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        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

        2013-06-06 04:33:46朱堅(jiān)立
        機(jī)電工程技術(shù) 2013年6期
        關(guān)鍵詞:四通熱水器制冷劑

        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鱽碇v,沒有燃?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,通過吸收空氣中的熱量來加熱生活用水,運(yùn)行過程中沒有任何污染物排放,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、自來水進(jìn)水立管、過濾器、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??照{(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或拆開電源的地線;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)勿用于加熱硬度過高的地下水、山泉水、水庫水、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:打開自來水進(jìn)水閥,打開熱水管中水龍頭,開始注水,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)中的閥門是否全部開啟。

        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,以聽覺判斷機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)有無異響,如有異響應(yīng)立即停電檢查,如無異響方可繼續(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。

        ②電源線和電源開關(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

        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.

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