直热式空气源热泵热水机的技术分析

直热式空气源热泵热水机的技术分析

鲁红伟

广东美的暖通设备有限公司528311

摘要：随着我国经济社会的快速发展以及人们生活质量的提升，热水在生活中使用的效率越来越频繁，而这造成的直接问题就是能量消耗越来越大。在如今资源短缺以及环境条件不断恶化的形势下，保护环境、节约资源成了很多电子产品设计遵循的原则，而直热式空气源热泵热水机正是以其节能环保以及快捷高效的特点得到了用户的青睐，已经成为一种市场占有率较高的产品，在国民生活中扮演着重要角色。本文主要对直热式空气源热泵热水机的相关技术进行分析，包括对其工作基本原理、设计要求和技术难点以及解决方法的探讨，希望能为相关人员提供参考。

关键词：直热式空气源热泵热水机；技术；分析

引言

空气源热泵热水机作为一种节能环保且便捷高效的热水产品已经占有了很大的市场份额，其独特的优势不但适应了国家可持续发展战略的要求，而且迎合了人们绿色健康生活的理念。然而产品的开发永远不能满足用户的要求，产品总是随着用户的要求不断变化的。近年来人们对空气源热泵热水机的很多性能提出了建议，包括连续用热水功能的实现等，其中缩短再次用热水等待时间已经成为相关研发人员研究的重点，也是亟待解决的问题之一。直热式空气源热泵热水机是空气源热泵热水机的一种，其主要被用于商业场合。相对于传统的热水器，制热时热泵热水机具有很多技术上的特性，其一般采用小制热能力的机组来匹配较大容量的水箱，这能够达到长时间连续加热并将热水存储起来的目的。

1.直热式空气源热泵热水机的工作原理

简单地说，直热式空气源热泵热水机的工作原理就是逆卡诺循环，其压缩机部分能够通过不断的做工将空气中的热量转移到水中从而使得水温升高。顾名思义，直热式空气源热泵热水机是以空气作为热量来源，能够直接将水温升高到用户需求的温度，其机组的制热能力较小决定了其每次加热的水量不多，但是这是其能够在短时间内将水温升高的原因之一。因此，直热式空气源热泵热水机内部的温差较大且温度变化快。

直热式空气源热泵热水器之所以能够在运行过程中维持较稳定的压强并迅速加热出水，就是因为其蒸发侧有翅片式换热器，能够将热水机内部的冷媒同空气中的热量进行及时交换，空气中的热量被吸收进冷媒中得以暂时存储，然后被释放到冷水中将水在短时间内加热。

2.直热式空气源热泵热水机的设计要求和技术难点

直热式空气源热泵热水机之所以能够与传统的热水机区别开来，就是因为其在设计之初就确定了一系列要求，这些要求都与直热式空气源热泵热水机后续功能的实现有很大联系。然而，直热式空气源热泵热水机在设计过程中也曾出现了很多技术难点，主要表现在对水温的控制方面，以下进行详述。

2.1一次性加热温度的要求及技术难点

传统的热水机都采用循环式加热，其一般都通过多次不断地加热将冷水提高到一定温度，因此，传统热水机一次性加热后的出水温度要求并不高，一般只有四十多摄氏度，因为其可以通过后续过程的加热将水温逐步提升。而直热式空气源热水机则对一次性加热后的出水温度要求较高，一般要求达到至少55摄氏度。另外，直热式空气源热泵热水机要求对出水温度的稳定性也有一定要求。这种热水机的优势在于热水快，能够直接将水加热到用户所需要的温度，因此出水温度波动幅度不能过大，否则不能满足用户的要求。比出水温度数值要求55摄氏度以上更加难的是出水温度的稳定，很多初步设计的直热式空气源热泵热水机都存在出水温度波动幅度大的现象。出水温度主要受到环境温度变化、进水温度变化、翅片结霜厚度变化等因素的影响，且这些因素的影响往往不是独立的，他们之间具有一定的联系，目前学术界还没有彻底弄清其中的微妙关系。因此，在直热式空气源热泵热水机的设计过程中，如何在出水温度达到一定高度的基础上将其恒定成为一个技术难点。

2.2自动除霜

热水机内的低温管路或者蒸发器翅片工作的时候往往由于温度变化出现凝霜，积累多了会对热水机的功能起到一定影响，因此一般的热水机都设计了一定的部件用来除霜。以传统热泵热水机为例，其安装有四通阀，四通阀变换方向的过程中会将结霜除掉。但是直热式空气源热泵热水器不能采用这种方法，上文已经说过，直热式空气源热泵热水机的进水量较小且内外部温差大，如果安装四通阀除霜，则会降低出水温度，情况反复出现会造成出水温度的较大波动，使得其无法满足用户对出水温度的要求，情况严重的时候出水会在换热器处结冰，导致换热器被损坏。

因此，直热式空气源热泵热水机工作过程中采取什么样的方法除霜成为一个技术难点，在其设计之初，根据用户的要求以及产品本身结构的要求，除霜装置不但要避免对出水温度形成影响，而且还要与热水机整体相契合，能够随时展开工作。

2.3压力控制

传统的热水机蒸发侧的温度一般不会超过30摄氏度，然而对于直热式空气源热泵热水机，情况不容乐观。据实验调查，直热式空气源热泵热水机工作状态下尤其是制热状态下其周围环境温度可能达到40摄氏度甚至有些地区会更高。而环境温度过高会导致热水机蒸发侧温度过高，进而导致整个机组内部的压力过高，甚至超过其结构部件所能承受的压力范围，造成一定程度的损坏。因此，此处设计中的技术难点是如何控制直热式空气源热泵热水机在工作过程中内部的压力，毕竟环境温度是无法控制的。一种观点指出应该采用结构化设计的方法将热水机的各部件的抗压能力提升，这应该是主流观点且较为可行。

3.解决方法

上文主要提出了三项技术难点：①出水温度稳定性的控制；②自动除霜装置；③工作环境温度过高时内部压力控制。其中出水温度可以通过流量调节阀来控制，目前使用较多的是机械式的和电子式的两种，两种各有优缺点，但是电子式的流量调节阀能够实现对水温更精确的控制，且能够通过智能系统对水温变化的趋势进行预判，当水温出现降低的趋势时，其能够进行精准的调节。而自动除霜装置可以通过电磁阀来实现，即通过阻止压缩机排气的正常运转回路让其通过毛细管等焓节流，之后其压力会变小，最后通过电磁阀到达翅片换热器将其结霜融化，这种方法能够实现除霜的基础上不影响水温的目的。最后是内部压力控制，除了上文说的增强构件抗压能力之外，还要想办法降压，采用可变风量的风机，变频风机或者多档风机都可以，用以减弱制冷剂侧的换热或者风侧的换热，进而保持低压的稳定。

4.小结

本文主要介绍直热式空气源热泵热水机的工作原理以及其与传统热水机在性能以及功能方面的区别，同时对其设计要求以及设计过程中的技术难点进行阐述，并最终提出了针对性的解决方法。随着社会的发展，人们不但在追求生活质量的同时更加注重热与自然的和谐，因此节能环保成为21世纪的主题，作为直热式空气源热泵热水机的设计人员，要深刻认识节能环保的重要作用，通过不断的探索实践过程，克服技术难点，设计出更加人性化，功能更加丰富的热水机。本文可为相关设计人员提供参考。

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