空氣能壓縮機與空調壓縮機的差異淺析
2020-09-01
隨著家用空氣能熱水器市場的快速增長，以前采用“空調外機結構設計”的模式會逐漸被打破。繼2009年熱泵專用壓縮機并推廣以來，國內多家壓縮機廠家紛紛投入熱泵專用壓縮機開發(fā)，以期為熱泵熱水器的健康發(fā)展提供核心保障。熱泵熱水器的運行模式與空調存在很大差異，決定了熱泵專用壓縮機與空調壓縮機在設計理念上存在差異。隨著家用熱泵熱水器市場的快速增長，以前采用“空調外機結構設計”的模式會逐漸被打破。
無故障長期穩(wěn)定運行
熱泵熱水器與空調相比，運行時間方面存在很大差異，熱泵熱水器系統(tǒng)運行時間要遠高于空調。熱泵熱水器的運行時間取決于以下因素：
空調在夏季使用頻率高，但熱水器卻是日用品，并且冬季運行時間特別長。冬季加熱一箱水的時間是夏季的數(shù)倍，因此需要確認熱泵熱水器在冬季的運行模式。根據(jù)統(tǒng)計計算，熱泵熱水器有2/3的壽命是在冬季消耗的。
因為熱泵的出水溫度在55度以上，隨著使用的進行，水箱溫度會下降，當下降到45度左右時，壓縮機就需要啟動運行，因此壓縮機基本都是運行在冷凝溫度較高的區(qū)域。冷凝溫度是影響壓縮機壽命的主要因素，在運行相同時間的條件下，熱泵熱水器中壓縮機所受的綜合負荷要遠高于空調中的壓縮機。
消費者購買熱泵熱水器的主要動力是節(jié)能、方便，消費者會因此而多用水，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)長期運行。
綜合以上各類因素，可知熱泵熱水器主機會向小型化發(fā)展，實際運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，壓縮機需要能夠承受20000小時的實際運行，因此，使用熱泵專用壓縮機是非常必要的。
空調與熱泵熱水器運行模式的差異對比
系統(tǒng)設計時的注意事項
在實際的系統(tǒng)設計時，也要遵循熱泵運行的規(guī)則，這樣才能真正發(fā)揮熱泵專用壓縮機的功能。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。為了在寬范圍內進行有效節(jié)流，建議不要采用單根毛細管，而是采用膨脹閥或者多組毛細管，以應對環(huán)境溫度的變化，保證在所有運行條件下都有吸氣過熱度。同時也要避免液體直接進入壓縮機，特別是冬季。
觀察液擊、浸入現(xiàn)象，評估風險
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：即壓縮機停止工作后，處于冷凝器處于高水溫環(huán)境中，壓縮機/蒸發(fā)器逐漸冷卻，溫差導致冷媒逐漸遷移至蒸發(fā)器和壓縮機。
冷媒發(fā)生“聚集”，壓縮機再次啟動時，聚集在蒸發(fā)器中的冷媒很可能直接進入壓縮機。也就是說熱泵熱水器發(fā)生液擊的程度比空調要嚴重得多。這個現(xiàn)象已經經過多次試驗得到驗證。這也是熱泵專用壓縮機采用超大容量弧形儲液器設計的原因之一(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，評估風險。比如阿里斯頓、格力等企業(yè)在開發(fā)熱泵熱水器是都進行了詳細的觀察，確認系統(tǒng)設計的可靠性，做得很專業(yè)。
注意壓縮機底部過熱度的問題
這一點是在系統(tǒng)設計時容易被忽略的地方，但卻是極端重要的。所謂壓縮機底部過熱度，其定義為：壓縮機底部溫度—冷凝溫度。如果該值為零或者小于零，此時壓縮機本體就成了一個“冷凝器”，冷媒會慢慢在壓縮機殼體內冷凝成液體而沉積在壓縮機底部，被當做“潤滑油”泵到壓縮機泵體各滑動面上。液態(tài)冷媒是沒有潤滑功能的，其結果是壓縮機泵體摩擦對偶全面磨耗，發(fā)生“咬缸堵轉”只是個時間的問題。
壓縮機冬季運行時，如果發(fā)生“吸氣帶液”，進入壓縮機內部的液態(tài)冷媒會迅速降低壓縮機本體溫度，加上低的環(huán)境溫度，導致壓縮機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)生壓縮機底部溫度低于冷凝溫度的現(xiàn)象。系統(tǒng)實驗表明，當發(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)境溫度越低越嚴重。
普通空調壓縮機在有吸氣過熱度時容易“電機過熱”，特別是在高壓縮比運行時。這恰是熱泵專用壓縮機需要解決的，在高壓縮比下，熱泵專用壓縮機仍可可靠運行。
冷凝側換熱留出安全余量
不管是什么類型熱泵熱水器，長期運行后，其水側(冷凝側)的換熱效果都會下降(結垢、松動、老化等)，換熱溫差會增加。因此在設計當初就考慮到將來其冷凝側換熱溫差可能會發(fā)生怎樣的變化，留出一定的安全余量，以保證壓縮機長期運行在安全范圍之內。
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