分析空氣源熱泵系統(tǒng)故障的原因及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

許行鑫 陳駿驥

摘 要：空氣源熱泵系統(tǒng)是結(jié)合了熱能動力學(xué)、電子終端控制理論與水暖工程理論的一個大型系統(tǒng)化工程。本文首先分析了空氣源熱泵系統(tǒng)的五種故障及其原因，然后結(jié)合實例進行了優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞 ：空氣源熱泵系統(tǒng)；故障；設(shè)計

中圖分類號：TK11 文獻標(biāo)識碼：A

1 空氣源熱泵系統(tǒng)常見故障分析

從現(xiàn)階段國內(nèi)空氣源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用實踐中可知，大多數(shù)在裝配1年內(nèi)就出現(xiàn)了問題，其中用水量為十噸的問題最多，包括了主機、控制、水箱等各個方面的故障。這極大地影響了消費者應(yīng)用空氣源熱泵的意愿，久而久之就無法大范圍推廣應(yīng)用。下文著重剖析現(xiàn)階段熱泵市場中產(chǎn)品的故障及原因。

1.1設(shè)定水溫達(dá)不到或溫度上升緩慢。故障：設(shè)定水溫達(dá)不到或溫度上升緩慢。部分機器已經(jīng)運行超出額定時間，仍未達(dá)到理想水溫，無法滿足需求，實測溫度不到40度，系統(tǒng)泵一直在周期運轉(zhuǎn)卻無升溫效果。

原因：水溫較低有兩個可能的故障原因，其一是失去的熱量超過了輸入的熱量。消散的熱量也包含兩種可能性，一個可能性是保溫層不達(dá)標(biāo)，與外界溫差過高，消散了過多熱量，尤其是水箱密封不嚴(yán)或保溫介質(zhì)未能做好，保溫箱整體未能保溫；另一個可能性是熱水流出的同一時刻冷水流入。另一方面可能是主機降低了一個周期內(nèi)傳輸?shù)臒崃拷粨Q。有可能是傳輸媒介不合適，空氣源熱泵系統(tǒng)的媒介與空調(diào)不同，其物理和化學(xué)性質(zhì)也有特殊要求，這也是熱泵技術(shù)的特征。另一個可能是媒介數(shù)量不足，導(dǎo)致攜熱水平過低。

1.2系統(tǒng)工作時間過長，超過一天持續(xù)運轉(zhuǎn)。故障：系統(tǒng)工作時間過長，超過一天持續(xù)運轉(zhuǎn)，用電量超出消費者的預(yù)算，浪費了不必要的開支，消費者對空氣源熱泵系統(tǒng)喪失信心，并索要一定的賠償。系統(tǒng)連續(xù)工作時間過長導(dǎo)致元件的工作負(fù)荷過大，浪費了水路循環(huán)量，導(dǎo)致諸多系統(tǒng)問題。

原因：電子終端控制空氣源熱泵系統(tǒng)的停啟，系統(tǒng)工作時間過長的緣由是未達(dá)到設(shè)定的關(guān)機指標(biāo)，譬如溫度指標(biāo)等。只有溫度傳感器探測溫度大于設(shè)定溫度值，系統(tǒng)才會關(guān)閉。有可能是媒介攜熱水平低、設(shè)定溫度閾值過高、溫度傳感器失靈、短路、斷路等。電壓值過高或過低也可能導(dǎo)致無法停機，不過可能性極低。還有一個可能性是壓縮機的故障，風(fēng)機斷續(xù)運轉(zhuǎn)使得機組看起來不停，不過熱泵風(fēng)機和壓縮機的電源是一致的，不會單獨工作。

1.3系統(tǒng)遇冷死機，不能啟動。故障：系統(tǒng)遇冷死機，不能啟動。在溫度低于0℃時，系統(tǒng)就停機，之后溫度回升也不能啟動。

原因：系統(tǒng)停止運行的主要問題來自控制系統(tǒng)，逐一排查每個預(yù)先設(shè)置的指標(biāo)，譬如水溫控制電路，系統(tǒng)信號無法傳送將導(dǎo)致不能開啟，由于系統(tǒng)的啟動是由換熱器、集水箱、設(shè)定溫度值綜合調(diào)控，如果檢測的儲水箱溫度小于設(shè)定值，系統(tǒng)開啟。如果集水箱溫度沒有收到信息時，機器出于自我維護，并不開啟。也有可能是電壓不在額定范圍、媒介不足、壓縮機故障等。冷水壓力太低，無法將水注入儲水箱，系統(tǒng)將出于自我保護不能開啟。

1.4 媒介管道破裂、冷媒流失、整機癱瘓。故障：系統(tǒng)連續(xù)工作較長時間之后，室外機器發(fā)出較大噪音，局部管道出現(xiàn)縫隙，媒介流失，壓力值為零。有時風(fēng)機能夠轉(zhuǎn)動，水溫不變，電表測試壓縮機的阻值幾乎為零。

原因：冷媒通道爆裂，媒介泄漏的原因是系統(tǒng)壓力過高，超出冷媒循環(huán)管道閾值。氣溫降低需要同樣多的熱量，將需要更多壓縮機的耗能，提高了冷媒的極限壓力，元件厚度或焊接不達(dá)標(biāo)而使管道爆開。另一種可能性是水質(zhì)，鐵屑等危險品通過水流磨損管道。

1.5 室外機的霜過多，制熱效果不佳。故障：室外機的霜過多，制熱效果不佳。結(jié)霜導(dǎo)致死機、化霜時間超過系統(tǒng)工作時間的一半，導(dǎo)致系統(tǒng)制熱量降低，耗能提高。

原因：系統(tǒng)運行時，如果蒸發(fā)器溫度小于露點溫度，表面出現(xiàn)冷凝水，在0℃以下時結(jié)霜，散熱片之間的間隙被結(jié)霜堵住，增大了熱和風(fēng)的阻力，影響了換熱效果。化霜層面的設(shè)計和技術(shù)是系統(tǒng)處理化霜問題的關(guān)鍵。

2.空氣源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

2.1實例概述。該空氣源熱泵系統(tǒng)包含了壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器等，它們構(gòu)成了制冷劑循環(huán)通道，冷凝器設(shè)有進水和出水口。以上器件都有至少兩個，且構(gòu)建了至少兩個制冷劑周期性回路，其中一個進水口連接進水管，另一個出水口連接出水管，其余的進水口、出水口由管道連接而形成水路串聯(lián)體系。

2.2技術(shù)優(yōu)化。蒸發(fā)器至少有兩個換熱管穿過同一翅片，這樣能提高換熱效率。在蒸發(fā)器的旁側(cè)設(shè)有風(fēng)機，至少有兩個檔位，該風(fēng)機由電路控制。如果一個壓縮機運轉(zhuǎn)，風(fēng)機在低檔位向蒸發(fā)器吹風(fēng)；如果兩個壓縮機運轉(zhuǎn)，風(fēng)機要在高檔位向蒸發(fā)器吹風(fēng)，這樣達(dá)到理想的節(jié)能及換熱效果。兩個壓縮機的效能存在差距。依照所需熱水量使用不同效能的壓縮機，這樣可以節(jié)約能源；如果低效能的壓縮機就能達(dá)到熱量需要，就只需開啟此壓縮機，如若不能，就開啟高效能的壓縮機。假如還是未能達(dá)到熱量需要，就開啟兩個壓縮機。系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計主要表現(xiàn)為。

（1）至少兩個制冷劑循環(huán)回路，可以根據(jù)需要選擇啟動一個壓縮機或多個壓縮機，使熱水器的制熱能力與實際需要相適應(yīng)，提高熱水器的工作效率，降低能量浪費。（2）雙壓縮機系統(tǒng)，負(fù)荷調(diào)節(jié)能通過壓縮機開啟臺數(shù)和水量調(diào)節(jié)閥兩種組合方式進行調(diào)節(jié)，故調(diào)節(jié)范圍更廣，適應(yīng)性更強。（3）冷凝器水路串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在負(fù)荷較大時，啟動兩個壓縮機，冷水經(jīng)過兩級加熱，則經(jīng)過每個壓縮機系統(tǒng)的水溫升減小，工況更穩(wěn)定，更有利于壓縮機的運行。（4）啟動時，多個壓縮機可異步啟動，以降低啟動負(fù)荷。（5）多個蒸發(fā)器共用翅片，可提高換熱效率。（6）風(fēng)機檔位和壓縮機工作狀態(tài)相適應(yīng)，以提高其節(jié)能、換熱效果。當(dāng)只開一個壓縮機系統(tǒng)時，自動轉(zhuǎn)到低轉(zhuǎn)速運行，降低風(fēng)機功耗和噪音。

結(jié)語

消費者應(yīng)當(dāng)一方面購買信譽好的產(chǎn)品，而且也應(yīng)參考生產(chǎn)廠家的研發(fā)水平、質(zhì)量認(rèn)證。選購時提高科技意識、維權(quán)意識，就能盡可能規(guī)避以上故障，相信空氣源熱泵系統(tǒng)在我國也將得到普及應(yīng)用。

參考文獻

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