空气源热泵冷热水机的分析
目 录
引言 1
一、空气源热泵冷热水机的简介 2
（一）空气源热泵冷热水机的应用 2
（二）空气源热泵冷热水机的原理及特点 2
二、空气源热泵冷热水机的节流装置 3
（一）热力膨胀阀 4
（二）电子膨胀阀 4
三、空气源热泵冷热水机的选型方案 5
四、空气源热泵冷热水机的控制设计 6
（一）设计思路 6
（二）空气源热泵冷热水机的电控设计 7
（三）空气源热泵冷热水机的部分控制 10
五、空气源热泵冷热水机的故障及保护 11
（一）故障 11
（二）保护 12
总结 13
参考文献 14
谢辞 15
引言
随着世界范围内的能源供应局势日益紧张，以及公众对于安全和环保不断提高的要求，节能性优越的热泵技术开始更加深刻的影响到各行各业。随着国民经济持续、稳定发展，人民生活水平逐渐提高，如热泵热水机这样的绿色、环保、节能等产品逐渐受到消费者的认知，市场份额也在逐年增加。
在本课题的设计中，做了很多准备工作。了解空气源热泵冷热水机的系统原理、组成部分、电路设计、控制和故障、保护等。
完成本课题需要综合运用学校所学的Auto CAD、PLC、传感器、电路基础等相关知识，通过本课题的设计还可增加我一定的社会经验，丰富了我的工作生活，理论付诸于实践，使我受益颇菲。
一、空气源热泵冷热水机的简介
（一）空气源热泵冷热水机的应用
随着人们大生活水平的提高，热水的使用也日益广泛，在热水的获得方法上也有了较大的进步。随着《中华人民共和国节约能源法》的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
颁布及全国性的节能、减排、环保意识的全民宣传，使用节能、环保、安全产品已成为全民共识。建筑业的迅速发展，大批城中村的改造，新型节能高层住宅的建造及近几年旅游新景区的不断发掘，各类宾馆、度假山庄、桑拿洗浴中心、别墅也大批涌现。空气源热泵冷热水机成为用户的最佳选择。随着世界范围内的能源供应局势日益紧张，以及公众对于安全和环保不断提高的要求，节能性能优越的热泵技术开始更加深刻的影响到各行各业，尤其对耗能较大的采暖、热水和空调行业，影响尤为深远。
空气源热泵冷热水机是一种节能产品，在我国的夏热冬冷地区，在集中空调系统中应用空气源热泵冷热水机的用户越来越多，特别是在写字楼、银行、商店等以白天使用为主的建筑中应用更为广泛。
（二）空气源热泵冷热水机的工作原理及特点
1.空气源热泵冷热水机的工作原理
空气源热泵冷热水机的工作原理如图1-1所示：
图1-1 空气源热泵冷热水机的工作原理
（1）制冷
制冷时，从压缩机排出的高温高压气体通过四通阀进入空气侧换热器，冷凝后的工质液体通过右下侧的止回阀进入贮液器，从贮液器出来的工质液体通过带换热器的气液分离器进行制冷。工质的制冷液体截止阀、干燥过滤器、电磁阀、夜视镜等进入热力膨胀阀。节流后的低温低压气体经截止阀进入板式换热器，蒸发后的制冷剂蒸气经四通换向阀进入带换热器的气液分离器，分离后的工质蒸气回入压缩机在压缩，如此往复，制取冷水。
（2）制热
制热时，四通换向阀换向，经压缩机排出的高温高压工质蒸气首先进入板式换热器放出热量，并将水加热，加热后的水进入空调系统供暖。冷凝后的工质液体经左下侧的止回阀进入贮液器。高压的工质液体经带换热器的气液分离器过冷后，再经截止阀、干燥过滤器、电磁阀、夜视镜等进入热力膨胀阀，节流降压后的工质液体再经右上侧的止回阀进入空气侧换热器，吸收空气中的热量而蒸发，蒸发吸热后的工质蒸汽再经四通换向阀、带换热器的气液分离器回热压缩机再压缩，如此连续循环，制取热水。
在寒冷的冬季，空气源热泵冷热水机在制热情况运行一段时间，空气侧换热器的翅片管表面会结霜，影响传热，导致制冷量越来越小，此时会自动转换成制冷状况。压缩机排气直接进入空气侧换热器进行除霜，经短期除霜后，空气源热泵冷热水机又准换成制热运行。
2.空气源热泵冷热水机的特点
（1）运行可靠，高效节能：全封闭涡旋式压缩机使用寿命长、故障率低；全封闭式钎焊式板式换热器换热量大，性能出众，有效降低运行费用；超低温机型配置准二级压缩的喷气增焓系统，实现-20℃低温下稳定运行。
（2）模块组合，安装方便：每个模块单元有独立的框架结构，制冷系统、配电系统、控制系统和保护系统，当其中一个模块单元发生故障时不影响其他模块单元正常工作。
（3）静音设计，造型美观：低噪音大叶片轴流风机，合理紧凑的系统管路设计，避免大的振动及共振的发生；采用V型、L型或者U型翅片结构，空间利用率高，翅片管表面送风均匀，机器外形更加流畅。
（4）控制完整、操作简单：先进的智能控制系统，具有高压保护、低压保护、缺水保护、漏电保护、缺相保护、过载保护、防冻保护、排气温度过高等全面的保护功能，管理方便简单。
（5）安全无忧，经济实用，热泵技术先进优良。
二、空气源热泵冷热水机的节流装置
目前，空气源热泵冷热水机常采用热力膨胀阀和电子膨胀阀来调节制冷剂流量和实现节流。
（一）热力膨胀阀
热力膨胀阀是由阀体、感温包、平衡管三大部分组成，外形如图2-1，示意图如图2-2所示。感温包内充注制冷剂，安装在蒸发器出口的管路上，和管道保持紧密接触以感受其温度，使工质保持对应多的压力并通过细长铜管把压力传递到蒸发器端盖的膜片上方，对膜片形成压力；制冷剂的压力则作用于膜片的下方，以上两个作用力，和针阀下方的弹簧预紧力共同作用，通过改变针阀的升降来改变制冷剂的流量。
图2-1 热力膨胀阀
图2-2 热力膨胀阀安装示意图
（二）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。其外形如图2-2所示：
图2-2 电子膨胀阀
空气源热泵冷热水机使用的电子膨胀阀，一般是由吸气过热度进行调节，由压力传感器和温度传感器提供信号，控制器执行调节动作；工作时，压力传感器将蒸发器出口压力信号、温度传感器将压缩机吸气温度信号传给控制器，控制器将信号处理后，输出电脉冲作用于电子膨胀阀的步进电机，将阀调节到所需要的位置。
电子膨胀阀可通过事先预定的程序，在各个工况下可精确的控制节流状态，提高系统的能效比和可靠性。
三、空气源热泵冷热水机的选型方案
空气源热泵冷热水机扮演者一机两用的角色，冬季制热，夏季制冷，故在选型时，就要充分考虑到制热和制冷性能。选用的空气源热泵冷热水机的制热量、制冷量，不仅要满足夏季室内空调的冷负荷，还要能满足冬季室内空调的热负荷。根据夏季冷负荷选择的热泵机器，冬夏利用率较高，相对经济些。现在有以下两种选型方案：
1.根据夏季冷负荷选择空气源热泵冷热水机，对冬季热负荷进行校正。如果机器的供热量小于冬季热负荷，可对以下情况进行考虑。当机器的供热量小于或等于冬季热负荷的50%-60%，可以增加辅助加热装置，否则应重新设定机器容量选择；如果机器的供热量大于冬季热负荷，那么就满足冬季供暖要求。这种方案不是完美的，也会存在一些问题：如果夏季冷负荷比冬季热负荷大很多，那么在冬季供热时，机器所提供的热量远远高于建筑物需要的热量，只能使机器在部分负荷下运行，利用效率低，成本高。
引言 1
一、空气源热泵冷热水机的简介 2
（一）空气源热泵冷热水机的应用 2
（二）空气源热泵冷热水机的原理及特点 2
二、空气源热泵冷热水机的节流装置 3
（一）热力膨胀阀 4
（二）电子膨胀阀 4
三、空气源热泵冷热水机的选型方案 5
四、空气源热泵冷热水机的控制设计 6
（一）设计思路 6
（二）空气源热泵冷热水机的电控设计 7
（三）空气源热泵冷热水机的部分控制 10
五、空气源热泵冷热水机的故障及保护 11
（一）故障 11
（二）保护 12
总结 13
参考文献 14
谢辞 15
引言
随着世界范围内的能源供应局势日益紧张，以及公众对于安全和环保不断提高的要求，节能性优越的热泵技术开始更加深刻的影响到各行各业。随着国民经济持续、稳定发展，人民生活水平逐渐提高，如热泵热水机这样的绿色、环保、节能等产品逐渐受到消费者的认知，市场份额也在逐年增加。
在本课题的设计中，做了很多准备工作。了解空气源热泵冷热水机的系统原理、组成部分、电路设计、控制和故障、保护等。
完成本课题需要综合运用学校所学的Auto CAD、PLC、传感器、电路基础等相关知识，通过本课题的设计还可增加我一定的社会经验，丰富了我的工作生活，理论付诸于实践，使我受益颇菲。
一、空气源热泵冷热水机的简介
（一）空气源热泵冷热水机的应用
随着人们大生活水平的提高，热水的使用也日益广泛，在热水的获得方法上也有了较大的进步。随着《中华人民共和国节约能源法》的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
颁布及全国性的节能、减排、环保意识的全民宣传，使用节能、环保、安全产品已成为全民共识。建筑业的迅速发展，大批城中村的改造，新型节能高层住宅的建造及近几年旅游新景区的不断发掘，各类宾馆、度假山庄、桑拿洗浴中心、别墅也大批涌现。空气源热泵冷热水机成为用户的最佳选择。随着世界范围内的能源供应局势日益紧张，以及公众对于安全和环保不断提高的要求，节能性能优越的热泵技术开始更加深刻的影响到各行各业，尤其对耗能较大的采暖、热水和空调行业，影响尤为深远。
空气源热泵冷热水机是一种节能产品，在我国的夏热冬冷地区，在集中空调系统中应用空气源热泵冷热水机的用户越来越多，特别是在写字楼、银行、商店等以白天使用为主的建筑中应用更为广泛。
（二）空气源热泵冷热水机的工作原理及特点
1.空气源热泵冷热水机的工作原理
空气源热泵冷热水机的工作原理如图1-1所示：
图1-1 空气源热泵冷热水机的工作原理
（1）制冷
制冷时，从压缩机排出的高温高压气体通过四通阀进入空气侧换热器，冷凝后的工质液体通过右下侧的止回阀进入贮液器，从贮液器出来的工质液体通过带换热器的气液分离器进行制冷。工质的制冷液体截止阀、干燥过滤器、电磁阀、夜视镜等进入热力膨胀阀。节流后的低温低压气体经截止阀进入板式换热器，蒸发后的制冷剂蒸气经四通换向阀进入带换热器的气液分离器，分离后的工质蒸气回入压缩机在压缩，如此往复，制取冷水。
（2）制热
制热时，四通换向阀换向，经压缩机排出的高温高压工质蒸气首先进入板式换热器放出热量，并将水加热，加热后的水进入空调系统供暖。冷凝后的工质液体经左下侧的止回阀进入贮液器。高压的工质液体经带换热器的气液分离器过冷后，再经截止阀、干燥过滤器、电磁阀、夜视镜等进入热力膨胀阀，节流降压后的工质液体再经右上侧的止回阀进入空气侧换热器，吸收空气中的热量而蒸发，蒸发吸热后的工质蒸汽再经四通换向阀、带换热器的气液分离器回热压缩机再压缩，如此连续循环，制取热水。
在寒冷的冬季，空气源热泵冷热水机在制热情况运行一段时间，空气侧换热器的翅片管表面会结霜，影响传热，导致制冷量越来越小，此时会自动转换成制冷状况。压缩机排气直接进入空气侧换热器进行除霜，经短期除霜后，空气源热泵冷热水机又准换成制热运行。
2.空气源热泵冷热水机的特点
（1）运行可靠，高效节能：全封闭涡旋式压缩机使用寿命长、故障率低；全封闭式钎焊式板式换热器换热量大，性能出众，有效降低运行费用；超低温机型配置准二级压缩的喷气增焓系统，实现-20℃低温下稳定运行。
（2）模块组合，安装方便：每个模块单元有独立的框架结构，制冷系统、配电系统、控制系统和保护系统，当其中一个模块单元发生故障时不影响其他模块单元正常工作。
（3）静音设计，造型美观：低噪音大叶片轴流风机，合理紧凑的系统管路设计，避免大的振动及共振的发生；采用V型、L型或者U型翅片结构，空间利用率高，翅片管表面送风均匀，机器外形更加流畅。
（4）控制完整、操作简单：先进的智能控制系统，具有高压保护、低压保护、缺水保护、漏电保护、缺相保护、过载保护、防冻保护、排气温度过高等全面的保护功能，管理方便简单。
（5）安全无忧，经济实用，热泵技术先进优良。
二、空气源热泵冷热水机的节流装置
目前，空气源热泵冷热水机常采用热力膨胀阀和电子膨胀阀来调节制冷剂流量和实现节流。
（一）热力膨胀阀
热力膨胀阀是由阀体、感温包、平衡管三大部分组成，外形如图2-1，示意图如图2-2所示。感温包内充注制冷剂，安装在蒸发器出口的管路上，和管道保持紧密接触以感受其温度，使工质保持对应多的压力并通过细长铜管把压力传递到蒸发器端盖的膜片上方，对膜片形成压力；制冷剂的压力则作用于膜片的下方，以上两个作用力，和针阀下方的弹簧预紧力共同作用，通过改变针阀的升降来改变制冷剂的流量。
图2-1 热力膨胀阀
图2-2 热力膨胀阀安装示意图
（二）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。其外形如图2-2所示：
图2-2 电子膨胀阀
空气源热泵冷热水机使用的电子膨胀阀，一般是由吸气过热度进行调节，由压力传感器和温度传感器提供信号，控制器执行调节动作；工作时，压力传感器将蒸发器出口压力信号、温度传感器将压缩机吸气温度信号传给控制器，控制器将信号处理后，输出电脉冲作用于电子膨胀阀的步进电机，将阀调节到所需要的位置。
电子膨胀阀可通过事先预定的程序，在各个工况下可精确的控制节流状态，提高系统的能效比和可靠性。
三、空气源热泵冷热水机的选型方案
空气源热泵冷热水机扮演者一机两用的角色，冬季制热，夏季制冷，故在选型时，就要充分考虑到制热和制冷性能。选用的空气源热泵冷热水机的制热量、制冷量，不仅要满足夏季室内空调的冷负荷，还要能满足冬季室内空调的热负荷。根据夏季冷负荷选择的热泵机器，冬夏利用率较高，相对经济些。现在有以下两种选型方案：
1.根据夏季冷负荷选择空气源热泵冷热水机，对冬季热负荷进行校正。如果机器的供热量小于冬季热负荷，可对以下情况进行考虑。当机器的供热量小于或等于冬季热负荷的50%-60%，可以增加辅助加热装置，否则应重新设定机器容量选择；如果机器的供热量大于冬季热负荷，那么就满足冬季供暖要求。这种方案不是完美的，也会存在一些问题：如果夏季冷负荷比冬季热负荷大很多，那么在冬季供热时，机器所提供的热量远远高于建筑物需要的热量，只能使机器在部分负荷下运行，利用效率低，成本高。
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