家用热泵热水器运行中常见问题分析及解决措施

1、文章编号：CAR119家用热泵热水器运行中常见问题分析及解决措施李翔1,2 倪龙2 江辉民3 张旭1 马最良2(1. 同济大学 暖通空调及燃气研究所，上海 200092；2. 哈尔滨工业大学 热泵空调技术研究所，哈尔滨 150090；3. 广东省吉荣空调设备公司，广东 揭阳 522000摘 要 针对目前热泵热水器实际运行中最常见的问题出水温度高于50时压缩机频繁启动过热保护从而不能正常工作，设计了一个空气源热泵热水器系统，对上述问题进行了相关的理论分析，并给出相应地合理的技术改进措施。 关键词 空气源热泵热水器 热保护 技术改进PROBLEM ANALYSIS OF HOUSEHOLD HEA

2、T PUMP WATER HEATER IN OPERATION AND TECNNICAL IMPROVEMENTLi Xiang1,2 Ni Long 2 Jiang Huiming 3 Zhang Xu 1 Ma Zuiliang 2(1. HVAC & Gas Institute, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Institute of heat pump and air conditioning of technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090

3、, China; 3. Guangdong Jirong Air Conditioning Equipment CO., Jieyang 522000, Guangdong, ChinaAbstract When the outlet water temperature above 50 degrees , compressor start the thermal protection frequently the most common problem of the Air-source heat pump water heater in its actual operation. In o

4、rder to ananyze the reason , an air-source heat pump water heater system was designed and some technical improvement methods also given in this paper .Keywords Air-source heat pump water heater Thermal protection Technical improvement随着改革开放和惠民政策力度的加大，热水器的需求量还将进一步增加。热水器的普及、生活水平的0 引言 提高、卫生习惯的改进，生活热水的用

5、能量将必然随着生活水平的提高，热水器现已成为人们生增加，热水器的节能潜力也日益得到人们的重视。 活中一项必需的基本设施，城镇居民家庭拥有热水目前市场上的热水器产品主要有燃气热水器、器的数量逐年增加。1997年我国每百户家庭拥有热电热水器、太阳能热水器三种类型。而被称为第4水器数量为39.8%，2000年为49.3%，2002年增加代热水器的空气源热泵热水器因环保、节能、运行国外调查指出，人均热水消耗量为25为62.4%1。安全等优点，正在引起广泛地重视。然而热泵热水35L/d，4人家庭规模人均耗量更大2。参照这一调器作为一种新型的节能环保型产品进入市场的时查结果，考虑地区、季节等差异，我国每年

6、仅城镇间还不长，某些技术方面还没有电热水器，燃气热居民热水能耗折算成电力消耗就达175245亿水器那么成熟，在实际运行中经常遇到这样问题：kW ·h 3。外经贸部研究院市场研究部2002年的研当输出热水温度高于50时使压缩机过热保护，不究结果显示，广州和上海生活热水洗澡用能占家庭能正常工作，产生频繁开机，直接影响压缩机的使生活用能的比例分别是19.1%和13.1%4，各类公用寿命，严重时甚至会烧毁压缩机6。因此，笔者共建筑卫生热水能耗占总运行能耗的2040%5。设计了一个简单的空气源热泵热水器，如表1所示，并采用集总参数法建立了该空气源热泵热水器的基金项目：广东省教育部产学研结合项目

7、数学模型，借此对热泵热水器实际运行中出现的问(No.2008B080501013题进行了较深入的相关理论分析，并给出相应地合作者简介：李翔（1984-），男，博士研究生理的技术改进措施。1 热泵热水器运行特性分析部件名称 热水箱 蒸发器 冷凝器 毛细管 管路系统 气液分离器 干燥过滤器 电磁阀 制冷剂充注量描述通过对设计的热泵热水器进行模拟运行分析，我们得到了热泵热水器的实际运行特性：表1 空气源热泵热水器部件参数备注热水容量120L ，圆柱形，壳体尺寸542×850 50mm厚玻璃丝棉保温全封闭滚动转子式压缩机 套片式翅片换热器 浸没式螺旋盘管水冷冷凝器 入口装300目英寸的过滤器

8、 尽量缩短管线长度 筒体型气液分离器 接口尺寸1/4英寸 连接尺寸3/8英寸铜管外径9.52mm ，长度8.4m ，翅化系数17.6，翅片厚度0.15mm 紫铜管型号9.9×0.75mm，换热面积1.445m2，长度46.5m 内径1.6mm ，长度0.8m紫铜管，吸汽管：12×1.5mm；排汽管：10×1.5mm；液体管：8×1.5mm压缩机 YZG-25RT1，额定功率860WJJY-2 SEK032 EVRA31.709 R22 热水平均温度 0c图1 冷凝压力随热水平均温度的变化热水平均温度 o c图2 压缩比随热水平均温度的变化压缩比2 热水器

9、运行问题分析及相应解决措施2.1 热水器运行中问题分析从以上运行特性图可清晰的看到：热水加热过程中，随着运行时间的延长，热水温度的升高，使得冷凝压力、压缩比和排气温度随之升高，系统COP 下降。同时，冷凝压力、压缩比和排气温度在运行的过程中，如此大范围的波动是普通空调系统正常运行时很少见的，较高的冷凝温度、压缩比和排气温度使得压缩机效率大大降低，系统的性能也随之降低，甚至可能会影响到系统的正常运行；与此同时热泵热水器必须每天都进行这种周而复始的变化过程，因此对热水器的寿命有一定的影响。2.2 几种改进方法的研究与普通空调工况范围相比，热泵热水器工作区间要宽广的多，如图4所示，与空调工况相比，多

10、了四个工作区间： 图4热泵热水器使用范围示意图1 低温带该区间压力小，冷媒比容大，使得制冷剂流量低，回油困难。压缩机输出能力小，电机效率低下。流量低，电机散热能力恶化，温升迅速。此外，电流比较低，压缩机保护器无法动作，所有这些使压缩机容易出现过热烧毁。2 高温带该区间的特点是环境温度高，即夏天制热水状态。蒸发温度很高，有时候蒸发器出口温度甚至达到了环境温度，压缩机吸气温度高使得排气温度也上升，容易使压缩机出现过热。在该条件下，必须保证压缩机温度不超过其保护器最大设置温度，也可以提高电机绝缘等级，使压缩机耐热温度上升。在盘管温度较高的情况下，系统设置上也需要将风机停止工作，或风机变速，以保护压缩

11、机不至于损坏。3 热水带提供较高的热水温度，那么制冷剂冷凝温度相应上升，排气压力增高，压缩机负荷迅速上升，温升较大。如果长时间在该状态下工作，将使压缩机内部零部件的性能受损，影响压缩机工作寿命。4 冷水带在该工况下，冷凝温度低，压缩比也较小，压缩机负荷轻，制热量大，效率比较高。目前热泵热水器基本都是选用空调用压缩机，而且国内还没有一家压缩机企业提供专门的热泵热水器用压缩机。国外生产热泵专用的公司也很少，而且产品仅供北欧等很少地区的单热空调使用，冷凝温度低，很难满足热泵热水器的要求。由于涡旋压缩机的工作范围比较宽广，且冷凝温度界限比较高，因此，有学者7提出在热泵热水器专用压缩机广泛应用之前，涡旋

12、压缩机是最合适的过渡产品。表2中显示了不同蒸发温度（T e ，单位）下，随着热水平均水温变化的系统的性能系数COP 的变化情况。表3为热水温度超过50后利用电辅助加热前后，性能系数、总耗电能情况对比，设电加热效率0.95。表2 不同蒸发温度下，随着热水平均水温变化的系统的性能系数COPT e15 20 25 30 35 40 45 50 55-5 2.855 2.747 2.600 2.442 2.277 2.109 1.943 1.780 1.593 -4 2.965 2.843 2.680 2.511 2.338 2.164 1.992 1.824 1.631 -3 3.081 2.943

13、 2.765 2.583 2.400 2.220 2.042 1.870 1.671 -2 3.204 3.048 2.852 2.657 2.465 2.277 2.094 1.916 1.712 -1 3.333 3.158 2.943 2.735 2.532 2.336 2.147 1.964 1.754 0 3.467 3.272 3.038 2.814 2.601 2.397 2.201 2.013 1.797 1 3.607 3.389 3.135 2.897 2.672 2.460 2.257 2.063 1.841 2 3.750 3.510 3.235 2.981 2.745

14、 2.524 2.314 2.115 1.887 3 3.897 3.634 3.337 3.068 2.820 2.590 2.373 2.168 1.934 4 4.047 3.761 3.443 3.157 2.898 2.658 2.434 2.222 1.982 5 4.197 3.889 3.550 3.249 2.977 2.727 2.496 2.278 2.031 6 3.358 3.111 2.840 2.599 2.381 2.182 2.559 2.335 1.625 7 2.686 2.489 2.272 2.079 1.905 1.746 2.625 2.394 1

15、.300 8 2.149 1.991 1.817 1.663 1.524 1.396 2.692 2.454 1.040 9 1.719 1.593 1.454 1.331 1.219 1.117 2.761 2.516 0.832 10 1.375 1.274 1.163 1.065 0.975 0.894 2.832 2.579 0.666表3 使用电辅助加热的能耗对比TT e-5 -3 -1 0 1 3 5 7 9电加热多耗量8.00% 7.36% 10.53% 8.26% 8.46% 8.77% 9.13% 9.39% 9.68%上海交大的王善平7等提出了“两步换热法”，该方法可以使问

16、题在一定程度上得到缓解。对热泵热水器系统而言，将冷却过程和冷凝过程分开，是有实际意义的。因为压缩机的排气温度较高，而冷凝温度较低，不同的温度可以用于不同加热过程。两步换热法将冷却和冷凝过程分开，并将传统的冷凝换热器一分为二：一个冷凝换热器(低温换热器 ，一个冷却换热器(高温换热器 。冷水先进入低温换热器，循环吸收相变潜热，成为中温水；中温水再进入高温换热器, 吸收气体的显热，二次换热成为高温水。2个换热器的区别在于制冷剂的状态，高温换热器中的制冷剂不能冷凝，冷凝过程只能发生在低温换热器中。两步换热法充分利用了一次换热和循环换热的2种热泵热水器的优点，并且在维持同样出水温度的前提下，可以适当降低

17、冷凝温度和冷凝压力，从而大大缓解压缩机电机的超载情况，降低绕组温度，对延长电机寿命非常有利；而对于水温要求较高的场所，可以在不提高冷凝温度的情况下做到。3 结论随着我国城乡居民生活水平的不断提高，全年提供生活热水已经成为进入小康生活的重要标志之一。节能方面的突出性能是传统热水器无法比拟的。随着能源价格的不断攀升，热泵热水器等热泵节能产品必将会有更大的发展。对于用常规压缩机作为核心部件的热泵热水器，随着水温的升高，冷凝温度不断升高，造成冷凝压力过高，排气压力升高，压缩比过大，使得压缩机频繁停机，从而直接影响压缩机的使用寿命，严重时甚至会烧毁压缩机。热泵热水器专用压缩机的研究开发的进展便成了制约热泵热水器发展的瓶颈之一。在专门的压缩机广泛应用之前，涡旋压缩机可作为过渡期的最佳替代品，与此同时使用辅助电加热和两步换热法，在不提高冷凝温度下提高出水温度从而延长压缩机使用寿命方面具有突出的贡献，而且完全可行、合理。参考文献1 史畅. 当前国内热水器市场现状与趋势分析. 家电科技. 2003, (5: 30-322 K. T. Papakostas, N. E. Papageorgiou. Residential Hot Water Use Patterns in