空氣能壓縮機(jī)與空調(diào)壓縮機(jī)的差異淺析
2020-09-01
隨著家用空氣能熱水器市場的快速增長，以前采用“空調(diào)外機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的模式會逐漸被打破。繼2009年熱泵專用壓縮機(jī)并推廣以來，國內(nèi)多家壓縮機(jī)廠家紛紛投入熱泵專用壓縮機(jī)開發(fā)，以期為熱泵熱水器的健康發(fā)展提供核心保障。熱泵熱水器的運(yùn)行模式與空調(diào)存在很大差異，決定了熱泵專用壓縮機(jī)與空調(diào)壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)理念上存在差異。隨著家用熱泵熱水器市場的快速增長，以前采用“空調(diào)外機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的模式會逐漸被打破。
無故障長期穩(wěn)定運(yùn)行
熱泵熱水器與空調(diào)相比，運(yùn)行時間方面存在很大差異，熱泵熱水器系統(tǒng)運(yùn)行時間要遠(yuǎn)高于空調(diào)。熱泵熱水器的運(yùn)行時間取決于以下因素：
空調(diào)在夏季使用頻率高，但熱水器卻是日用品，并且冬季運(yùn)行時間特別長。冬季加熱一箱水的時間是夏季的數(shù)倍，因此需要確認(rèn)熱泵熱水器在冬季的運(yùn)行模式。根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，熱泵熱水器有2/3的壽命是在冬季消耗的。
因?yàn)闊岜玫某鏊疁囟仍?5度以上，隨著使用的進(jìn)行，水箱溫度會下降，當(dāng)下降到45度左右時，壓縮機(jī)就需要啟動運(yùn)行，因此壓縮機(jī)基本都是運(yùn)行在冷凝溫度較高的區(qū)域。冷凝溫度是影響壓縮機(jī)壽命的主要因素，在運(yùn)行相同時間的條件下，熱泵熱水器中壓縮機(jī)所受的綜合負(fù)荷要遠(yuǎn)高于空調(diào)中的壓縮機(jī)。
消費(fèi)者購買熱泵熱水器的主要動力是節(jié)能、方便，消費(fèi)者會因此而多用水，這也增加了熱泵的工作時間。
如果熱泵熱水器用于采暖+生活熱水場合，可能會在整個采暖季節(jié)長期運(yùn)行。
綜合以上各類因素，可知熱泵熱水器主機(jī)會向小型化發(fā)展，實(shí)際運(yùn)行時間會大幅度增加。要保證在熱泵熱水器生命周期里不發(fā)生故障，壓縮機(jī)需要能夠承受20000小時的實(shí)際運(yùn)行，因此，使用熱泵專用壓縮機(jī)是非常必要的。
空調(diào)與熱泵熱水器運(yùn)行模式的差異對比
系統(tǒng)設(shè)計(jì)時的注意事項(xiàng)
在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，也要遵循熱泵運(yùn)行的規(guī)則，這樣才能真正發(fā)揮熱泵專用壓縮機(jī)的功能。具體要注意到以下幾方面：
節(jié)流裝置要保證寬范圍
無論是分體式還是放于室外的整體式熱泵熱水器，其蒸發(fā)溫度都非常寬。為了在寬范圍內(nèi)進(jìn)行有效節(jié)流，建議不要采用單根毛細(xì)管，而是采用膨脹閥或者多組毛細(xì)管，以應(yīng)對環(huán)境溫度的變化，保證在所有運(yùn)行條件下都有吸氣過熱度。同時也要避免液體直接進(jìn)入壓縮機(jī)，特別是冬季。
觀察液擊、浸入現(xiàn)象，評估風(fēng)險(xiǎn)
針對靜態(tài)加熱儲熱式熱泵熱水器，“冷媒遷移”是回避不了的問題：即壓縮機(jī)停止工作后，處于冷凝器處于高水溫環(huán)境中，壓縮機(jī)/蒸發(fā)器逐漸冷卻，溫差導(dǎo)致冷媒逐漸遷移至蒸發(fā)器和壓縮機(jī)。
冷媒發(fā)生“聚集”，壓縮機(jī)再次啟動時，聚集在蒸發(fā)器中的冷媒很可能直接進(jìn)入壓縮機(jī)。也就是說熱泵熱水器發(fā)生液擊的程度比空調(diào)要嚴(yán)重得多。這個現(xiàn)象已經(jīng)經(jīng)過多次試驗(yàn)得到驗(yàn)證。這也是熱泵專用壓縮機(jī)采用超大容量弧形儲液器設(shè)計(jì)的原因之一(緩解液擊、提升吸氣過熱度)。因此，在開發(fā)熱泵熱水器時，需要觀察液擊、浸入現(xiàn)象，評估風(fēng)險(xiǎn)。比如阿里斯頓、格力等企業(yè)在開發(fā)熱泵熱水器是都進(jìn)行了詳細(xì)的觀察，確認(rèn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性，做得很專業(yè)。
注意壓縮機(jī)底部過熱度的問題
這一點(diǎn)是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時容易被忽略的地方，但卻是極端重要的。所謂壓縮機(jī)底部過熱度，其定義為：壓縮機(jī)底部溫度—冷凝溫度。如果該值為零或者小于零，此時壓縮機(jī)本體就成了一個“冷凝器”，冷媒會慢慢在壓縮機(jī)殼體內(nèi)冷凝成液體而沉積在壓縮機(jī)底部，被當(dāng)做“潤滑油”泵到壓縮機(jī)泵體各滑動面上。液態(tài)冷媒是沒有潤滑功能的，其結(jié)果是壓縮機(jī)泵體摩擦對偶全面磨耗，發(fā)生“咬缸堵轉(zhuǎn)”只是個時間的問題。
壓縮機(jī)冬季運(yùn)行時，如果發(fā)生“吸氣帶液”，進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部的液態(tài)冷媒會迅速降低壓縮機(jī)本體溫度，加上低的環(huán)境溫度，導(dǎo)致壓縮機(jī)底部溫度會降得比較低。而熱泵熱水器由于需要制取較高溫度的熱水，冷凝溫度比較高，就這很容易發(fā)生壓縮機(jī)底部溫度低于冷凝溫度的現(xiàn)象。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)生有吸氣帶液時，在制取55度熱水時，環(huán)境溫度在5度左右就會發(fā)生底部過熱度小于零的現(xiàn)象，環(huán)境溫度越低越嚴(yán)重。
普通空調(diào)壓縮機(jī)在有吸氣過熱度時容易“電機(jī)過熱”，特別是在高壓縮比運(yùn)行時。這恰是熱泵專用壓縮機(jī)需要解決的，在高壓縮比下，熱泵專用壓縮機(jī)仍可可靠運(yùn)行。
冷凝側(cè)換熱留出安全余量
不管是什么類型熱泵熱水器，長期運(yùn)行后，其水側(cè)(冷凝側(cè))的換熱效果都會下降(結(jié)垢、松動、老化等)，換熱溫差會增加。因此在設(shè)計(jì)當(dāng)初就考慮到將來其冷凝側(cè)換熱溫差可能會發(fā)生怎樣的變化，留出一定的安全余量，以保證壓縮機(jī)長期運(yùn)行在安全范圍之內(nèi)。
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