繼2009年上海日立s*先推出“睿能4X-POWER”熱泵專(zhuān)用壓縮機并推廣以來(lái)，國內多家壓縮機廠(chǎng)家紛紛投入熱泵專(zhuān)用壓縮機開(kāi)發(fā)，以期為熱泵熱水器的健康發(fā)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(zhuān)用壓縮機與空調壓縮機在設計理念上存在差異。但是，在實(shí)際使用時(shí)，仍要遵循熱泵運行的規則，這樣才能真正發(fā)揮熱泵專(zhuān)用壓縮機的優(yōu)勢。以下就以家用轉子式熱泵專(zhuān)用壓縮機為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明如何正確選擇和使用該類(lèi)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(mén)，有整體式、分體式、循環(huán)加熱式、外盤(pán)管靜態(tài)加熱式、內盤(pán)管靜態(tài)加熱式、直熱式、儲熱式等。將這些分類(lèi)進(jìn)行簡(jiǎn)化，大致可以得出空調與熱泵熱水器的差異點(diǎn)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(jìn)行。

　　

　　第二，熱泵熱水器蒸發(fā)溫度可在-20~35℃之間，而空調蒸發(fā)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(huì )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(kāi)發(fā)熱泵熱水器需注意的問(wèn)題

　　

　　市場(chǎng)上數量z*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(fā)溫度范圍非常寬。為了在寬范圍內進(jìn)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(huán)境溫度的變化，保證在所有運行條件下都有吸氣過(guò)熱度。熱泵專(zhuān)用壓縮機可以適應很寬的蒸發(fā)溫度，但是也要避免液體直接進(jìn)入壓縮機，特別是冬季。

　　

　　針對靜態(tài)加熱儲熱式熱泵熱水器，“制冷劑遷移”是回避不了的問(wèn)題，即壓縮機停止工作后，冷凝器處于高水溫環(huán)境中，壓縮機和蒸發(fā)器逐漸冷卻，溫差導致制冷劑逐漸遷移至蒸發(fā)器和壓縮機，制冷劑發(fā)生“聚集”，壓縮機再次啟動(dòng)時(shí)，聚集在蒸發(fā)器中的制冷劑很可能直接進(jìn)入壓縮機。也就是說(shuō)熱泵熱水器發(fā)生液擊的程度比空調要嚴重得多。這個(gè)現象已經(jīng)經(jīng)過(guò)多次試驗得到驗證。這也是熱泵專(zhuān)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(guò)熱度)。因此，在開(kāi)發(fā)熱泵熱水器時(shí)，需要觀(guān)察液擊、浸入現象，評估風(fēng)險。比如阿里斯頓、格力等企業(yè)在開(kāi)發(fā)熱泵熱水器時(shí)都進(jìn)行詳細的視鏡觀(guān)察，確認系統設計的可靠性。

　　

　　壓縮機底部過(guò)熱度的測量也是在熱泵熱水器系統設計時(shí)容易被忽略的地方，卻是極重要的。壓縮機底部過(guò)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(guò)熱度為零或者小于零，此時(shí)壓縮機本體就成了一個(gè)“冷凝器”，制冷劑會(huì )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(dòng)面上。液態(tài)制冷劑是沒(méi)有潤滑功能的，會(huì )造成壓縮機泵體摩擦對偶全面磨耗，發(fā)生“咬缸堵轉”只是個(gè)時(shí)間問(wèn)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(shí)，如果發(fā)生“吸氣帶液”，進(jìn)入壓縮機內部的液態(tài)制冷劑會(huì )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(fā)生壓縮機底部溫度低于冷凝溫度的現象。系統實(shí)驗表明，當發(fā)生吸氣帶液時(shí)，在制取55℃熱水時(shí)，環(huán)境溫度在5℃左右就會(huì )發(fā)生壓縮機底部過(guò)熱度小于零的現象，環(huán)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(guò)熱度的原因?？照{壓縮機在有吸氣過(guò)熱度時(shí)容易“電機過(guò)熱”，特別是在高壓縮比運行時(shí)。這恰恰是熱泵專(zhuān)用壓縮機需要解決的，在高壓縮比下，熱泵專(zhuān)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(zhuān)用壓縮機需要保證在制取較高水溫時(shí)保證可靠性。但是不是水溫可以無(wú)限提高?當然不是。熱泵專(zhuān)用壓縮機有R417A和R134a制冷劑兩種，下面以R134a制冷劑為例進(jìn)行說(shuō)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，z*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(huán)境溫度，水溫需要控制：一般情況下，冷凝溫度達到80℃時(shí)，蒸發(fā)溫度不要超過(guò)5℃。在低溫環(huán)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(guò)70℃(水溫65℃左右)。

　　

　　第二，低溫下遇到的問(wèn)題是高壓縮比。熱泵專(zhuān)用壓縮機可以承受很高的壓縮比，相對空調壓縮機z*大壓比5~6，其z*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(wú)限提高，過(guò)高的壓比導致壓縮機內部局部溫度可能過(guò)高，從而超過(guò)壓縮機極限而損害壓縮機。

　　

　　有廠(chǎng)家提出，在低溫環(huán)境下，熱泵系統上壓縮機的實(shí)際排氣溫度并不高。主要原因是“沒(méi)有吸氣過(guò)熱度”，吸氣帶進(jìn)壓縮機的液態(tài)制冷劑降低了排氣溫度。發(fā)生這種情況時(shí)，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(guò)熱度不足導致嚴重磨耗。認為在低溫環(huán)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(jué)的致命因素。針對這些問(wèn)題，壓縮機廠(chǎng)家s*先需要弄清楚，否則可能會(huì )誤導系統廠(chǎng)家。

　　

　　第三，建議對熱泵熱水器系統運行模式進(jìn)行設置，在環(huán)境溫度不太低時(shí)將z*高水溫設高一點(diǎn)，低溫環(huán)境下水溫設低一點(diǎn)(65℃)。即使是65℃，也比國標規定的55℃要高很多，完全可以滿(mǎn)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(gè)系統的安全可靠性。

　　

　　熱泵熱水器長(cháng)期運行的考慮

　　

　　不管是什么類(lèi)型的熱泵熱水器，長(cháng)期運行后，水側(冷凝側)的換熱效果都會(huì )下降(結垢、松動(dòng)、老化等)，換熱溫差會(huì )增加。因此需要對自己開(kāi)發(fā)的熱泵熱水器進(jìn)行估算，冷凝側換熱溫差可能會(huì )發(fā)生怎樣的變化。在設計當初就考慮到將來(lái)?yè)Q熱溫差的增加問(wèn)題，留出一定的安全余量，以保證壓縮機長(cháng)期運行在安全范圍之內。

　　

　　另外，在北方寒冷地區(比如-20℃環(huán)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(zhuān)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(zhù)獨有的優(yōu)勢：第一，CO2是一種高壓制冷劑，在環(huán)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(shù)上來(lái)說(shuō)，寒冷地區采用CO2熱泵熱水器是z*好的選擇。盡管上海日立等壓縮機廠(chǎng)家已經(jīng)完成CO2壓縮機的開(kāi)發(fā)，但國內整體配套能力仍還有很長(cháng)的路要走，加上成本高昂，國內水質(zhì)無(wú)法短時(shí)間內解決，因此，CO2壓縮機在短期內尚無(wú)法大量應用。但是，長(cháng)遠來(lái)看，采用CO2制冷劑的熱泵熱水器是寒冷地區的z*終解決方案。

　　

　　熱泵熱水器系統運行時(shí)間估算，需要考慮以下因素：第一，隨著(zhù)家用熱泵熱水器市場(chǎng)的快速增長(cháng)，以前采用“空調外機結構設計”的模式會(huì )逐漸被打破，熱泵熱水器主機會(huì )向小型化發(fā)展，將造成整機實(shí)際運行時(shí)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(shí)間特別長(cháng)。冬季加熱一箱水的時(shí)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(mǎn)足使用要求的，當水箱溫度達到這個(gè)值時(shí)，熱泵制熱就需要啟動(dòng)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(shuō)，在運行相同時(shí)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(mǎi)熱泵熱水器的主要動(dòng)力是節能，熱泵廠(chǎng)商也是這么宣傳的。消費者會(huì )因此而多用水，這也增加了熱泵的工作時(shí)間;第五，如果熱泵熱水器用于“采暖+生活熱水”場(chǎng)合，可能會(huì )在整個(gè)采暖季節長(cháng)期運行。

　　

　　綜合各類(lèi)因素，保證在熱泵熱水器生命周期里不發(fā)生故障，熱泵專(zhuān)用壓縮機需要能夠承受2萬(wàn)小時(shí)實(shí)際運行壽命。