文章來源：鄭州熙元空調設備 發布時間：2013-12-09 18:08:47
繼2009年上海日立首先推出“睿能4X-POWER”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，以期為熱泵熱水器的健康發展提供保障。熱泵熱水器的運行模式與空調存在很大差異，這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。但是，在實際使用時，仍要遵循熱泵運行的規則，這樣才能真正發揮熱泵專用壓縮機的優勢。以下就以家用轉子式熱泵專用壓縮機為例，簡要說明如何正確選擇和使用該類型壓縮機。
空調與熱泵熱水器運行模式的差異
熱泵熱水器與空調相比，可謂五花八門，有整體式、分體式、循環加熱式、外盤管靜態加熱式、內盤管靜態加熱式、直熱式、儲熱式等。將這些分類進行簡化，大致可以得出空調與熱泵熱水器的差異點如下。
第一，熱泵熱水器全年都在制熱，空調則是制冷、制熱交替進行。
第二，熱泵熱水器蒸發溫度可在-20~35℃之間，而空調蒸發溫度一般在15℃以下。
第三，由于國家標準要求熱泵熱水器出水溫度在55℃以上，因此熱泵熱水器的冷凝溫度常年處于高水平，而空調只在夏季少數高溫天氣下才會有高冷凝溫度現象。
第四，空調運行壓縮比一般在3~4，極端惡劣工況也只達到5~6，而熱泵熱水器的壓縮比往往在10以上(冬季)。
第五，熱泵熱水器中的制冷劑遷移現象要比空調嚴重得多。
第六，由于冷凝溫度高，熱泵熱水器對“吸氣帶液”非常敏感。
第七，熱泵熱水器作為日用品常年使用，而空調的使用季節性非常強。
開發熱泵熱水器需注意的問題
市場上數量最多的分體式熱泵熱水器或者放于室外的整體式熱泵熱水器，蒸發溫度范圍非常寬。為了在寬范圍內進行有效節流，建議不要采用單根毛細管，應采用膨脹閥或者多組毛細管，以應對環境溫度的變化，保證在所有運行條件下都有吸氣過熱度。熱泵專用壓縮機可以適應很寬的蒸發溫度，但是也要避免液體直接進入壓縮機，特別是冬季。
針對靜態加熱儲熱式熱泵熱水器，“制冷劑遷移”是回避不了的問題，即壓縮機停止工作后，冷凝器處于高水溫環境中，壓縮機和蒸發器逐漸冷卻，溫差導致制冷劑逐漸遷移至蒸發器和壓縮機，制冷劑發生“聚集”，壓縮機再次啟動時，聚集在蒸發器中的制冷劑很可能直接進入壓縮機。也就是說熱泵熱水器發生液擊的程度比空調要嚴重得多。這個現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，在開發熱泵熱水器時，需要觀察液擊、浸入現象，評估風險。比如阿里斯頓、格力等企業在開發熱泵熱水器時都進行詳細的視鏡觀察，確認系統設計的可靠性。
壓縮機底部過熱度的測量也是在熱泵熱水器系統設計時容易被忽略的地方，卻是極重要的。壓縮機底部過熱度定義為：“壓縮機底部溫度”與“冷凝溫度”之差。如果壓縮機底部過熱度為零或者小于零，此時壓縮機本體就成了一個“冷凝器”，制冷劑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。液態制冷劑是沒有潤滑功能的，會造成壓縮機泵體摩擦對偶全面磨耗，發生“咬缸堵轉”只是個時間問題。
為什么熱泵熱水器要特別注意壓縮機底部溫度?原因還是因為“冷凝溫度”。冬季運行時，如果發生“吸氣帶液”，進入壓縮機內部的液態制冷劑會迅速降低壓縮機本體溫度，加上低的環境溫度，導致壓縮機底部溫度降得比較低。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，這就很容易發生壓縮機底部溫度低于冷凝溫度的現象。系統實驗表明，當發生吸氣帶液時，在制取55℃熱水時，環境溫度在5℃左右就會發生壓縮機底部過熱度小于零的現象，環境溫度越低越嚴重。
這也是為什么要求壓縮機在所有運行條件下都有吸氣過熱度的原因。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。
熱泵熱水器如何控制水溫
相對空調壓縮機，熱泵專用壓縮機需要保證在制取較高水溫時保證可靠性。但是不是水溫可以無限提高?當然不是。熱泵專用壓縮機有R417A和R134a制冷劑兩種，下面以R134a制冷劑為例進行說明。
第一，由于是低壓制冷劑，R134a制冷劑冷凝溫度可高達80℃，按照換熱溫差5℃計算，最高出水溫度可到75℃。是不是所有條件下都可以達到75℃?不是的。針對不同的環境溫度，水溫需要控制：一般情況下，冷凝溫度達到80℃時，蒸發溫度不要超過5℃。在低溫環境下，需要適當降低冷凝溫度，當溫度降低為-15℃左右，建議將冷凝溫度控制在不超過70℃(水溫65℃左右)。
第二，低溫下遇到的問題是高壓縮比。熱泵專用壓縮機可以承受很高的壓縮比，相對空調壓縮機最大壓比5~6，其最大壓比在10以上(建議在11~13范圍內是安全的)。但是壓縮比不可無限提高，過高的壓比導致壓縮機內部局部溫度可能過高，從而超過壓縮機極限而損害壓縮機。
有廠家提出，在低溫環境下，熱泵系統上壓縮機的實際排氣溫度并不高。主要原因是“沒有吸氣過熱度”，吸氣帶進壓縮機的液態制冷劑降低了排氣溫度。發生這種情況時，除了制熱效果很差(有的根本就不起作用，或者水溫上升極為緩慢)，對壓縮機可靠性也是致命的：壓縮機底部過熱度不足導致嚴重磨耗。認為在低溫環境下也可以制取70℃以上熱水是一種認識上的誤區，影響壓縮機可靠性的不僅僅是吸氣壓力、排氣溫度、排氣壓力，還有如“壓縮機底部溫度”、“吸氣帶液”等難以被察覺的致命因素。針對這些問題，壓縮機廠家首先需要弄清楚，否則可能會誤導系統廠家。
第三，建議對熱泵熱水器系統運行模式進行設置，在環境溫度不太低時將最高水溫設高一點，低溫環境下水溫設低一點(65℃)。即使是65℃，也比國標規定的55℃要高很多，完全可以滿足國標和消費者的需求。這樣既可以保證較高的出水溫度和能效，又可以保證整個系統的安全可靠性。
熱泵熱水器長期運行的考慮
不管是什么類型的熱泵熱水器，長期運行后，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。因此需要對自己開發的熱泵熱水器進行估算，冷凝側換熱溫差可能會發生怎樣的變化。在設計當初就考慮到將來換熱溫差的增加問題，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。
另外，在北方寒冷地區(比如-20℃環境溫度以下)，熱泵熱水器的應用尚不多，主要制約因素是制熱量衰減和極高壓縮比。熱泵專用壓縮機在提升制熱量和壓縮比方面已有大幅度改善，但針對北方寒冷地區，CO2系統有著獨有的優勢：第一，CO2是一種高壓制冷劑，在環境溫度極低的條件下，制熱量衰減相對較小、仍可保持較高的能效;第二，CO2系統是顯熱加熱水，壓縮比低，可以在低溫下安全可靠地制取70~90℃的熱水。
因此，從技術上來說，寒冷地區采用CO2熱泵熱水器是最好的選擇。盡管上海日立等壓縮機廠家已經完成CO2壓縮機的開發，但國內整體配套能力仍還有很長的路要走，加上成本高昂，國內水質無法短時間內解決，因此，CO2壓縮機在短期內尚無法大量應用。但是，長遠來看，采用CO2制冷劑的熱泵熱水器是寒冷地區的最終解決方案。
熱泵熱水器系統運行時間估算，需要考慮以下因素：第一，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，熱泵熱水器主機會向小型化發展，將造成整機實際運行時間大幅度增加;第二，空調僅在夏季使用頻率高，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倍，因此需要確認熱泵熱水器在冬季的運行模式;第三，我們知道，45℃以下的水是不能滿足使用要求的，當水箱溫度達到這個值時，熱泵制熱就需要啟動運行，因此壓縮機基本都是運行在冷凝溫度較高的區域。冷凝溫度是影響壓縮機壽命的主要因子，也就是說，在運行相同時間的前提下，空調中壓縮機所受的綜合負荷要遠低于熱泵熱水器中的壓縮機;第四，消費者購買熱泵熱水器的主要動力是節能，熱泵廠商也是這么宣傳的。消費者會因此而多用水，這也增加了熱泵的工作時間;第五，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長期運行。
