分析空气源热泵系统故障的原因及其结构优化设计

许行鑫 陈骏骥

摘 要：空气源热泵系统是结合了热能动力学、电子终端控制理论与水暖工程理论的一个大型系统化工程。本文首先分析了空气源热泵系统的五种故障及其原因，然后结合实例进行了优化设计。

关键词 ：空气源热泵系统；故障；设计

中图分类号：TK11 文献标识码：A

1 空气源热泵系统常见故障分析

从现阶段国内空气源热泵系统应用实践中可知，大多数在装配1年内就出现了问题，其中用水量为十吨的问题最多，包括了主机、控制、水箱等各个方面的故障。这极大地影响了消费者应用空气源热泵的意愿，久而久之就无法大范围推广应用。下文着重剖析现阶段热泵市场中产品的故障及原因。

1.1设定水温达不到或温度上升缓慢。故障：设定水温达不到或温度上升缓慢。部分机器已经运行超出额定时间，仍未达到理想水温，无法满足需求，实测温度不到40度，系统泵一直在周期运转却无升温效果。

原因：水温较低有两个可能的故障原因，其一是失去的热量超过了输入的热量。消散的热量也包含两种可能性，一个可能性是保温层不达标，与外界温差过高，消散了过多热量，尤其是水箱密封不严或保温介质未能做好，保温箱整体未能保温；另一个可能性是热水流出的同一时刻冷水流入。另一方面可能是主机降低了一个周期内传输的热量交换。有可能是传输媒介不合适，空气源热泵系统的媒介与空调不同，其物理和化学性质也有特殊要求，这也是热泵技术的特征。另一个可能是媒介数量不足，导致携热水平过低。

1.2系统工作时间过长，超过一天持续运转。故障：系统工作时间过长，超过一天持续运转，用电量超出消费者的预算，浪费了不必要的开支，消费者对空气源热泵系统丧失信心，并索要一定的赔偿。系统连续工作时间过长导致元件的工作负荷过大，浪费了水路循环量，导致诸多系统问题。

原因：电子终端控制空气源热泵系统的停启，系统工作时间过长的缘由是未达到设定的关机指标，譬如温度指标等。只有温度传感器探测温度大于设定温度值，系统才会关闭。有可能是媒介携热水平低、设定温度阈值过高、温度传感器失灵、短路、断路等。电压值过高或过低也可能导致无法停机，不过可能性极低。还有一个可能性是压缩机的故障，风机断续运转使得机组看起来不停，不过热泵风机和压缩机的电源是一致的，不会单独工作。

1.3系统遇冷死机，不能启动。故障：系统遇冷死机，不能启动。在温度低于0℃时，系统就停机，之后温度回升也不能启动。

原因：系统停止运行的主要问题来自控制系统，逐一排查每个预先设置的指标，譬如水温控制电路，系统信号无法传送将导致不能开启，由于系统的启动是由换热器、集水箱、设定温度值综合调控，如果检测的储水箱温度小于设定值，系统开启。如果集水箱温度没有收到信息时，机器出于自我维护，并不开启。也有可能是电压不在额定范围、媒介不足、压缩机故障等。冷水压力太低，无法将水注入储水箱，系统将出于自我保护不能开启。

1.4 媒介管道破裂、冷媒流失、整机瘫痪。故障：系统连续工作较长时间之后，室外机器发出较大噪音，局部管道出现缝隙，媒介流失，压力值为零。有时风机能够转动，水温不变，电表测试压缩机的阻值几乎为零。

原因：冷媒通道爆裂，媒介泄漏的原因是系统压力过高，超出冷媒循环管道阈值。气温降低需要同样多的热量，将需要更多压缩机的耗能，提高了冷媒的极限压力，元件厚度或焊接不达标而使管道爆开。另一种可能性是水质，铁屑等危险品通过水流磨损管道。

1.5 室外机的霜过多，制热效果不佳。故障：室外机的霜过多，制热效果不佳。结霜导致死机、化霜时间超过系统工作时间的一半，导致系统制热量降低，耗能提高。

原因：系统运行时，如果蒸发器温度小于露点温度，表面出现冷凝水，在0℃以下时结霜，散热片之间的间隙被结霜堵住，增大了热和风的阻力，影响了换热效果。化霜层面的设计和技术是系统处理化霜问题的关键。

2.空气源热泵系统的优化设计

2.1实例概述。该空气源热泵系统包含了压缩机、冷凝器、蒸发器等，它们构成了制冷剂循环通道，冷凝器设有进水和出水口。以上器件都有至少两个，且构建了至少两个制冷剂周期性回路，其中一个进水口连接进水管，另一个出水口连接出水管，其余的进水口、出水口由管道连接而形成水路串联体系。

2.2技术优化。蒸发器至少有两个换热管穿过同一翅片，这样能提高换热效率。在蒸发器的旁侧设有风机，至少有两个档位，该风机由电路控制。如果一个压缩机运转，风机在低档位向蒸发器吹风；如果两个压缩机运转，风机要在高档位向蒸发器吹风，这样达到理想的节能及换热效果。两个压缩机的效能存在差距。依照所需热水量使用不同效能的压缩机，这样可以节约能源；如果低效能的压缩机就能达到热量需要，就只需开启此压缩机，如若不能，就开启高效能的压缩机。假如还是未能达到热量需要，就开启两个压缩机。系统优化设计主要表现为。

（1）至少两个制冷剂循环回路，可以根据需要选择启动一个压缩机或多个压缩机，使热水器的制热能力与实际需要相适应，提高热水器的工作效率，降低能量浪费。（2）双压缩机系统，负荷调节能通过压缩机开启台数和水量调节阀两种组合方式进行调节，故调节范围更广，适应性更强。（3）冷凝器水路串联结构，在负荷较大时，启动两个压缩机，冷水经过两级加热，则经过每个压缩机系统的水温升减小，工况更稳定，更有利于压缩机的运行。（4）启动时，多个压缩机可异步启动，以降低启动负荷。（5）多个蒸发器共用翅片，可提高换热效率。（6）风机档位和压缩机工作状态相适应，以提高其节能、换热效果。当只开一个压缩机系统时，自动转到低转速运行，降低风机功耗和噪音。

结语

消费者应当一方面购买信誉好的产品，而且也应参考生产厂家的研发水平、质量认证。选购时提高科技意识、维权意识，就能尽可能规避以上故障，相信空气源热泵系统在我国也将得到普及应用。

参考文献

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[2]韩星，范巍，陈剑波，等.复叠式空气源热泵翅片管换热器的结霜因子研究[J].制冷学报，2014，35（1）：25-32，45.