換，從而冷卻室內(nèi)空氣。如圖1所示。

圖1 空調(diào)制冷功能示意圖

2）熱水器功能：壓縮機(jī)啟動(dòng)，壓縮機(jī)由吸氣口把制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體經(jīng)四通閥與三通閥（此時(shí)四通、三通閥已換向）進(jìn)入儲(chǔ)水箱換熱管與水進(jìn)行熱交換，制冷劑氣體被冷卻成液體，制冷劑液體在壓力的推動(dòng)下經(jīng)三通閥進(jìn)入到毛細(xì)管[1]。經(jīng)毛細(xì)管減壓節(jié)流后進(jìn)入室外換熱器，制冷劑在室外換熱器內(nèi)低壓下吸收熱量蒸發(fā)成氣體再經(jīng)四通閥回到壓縮機(jī)吸氣口，室外空氣在室外風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷與室外換熱器進(jìn)行熱交換，從而吸收外界的熱量，起到把外界熱量轉(zhuǎn)移到水箱的作用。如圖2所示。

圖2 熱水器功能示意圖

（2）第二種空調(diào)熱水器型式

該系統(tǒng)由壓縮機(jī)、儲(chǔ)水箱、毛細(xì)管、室內(nèi)換熱器、管路、室內(nèi)散熱風(fēng)扇及相關(guān)電控制系統(tǒng)組成。

工作原理如下。

壓縮機(jī)啟動(dòng)，壓縮機(jī)由吸氣口把制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體進(jìn)入儲(chǔ)水箱換熱管與水進(jìn)行熱交換，制冷劑氣體被冷卻成液體，制冷劑液體在壓力的推動(dòng)下進(jìn)入到毛細(xì)管，經(jīng)毛細(xì)管減壓節(jié)流后進(jìn)入室內(nèi)換熱器蒸發(fā)，室內(nèi)空氣在室內(nèi)散熱風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷循環(huán)與室內(nèi)換熱器進(jìn)行熱交換，從而冷卻室內(nèi)空氣。此時(shí)水箱中的水吸收熱量成為熱水。如圖3所示。

圖3 空調(diào)熱水器功能示意圖

1.2 冷暖兩用空調(diào)

該系統(tǒng)由壓縮機(jī)、四通換向閥、室外換熱器、毛細(xì)管、室內(nèi)換熱器、管路、室外散熱風(fēng)扇、室內(nèi)散熱風(fēng)扇及相關(guān)電控制系統(tǒng)組成。

工作原理如下。

（1）制冷功能：壓縮機(jī)啟動(dòng)，壓縮機(jī)由吸氣口把制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體經(jīng)四通閥進(jìn)入室外換熱器，室外空氣在室外風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷與室外換熱器進(jìn)行熱交換，把制冷劑氣體冷卻成液體，制冷劑液體在壓力的推動(dòng)下經(jīng)毛細(xì)管減壓節(jié)流后進(jìn)入室內(nèi)換熱器蒸發(fā)成氣體，再經(jīng)四通閥回到壓縮機(jī)吸氣口，室內(nèi)空氣在室內(nèi)散熱風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷循環(huán)與室內(nèi)換熱器進(jìn)行熱交換，從而冷卻室內(nèi)空氣。

（2）制暖功能：壓縮機(jī)啟動(dòng)，壓縮機(jī)由吸氣口把制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體經(jīng)四通閥進(jìn)入室內(nèi)換熱器，室內(nèi)空氣在室內(nèi)散熱風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷與室內(nèi)換熱器進(jìn)行熱交換，起制暖功能[1]。制冷劑氣體在室內(nèi)換熱器中冷卻成液體，制冷劑液體在壓力的推動(dòng)下經(jīng)毛細(xì)管減壓節(jié)流后進(jìn)入室外換熱器蒸發(fā)成氣體，再經(jīng)四通閥回到壓縮機(jī)吸氣口，不斷循環(huán)。

制冷制暖功能示意圖如圖4所示。

圖4 制冷制暖功能示意圖

1.3 新型式冷暖空調(diào)-熱水器機(jī)組的發(fā)明制造

目前的空調(diào)-熱水器在生產(chǎn)熱水的同時(shí)室內(nèi)空調(diào)能產(chǎn)生冷氣，能否將冷暖兩用空調(diào)的技術(shù)整合到目前的空調(diào)熱水器中，使空調(diào)熱水器具有以下功能：（1）制熱水的同時(shí)室內(nèi)空調(diào)制冷；（2）制熱水的同時(shí)室內(nèi)空調(diào)制暖；（3）單獨(dú)制熱水。

筆者在第二種型式空調(diào)-熱水器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)三通閥、一個(gè)四通換向閥、一個(gè)冷凝器（室外換熱器），連接管道用外徑9.5 mm 厚為0.8 mm 和外徑6 mm 厚為0.6 mm 的銅管，并對(duì)原電控系統(tǒng)加以改造，使其增加相應(yīng)的控制功能。發(fā)明制造成新型的冷暖空調(diào)-熱水器系統(tǒng)，該系統(tǒng)的組成和工作原理如下。

（1）工作原理

1）制熱水的同時(shí)室內(nèi)空調(diào)制冷功能：壓縮機(jī)啟動(dòng)，壓縮機(jī)把制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體進(jìn)入儲(chǔ)水箱換熱管與水進(jìn)行熱交換，若水箱中水溫較低時(shí)，已有絕大部分制冷劑冷卻成液體，制冷劑在壓力的推動(dòng)下經(jīng)四通閥再進(jìn)入冷凝器（室外換熱器）進(jìn)一步冷卻（水箱水溫沒(méi)有達(dá)45℃時(shí)，冷凝器散熱風(fēng)扇不啟動(dòng)，主要由水箱水吸收熱量供使用，當(dāng)水箱水溫達(dá)45℃時(shí)，冷凝器散熱風(fēng)扇啟動(dòng)，推動(dòng)室外空氣與冷凝器進(jìn)行熱交換，負(fù)責(zé)分擔(dān)主要散熱功能），被冷卻成液體的制冷劑經(jīng)毛細(xì)管減壓節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器（室內(nèi)換熱器），制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)低壓下吸收熱量蒸發(fā)成氣體再經(jīng)三通閥與四通閥回到壓縮機(jī)吸氣口，室內(nèi)空氣在蒸發(fā)器風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷循環(huán)與蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，從而冷卻室內(nèi)空氣。此系統(tǒng)能使制冷劑再進(jìn)入冷凝器（室外換熱器）時(shí)進(jìn)一步冷卻，起到過(guò)冷作用，增加系統(tǒng)的制冷效果，使能效比提高，且此系統(tǒng)可吸收相當(dāng)一部分熱量供加熱水溫，尤其在熱水使用量大的地方，使空調(diào)在制冷時(shí)減少不必要的能源浪費(fèi)，起到節(jié)能環(huán)保的效果。圖5為制熱水的同時(shí)室內(nèi)空調(diào)制冷功能示意圖。

圖5 制熱水的同時(shí)室內(nèi)空調(diào)制冷功能示意圖

2）熱水器功能：壓縮機(jī)啟動(dòng)，壓縮機(jī)把制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體進(jìn)入儲(chǔ)水箱換熱管與水進(jìn)行熱交換，制冷劑氣體被冷卻成液體，制冷劑液體在壓力的推動(dòng)下經(jīng)四通閥與三通閥（此時(shí)四通、三通閥已換向）進(jìn)入到毛細(xì)管，經(jīng)毛細(xì)管減壓節(jié)流后進(jìn)入室外換熱器，此時(shí)的室外換熱器已是變成蒸發(fā)器功能。制冷劑在室外換熱器內(nèi)低壓下吸收熱量蒸發(fā)成氣體再經(jīng)四通閥回到壓縮機(jī)吸氣口，室外空氣在室外風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷與室外換熱器進(jìn)行熱交換，從而吸收外界的熱量，起到把外界熱量轉(zhuǎn)移到水箱的作用。而此時(shí)的室內(nèi)換熱器，由于被三通旁通，不起作用，這樣更有利于縮短制冷劑循環(huán)的路程，減少阻力，起到優(yōu)化系統(tǒng)的作用，這也是區(qū)別于其他熱泵熱水器的最大之處。若沒(méi)有此三通旁通室內(nèi)換熱器，室內(nèi)換熱器將散發(fā)熱量，且經(jīng)實(shí)際測(cè)量，室內(nèi)換熱器內(nèi)溫與室內(nèi)空氣的溫差至少達(dá)10℃，可見(jiàn)熱量損失較大，而不使熱量集中用于加熱水箱水溫。單獨(dú)制熱水的功能比空調(diào)制熱水的效果更佳，制取的水溫也較高，一般可達(dá)70℃左右。圖6為熱水器功能功能示意圖。

圖6 熱水器功能示意圖

3）制熱水的同時(shí)室內(nèi)空調(diào)制暖功能：壓縮機(jī)啟動(dòng)把制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體進(jìn)入儲(chǔ)水箱換熱管與水進(jìn)行熱交換，制冷劑氣體被冷卻成液體，制冷劑液體在壓力的推動(dòng)下經(jīng)四通閥與三通閥（此時(shí)四通、三通閥已換向）進(jìn)入到室內(nèi)換熱器，室內(nèi)空氣在室內(nèi)風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷循環(huán)與室內(nèi)換熱器進(jìn)行熱交換，此時(shí)的室內(nèi)換熱器已是變成冷凝器功能，從而加熱室內(nèi)空氣。制冷劑經(jīng)室內(nèi)換熱器后進(jìn)一步冷卻過(guò)冷，經(jīng)毛細(xì)管減壓節(jié)流后進(jìn)入室外換熱器，此時(shí)的室外換熱器已是變成蒸發(fā)器功能。制冷劑在室外換熱器內(nèi)低壓下吸收熱量蒸發(fā)成氣體再經(jīng)四通閥回到壓縮機(jī)吸氣口，室外空氣在室外風(fēng)扇的推動(dòng)下不斷與室外換熱器進(jìn)行熱交換，從而吸收外界的熱量。開(kāi)機(jī)初，由于儲(chǔ)水箱的溫度較低，室內(nèi)的取暖效果不是很明顯，當(dāng)儲(chǔ)水箱的溫度已較高，接近45℃時(shí)，室內(nèi)的取暖效果就相當(dāng)明顯了，此時(shí)系統(tǒng)的散熱冷凝功能主要由室內(nèi)換熱器分擔(dān)，實(shí)現(xiàn)制曖的功能。圖7為制熱水的同時(shí)室內(nèi)空調(diào)制暖功能示意圖。

圖7 制熱水的同時(shí)室內(nèi)空調(diào)制暖功能示意圖

（2）安裝連接（圖8）

1）該空調(diào)-熱水器在實(shí)際應(yīng)用中，還包括熱水器熱水出水管、冷熱水混合調(diào)節(jié)閥、進(jìn)水閥、截止閥、自來(lái)水進(jìn)水立管、過(guò)濾器、溫度傳感器和電控系統(tǒng)。

圖8 安裝連接示意圖

2）電氣的連接

①配線工作必須符合電器安全規(guī)格。

②確保空調(diào)熱水器良好接地，所配插座必須可靠接地。

③必須為空調(diào)熱水器提供單獨(dú)的符合額定參數(shù)值的電源，所配電源插座容量應(yīng)符合主機(jī)的電流功率要求。

④空調(diào)熱水器與電網(wǎng)聯(lián)接時(shí)，中間必須有一個(gè)漏電短路保護(hù)裝置。

⑤將水溫感溫探頭插進(jìn)水箱的探溫頭管內(nèi)至深處，并用膠泥（或橡膠）將測(cè)溫口密封好加以固定。

⑥水箱水溫控制器不要安裝于浴室內(nèi)，以免因濕氣損壞影響正常工作。

注意：在任何情況下都不能斷開(kāi)或拆開(kāi)電源的地線；不要隨意更改電源接線，不得使用破損的電線和開(kāi)關(guān)，如發(fā)現(xiàn)破損應(yīng)立即更換。

接線如圖9所示。

圖9 接線圖

（3）試運(yùn)行前的檢查

①首次開(kāi)機(jī)前，須確保水箱已充滿水，才可以接通電源，且必須有良好的接地線。

②請(qǐng)勿用于加熱硬度過(guò)高的地下水、山泉水、水庫(kù)水、海水等，否則影響機(jī)組換熱效果及損壞換熱器和壓縮機(jī)。

③初次使用時(shí)，排空氣使水箱充滿水的方法：打開(kāi)自來(lái)水進(jìn)水閥，打開(kāi)熱水管中水龍頭，開(kāi)始注水，直至出水龍頭有水溢出時(shí)方為注滿。

④檢查配管系統(tǒng)：檢查系統(tǒng)中的閥門(mén)是否全部開(kāi)啟。

⑤檢查配電系統(tǒng)：檢查所供電源電壓是否正常，檢查各配電零件螺絲是否鎖緊，線路是否按照配電線路圖配電，檢查地線是否接好。

⑥檢查熱水機(jī)組：檢查機(jī)組上所有緊固螺絲和機(jī)械部分螺絲是否松動(dòng)，上電后檢查控制面板上通信指示燈是否正常閃亮，壓力表是否正常，如有大于壓力表的最大量程，停機(jī)檢查。

⑦在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)前必須檢查排水管，如果堵塞，必須清除異物，以便冷凝水排通暢。

（4）試運(yùn)行注意事項(xiàng)

壓縮機(jī)啟動(dòng)后，以聽(tīng)覺(jué)判斷機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)有無(wú)異響，如有異響應(yīng)立即停電檢查，如無(wú)異響方可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)注意系統(tǒng)壓力是否正常。

如有下列情況時(shí)，請(qǐng)立即停止操作，關(guān)掉電源開(kāi)關(guān)，聯(lián)系維修人員進(jìn)行維修。

①保險(xiǎn)絲和保護(hù)器經(jīng)常斷開(kāi)。

②電源線和電源開(kāi)關(guān)異常發(fā)熱。

③運(yùn)行中發(fā)出難聞的氣味。

④發(fā)現(xiàn)漏電現(xiàn)象。

（5）操作指南（圖10）

圖10 操作指南圖

（5）對(duì)發(fā)明的冷暖空調(diào)-熱水器使用并進(jìn)行性能測(cè)試：在環(huán)境干球溫度20℃/濕球溫度15℃，進(jìn)水溫度15℃，出水溫度55℃條件下，通過(guò)測(cè)試獲得如表1所示性能參數(shù)。

表1 性能參數(shù)表

2 結(jié)束語(yǔ)

筆者發(fā)明的新型冷暖空調(diào)-熱水器，作為熱水器使用時(shí)，比目前的空調(diào)-熱水器高效節(jié)能；作為空調(diào)器使用時(shí)增加了制暖的功能，以適應(yīng)冬季的使用需要；并且在給室內(nèi)制暖或制冷時(shí)室外機(jī)組都可同時(shí)產(chǎn)生熱水，減少不必要的能源浪費(fèi)，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)同時(shí)具有制冷、制暖、制熱水的多種功能，且節(jié)能環(huán)保。通過(guò)對(duì)機(jī)組使用并進(jìn)行測(cè)性能試，機(jī)組表現(xiàn)出運(yùn)行穩(wěn)定、性能優(yōu)越、使用效果好的特性。

［1］劉耀武.空氣源熱泵熱水器機(jī)組［J］.熱泵技術(shù)與工程，2005，15（11）：43-45.