CO2热泵热水机的控制
目 录
引言 1
一、CO2热泵热水机应用及现状 2
二、CO2热泵热水机的系统原理 2
（一）热泵原理 3
（二）CO2制冷循环的构成和特点 3
三、CO2热泵热水机的系统结构 5
（一）压缩机的选型 5
（二）膨胀阀的选型 6
（三）冷凝器的选型 7
（四）蒸发器的选型 7
（五）其余零部件的选型 9
四、CO2热泵热水机的控制 10
（一）CO2热泵热水机的控制要求 10
（二）CO2热泵热水机的水箱加热控制 14
总结 21
参考文献 22
谢辞 23
引言
随着科技的迅猛发展，人们对生活的要求越来越高，不再满足于太阳能热水器，开始追求高效、安全、经济性、不受自然条件限制的热水机，CO2热泵热水机正满足他们的需求。
在本课题的设计中，做了很多准备工作。了解CO2热泵热水机的系统原理和结构，对设备内各元件的功能和选型进行描述，以及设计它的控制流程等。
完成本课题需要综合运用学校所学的Auto CAD、PLC等相关知识，完成课题的设计可以增加一定的实践经验，，丰富了我的工作生活，理论付诸于实践，使我的动手能力、独立思考能力、创新能力等有了大幅提升。
一、CO2热泵热水机应用及现状
CO2热泵热水机可以吸收环境空气中的热量，通过CO2制冷循环，将产生的热量释放到热水器中的冷水，将其变为热水，作为沐浴和其他生活用水。
现有热泵热水机（常用工质为R22和R134a等）的热水温度一般只能达到55℃，当要较高温度的热水时，只能使用效率低的电加热器。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
而CO2热泵热水机不仅能获得90℃的高温热水，而且在冬季室外温度较低的情况下也能正常运行。CO2在热泵中的应用，将较大程度上解决空调冷热源面临的环境与资源的压力，它的应用前景十分良好。
目前，中国CO2热泵热水机市场还处于起步阶段，虽然我国大部分地区具有CO2热泵热水机及其相关产品应用的适宜条件，但是CO2热泵热水机的推广和发展速度仍然相当缓慢。
CO2热泵热水机系统由贮热水机组和热泵机组两部分组成。贮热水机组由贮水箱、水泵、混水阀、传感器等组成。热泵机组由压缩机、膨胀阀、冷凝器和蒸发器组成。图1-1是CO2热泵热水机的工作流程图。
图1-1 CO2热泵热水机的工作流程图
二、CO2热泵热水机的系统原理
（一）热泵原理
1.热泵定义
“热泵”是一种转移能量的装置。它通过电力做功，转移从自然界的地层结构、各类水体、空气、或其他介质中捕获低品位热能，提供人们生产生活利用的高品位热能，所以热泵是大量利用自然资源的有效途径。
2.热泵原理简介
制冷剂在管道内沿箭头所示方向，经压缩机压缩后变为高温高压气体，进入冷凝器后，向水传热降温，自身冷却并且发生相变变为高压液体，再经过膨胀阀，降压变为比低温液体，然后在蒸发器吸热沸腾并气化，再被压缩机吸入重复以上动作。从宏观的上看，就是蒸发器不断的吸热并将其“搬运”到冷凝器的过程，这就是热泵工作的原理。如图2-1所示：
图2-1 热泵热水系统工作示意图
（二）CO2制冷循环和特点
1.CO2制冷循环的构成
CO2制冷循环是由压缩机、 气体冷却器、气液分离器
组成封闭回路。低温低压的CO2制冷工质在蒸发器中吸收周围环境介质或被冷却物体的热量由液体变为低压过热蒸汽，低压的CO2蒸汽进入CO2制冷压缩机被绝热压缩为高压高温的气体，高压高温的CO2气体然后进入气体冷却器后，与冷却介质进行热交换，释放出热量，然后进入节流装置绝热节流为低压低温的湿蒸汽，低压低温的CO2液体重新进入蒸发器定压吸热蒸发，使被冷却介质温度降低，制取冷量。如此往复循环，实现连续制冷。
如图2-2,2-3所示CO2跨临界回热循环流程图。
图2-2 CO2跨临界回热循环流程图（1）
图2-3 CO2跨临界回热循环流程图（2）
2.CO2制冷循环的主要特点
（1）冷却器出口温度Tk>Tc，冷却压力Pk>Pc，高压测温度和压力相互独立，使CO2跨临界制冷系统多了一个自由度或可控参数；
（2）点e处于两相区或饱和蒸气线上；
（3）采用回热（利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体过冷、蒸气过热，称之为回热）。
从热力循环的原理上讲，CO2跨临界循环与蒸气压缩循环相比较有两点不足：一是CO2的节流过程是从过热气态节流到两相态的；二是CO2在气体冷器中的冷却过程没有普通制冷剂两相换热的等温过程，与高温热源的换热温差大，导致了较大的换热损失。
三、CO2热泵热水机的系统结构
CO2热泵热水机热泵机组由膨胀阀、压缩机、冷凝器和蒸发器组成。图3-1是CO2热泵热水机的系统结构。
图3-1 CO2热泵热水机的系统结构
（一）压缩机的选型
压缩机是决定蒸气压缩式制冷系统能力大小的关键部分，它能将低压气体提升为高压，是制冷系统的心脏，对系统的维护、运行性能、噪声、振动和使用寿命等都有着直接的影响。压缩机在系统中的作用：吸入来自蒸发器的CO2蒸气，提高CO2温度和压力后将它排向冷凝器，并保持CO2在制冷系统中的不断循环流动。
本课题采用涡旋式压缩机。涡旋式压缩机是一种可以借助容积变化来实现气体压缩的机器。涡旋压缩机主要由两个涡盘相错180°放置而成，其中一个是动涡盘，另一个是静涡盘。它们在几条直线上接触形成一些月牙形容积。动涡盘是由偏心距离很小的曲柄轴驱动，绕静涡盘移动，它们的接触线在沿涡旋曲面移动。如图3-2是涡旋压缩机图。
图3-2 涡旋压缩机图
（二）膨胀阀的选型
膨胀阀作为节流装置，把高压制冷剂液体变为低压制冷剂液体，控制制冷剂液体流量，方便进入蒸发器的制冷剂充分蒸发，进而最大的发挥蒸发器的性能，并且不会有液体流出，导致压缩机回液。现在热泵中常用的膨胀阀有热力膨胀阀和电子膨胀阀。因电子膨胀阀因技术成熟，价格低廉，控制简单，在空调及冷冻设备中大量运用，所以本课题选用电子膨胀阀。
电子膨胀阀，是利用电信号直接控制膨胀阀上的电流或电压来改变针阀运动的节流装置，反应灵敏准确，流量控制范围大，可以预定程序，依照系统实际工作时的蒸发器信号进行控制。图3-3是电子膨胀阀图。
图3-3 电子膨胀阀
四、CO2热泵热水机的控制
（一）CO2热泵热水机的控制要求
1.冷凝风机
压缩机开启时，冷凝风机提前开启；压缩机关闭时，冷凝风机延后关闭。
其中，开冷凝风机提前10s（0-100s）；关冷凝风机延时10s（0-100s）。
2.压缩机
压缩机接收到开机指令后开启；压缩机停机后，需等待才能重新启动。其中，启动压缩机延时180s（0-300s）
引言 1
一、CO2热泵热水机应用及现状 2
二、CO2热泵热水机的系统原理 2
（一）热泵原理 3
（二）CO2制冷循环的构成和特点 3
三、CO2热泵热水机的系统结构 5
（一）压缩机的选型 5
（二）膨胀阀的选型 6
（三）冷凝器的选型 7
（四）蒸发器的选型 7
（五）其余零部件的选型 9
四、CO2热泵热水机的控制 10
（一）CO2热泵热水机的控制要求 10
（二）CO2热泵热水机的水箱加热控制 14
总结 21
参考文献 22
谢辞 23
引言
随着科技的迅猛发展，人们对生活的要求越来越高，不再满足于太阳能热水器，开始追求高效、安全、经济性、不受自然条件限制的热水机，CO2热泵热水机正满足他们的需求。
在本课题的设计中，做了很多准备工作。了解CO2热泵热水机的系统原理和结构，对设备内各元件的功能和选型进行描述，以及设计它的控制流程等。
完成本课题需要综合运用学校所学的Auto CAD、PLC等相关知识，完成课题的设计可以增加一定的实践经验，，丰富了我的工作生活，理论付诸于实践，使我的动手能力、独立思考能力、创新能力等有了大幅提升。
一、CO2热泵热水机应用及现状
CO2热泵热水机可以吸收环境空气中的热量，通过CO2制冷循环，将产生的热量释放到热水器中的冷水，将其变为热水，作为沐浴和其他生活用水。
现有热泵热水机（常用工质为R22和R134a等）的热水温度一般只能达到55℃，当要较高温度的热水时，只能使用效率低的电加热器。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
而CO2热泵热水机不仅能获得90℃的高温热水，而且在冬季室外温度较低的情况下也能正常运行。CO2在热泵中的应用，将较大程度上解决空调冷热源面临的环境与资源的压力，它的应用前景十分良好。
目前，中国CO2热泵热水机市场还处于起步阶段，虽然我国大部分地区具有CO2热泵热水机及其相关产品应用的适宜条件，但是CO2热泵热水机的推广和发展速度仍然相当缓慢。
CO2热泵热水机系统由贮热水机组和热泵机组两部分组成。贮热水机组由贮水箱、水泵、混水阀、传感器等组成。热泵机组由压缩机、膨胀阀、冷凝器和蒸发器组成。图1-1是CO2热泵热水机的工作流程图。
图1-1 CO2热泵热水机的工作流程图
二、CO2热泵热水机的系统原理
（一）热泵原理
1.热泵定义
“热泵”是一种转移能量的装置。它通过电力做功，转移从自然界的地层结构、各类水体、空气、或其他介质中捕获低品位热能，提供人们生产生活利用的高品位热能，所以热泵是大量利用自然资源的有效途径。
2.热泵原理简介
制冷剂在管道内沿箭头所示方向，经压缩机压缩后变为高温高压气体，进入冷凝器后，向水传热降温，自身冷却并且发生相变变为高压液体，再经过膨胀阀，降压变为比低温液体，然后在蒸发器吸热沸腾并气化，再被压缩机吸入重复以上动作。从宏观的上看，就是蒸发器不断的吸热并将其“搬运”到冷凝器的过程，这就是热泵工作的原理。如图2-1所示：
图2-1 热泵热水系统工作示意图
（二）CO2制冷循环和特点
1.CO2制冷循环的构成
CO2制冷循环是由压缩机、 气体冷却器、气液分离器
组成封闭回路。低温低压的CO2制冷工质在蒸发器中吸收周围环境介质或被冷却物体的热量由液体变为低压过热蒸汽，低压的CO2蒸汽进入CO2制冷压缩机被绝热压缩为高压高温的气体，高压高温的CO2气体然后进入气体冷却器后，与冷却介质进行热交换，释放出热量，然后进入节流装置绝热节流为低压低温的湿蒸汽，低压低温的CO2液体重新进入蒸发器定压吸热蒸发，使被冷却介质温度降低，制取冷量。如此往复循环，实现连续制冷。
如图2-2,2-3所示CO2跨临界回热循环流程图。
图2-2 CO2跨临界回热循环流程图（1）
图2-3 CO2跨临界回热循环流程图（2）
2.CO2制冷循环的主要特点
（1）冷却器出口温度Tk>Tc，冷却压力Pk>Pc，高压测温度和压力相互独立，使CO2跨临界制冷系统多了一个自由度或可控参数；
（2）点e处于两相区或饱和蒸气线上；
（3）采用回热（利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体过冷、蒸气过热，称之为回热）。
从热力循环的原理上讲，CO2跨临界循环与蒸气压缩循环相比较有两点不足：一是CO2的节流过程是从过热气态节流到两相态的；二是CO2在气体冷器中的冷却过程没有普通制冷剂两相换热的等温过程，与高温热源的换热温差大，导致了较大的换热损失。
三、CO2热泵热水机的系统结构
CO2热泵热水机热泵机组由膨胀阀、压缩机、冷凝器和蒸发器组成。图3-1是CO2热泵热水机的系统结构。
图3-1 CO2热泵热水机的系统结构
（一）压缩机的选型
压缩机是决定蒸气压缩式制冷系统能力大小的关键部分，它能将低压气体提升为高压，是制冷系统的心脏，对系统的维护、运行性能、噪声、振动和使用寿命等都有着直接的影响。压缩机在系统中的作用：吸入来自蒸发器的CO2蒸气，提高CO2温度和压力后将它排向冷凝器，并保持CO2在制冷系统中的不断循环流动。
本课题采用涡旋式压缩机。涡旋式压缩机是一种可以借助容积变化来实现气体压缩的机器。涡旋压缩机主要由两个涡盘相错180°放置而成，其中一个是动涡盘，另一个是静涡盘。它们在几条直线上接触形成一些月牙形容积。动涡盘是由偏心距离很小的曲柄轴驱动，绕静涡盘移动，它们的接触线在沿涡旋曲面移动。如图3-2是涡旋压缩机图。
图3-2 涡旋压缩机图
（二）膨胀阀的选型
膨胀阀作为节流装置，把高压制冷剂液体变为低压制冷剂液体，控制制冷剂液体流量，方便进入蒸发器的制冷剂充分蒸发，进而最大的发挥蒸发器的性能，并且不会有液体流出，导致压缩机回液。现在热泵中常用的膨胀阀有热力膨胀阀和电子膨胀阀。因电子膨胀阀因技术成熟，价格低廉，控制简单，在空调及冷冻设备中大量运用，所以本课题选用电子膨胀阀。
电子膨胀阀，是利用电信号直接控制膨胀阀上的电流或电压来改变针阀运动的节流装置，反应灵敏准确，流量控制范围大，可以预定程序，依照系统实际工作时的蒸发器信号进行控制。图3-3是电子膨胀阀图。
图3-3 电子膨胀阀
四、CO2热泵热水机的控制
（一）CO2热泵热水机的控制要求
1.冷凝风机
压缩机开启时，冷凝风机提前开启；压缩机关闭时，冷凝风机延后关闭。
其中，开冷凝风机提前10s（0-100s）；关冷凝风机延时10s（0-100s）。
2.压缩机
压缩机接收到开机指令后开启；压缩机停机后，需等待才能重新启动。其中，启动压缩机延时180s（0-300s）
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/jdgc/1701.html
