空氣源熱泵熱水器壓縮機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展展望

　　近年來，熱水器行業(yè)對節(jié)能效果的提升實(shí)踐從未停止過，但各種原理的熱水器優(yōu)勢和劣勢都非常明顯，尤其是太陽能熱水器，雖然在節(jié)能性能上表現(xiàn)突出，但受諸多客觀條件的限制，并不能實(shí)現(xiàn)期望中的使用及節(jié)能效果，使人們還是渴望能有新的品類產(chǎn)品出現(xiàn)。在這種情況下，作為倍受關(guān)注的新能源技術(shù)，熱泵被行業(yè)寄予了很大的希望。熱泵技術(shù)是基于逆卡諾循環(huán)的原理，將工作介質(zhì)通過壓縮膨脹釋放的相變循環(huán)，吸收環(huán)境中的低溫?zé)崃坎嚎s升溫后轉(zhuǎn)移到被加熱側(cè)。在常溫環(huán)境下，用一千瓦時(shí)的電能可以獲取四千瓦時(shí)的熱能，節(jié)省四分之三的用電，是高效節(jié)能的優(yōu)秀產(chǎn)品。根據(jù)利用不同的熱源，熱泵分為地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵和雙源熱泵。在家用領(lǐng)域，應(yīng)用最廣泛的是空氣源熱泵，空氣源熱水器是空氣源熱泵的代表產(chǎn)品，以節(jié)能效果顯著，且無廢氣廢物排放，清潔環(huán)保而受關(guān)注。也正是基于此，家用熱泵熱水器獲得發(fā)展，不僅各大傳統(tǒng)熱水器企業(yè)也對此動(dòng)向關(guān)注緊密，而更有美的、格力、志高等一些家電名企業(yè)涉足。

　　那么，作為熱泵熱水器的核心部件壓縮機(jī)，它就象人體的心臟一樣，起著供應(yīng)熱泵“血脈”的作用?？偟膩碚f，能生產(chǎn)空調(diào)的企業(yè)，就基本具備熱泵的生產(chǎn)能力。但空氣源熱泵熱水器與熱泵空調(diào)、熱水器有很大區(qū)別。家用熱泵熱水器工作條件是完全不同于空調(diào)器的，在極端工況和邊緣工況對壓縮機(jī)要求很高，專用壓縮機(jī)的出現(xiàn)早就成為一種市場需求?？梢哉f，專業(yè)的熱泵壓縮機(jī)的應(yīng)用助陣了行業(yè)進(jìn)步。目前，從國際市場來看，熱泵專用壓縮機(jī)和熱泵用CO2制冷壓縮機(jī)的技術(shù)已經(jīng)較為成熟，從主要的制造企業(yè)如日立、谷輪、艾默生和西安慶安推出的相關(guān)產(chǎn)品來看，理論上已完成可以滿足各種工況情況下的使用需求。

　　總體上看，家用熱泵熱水器的惡劣工況包括冷熱兩種：一種是在很熱的天氣下，一種是在北方寒冷的天氣中。經(jīng)過了這幾年的市場實(shí)踐，在長江以南熱泵熱水器在經(jīng)歷了＂凍傷＂的痛苦后，使行業(yè)經(jīng)歷了發(fā)展過程中的一次挫折。能否應(yīng)對南方的各種高低溫天氣以及北方冬天的超低溫天氣一度成為行業(yè)的技術(shù)瓶頸。

　　比如在天氣熱的情況下，要以保護(hù)壓縮機(jī)的運(yùn)行盡量不受損傷為主，以保證熱水供應(yīng)。如果熱天效率過高，回氣溫度也高，造成壓縮機(jī)電機(jī)線圈得不到良好的冷卻，損壞電機(jī)，同時(shí)回氣溫度高、排氣溫度也高，壓縮機(jī)潤滑油被燒焦而造成壓縮機(jī)損壞是比較常見的問題，也是空氣源熱泵熱水器易燒壓縮機(jī)及壽命大大縮短的原因。所以，太過高溫的地區(qū)要采用高溫型壓縮機(jī)。熱天蒸發(fā)吸熱溫差大，能吸收更多熱量，而冷凝傳熱于水的熱量未同步增大，造成吸氣溫度增高，故熱天可通過減蒸發(fā)面積或風(fēng)量來控制吸收的熱量。當(dāng)然采用更高溫型壓縮機(jī)會更好，但同時(shí)要考慮性價(jià)比。

　　在天氣冷的地方，融霜是產(chǎn)品的主要功能。如何最大限度減少結(jié)霜和及時(shí)有效的化霜，因?yàn)榻Y(jié)霜一方面增加了蒸發(fā)器的導(dǎo)熱熱阻，增大了空氣的流通阻力，使得壓降增大，空氣流量降低，從而增大了空氣側(cè)對流換熱熱阻，降低了蒸發(fā)器的平均換熱系數(shù)；另一方面，降低了蒸發(fā)溫度，使系統(tǒng)功耗增大，熱泵性能系數(shù)降低；如果霜層過厚，換熱量將急劇減少，風(fēng)機(jī)狀態(tài)點(diǎn)發(fā)生變化，熱泵甚至將難以正常運(yùn)行?；到y(tǒng)設(shè)計(jì)是體現(xiàn)制造商制造水平和設(shè)計(jì)能力的重要標(biāo)志，專業(yè)的制造商區(qū)別于非專業(yè)制造商而有一套可靠的優(yōu)化方案。谷輪公司生產(chǎn)的高溫型壓縮機(jī)，主要用于超高（低）環(huán)境溫度。美國谷輪公司是各熱泵廠家首選用于生產(chǎn)熱泵的壓縮機(jī)。谷輪壓縮機(jī)目前市場上常見的有3個(gè)型號屬于高溫型壓縮機(jī)，型號為ZR61KH（5匹）、ZR47KH（4匹）此壓縮機(jī)沒有，只有ZR47KC制冷常用型非高冷凝溫度型、ZR36KH（3匹），該類型高溫壓縮機(jī)比普通中溫壓縮機(jī)更能在惡劣工況中長期良好穩(wěn)定運(yùn)行。被專業(yè)的企業(yè)所采用。

　　我國幅員廣闊，針對北方地區(qū)寒冷季節(jié)低溫制熱的技術(shù)問題，也制約著熱泵熱水器的推廣和應(yīng)用。所以，在低溫環(huán)境下的融霜問題對壓縮機(jī)的品質(zhì)提出了特殊要求。不具備優(yōu)化的除霜功能，此類熱水設(shè)備不能過冬也在情理之中。由于北方的環(huán)境特點(diǎn)，需要大壓縮比的壓縮機(jī)。但用于冷庫的大壓縮比壓縮機(jī)難于用在熱泵上。谷輪公司生產(chǎn)的壓縮機(jī)也有低溫型產(chǎn)品解決的途徑如，補(bǔ)氣增焓數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)。也有企業(yè)推出了雙級壓縮機(jī)來進(jìn)行嘗試，以期分段實(shí)現(xiàn)壓縮，聯(lián)合實(shí)現(xiàn)高壓縮比技術(shù)。

　　目前，國標(biāo)已經(jīng)出臺了規(guī)定。出臺了低溫工況的標(biāo)準(zhǔn)。國標(biāo)中通過融霜實(shí)用工況的規(guī)定解決了這一難題，從熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際情況入手,分析了影響熱泵能效的主要因素,分析室外空氣的溫度、濕度對熱泵機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)中的能效性能的影響,同時(shí)引入時(shí)間概念,確立除霜技術(shù)在熱泵冬季運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對能效性能的絕對性影響,從而對現(xiàn)有的除霜技術(shù)進(jìn)行分析比較,引出智能除霜的新技術(shù)。

　　但目前市場上基本都是中溫型壓縮機(jī)，也就是小型中央空調(diào)用的壓縮機(jī)。高溫型能夠承受壓縮機(jī)排氣溫度130℃，而普通中溫壓縮為115℃；高溫型壓縮機(jī)出廠壽命測試按高壓31.5kg長期運(yùn)行，而普通中溫型則按26.5kg運(yùn)行測試；壓縮機(jī)內(nèi)置超高壓自動(dòng)卸載功能，而普通型即無此功能。制熱水能力是指機(jī)組的制熱量，取決于輸入功率與性能系數(shù)（COP），“小5P”通過提高COP值來保證制熱水能力，所以高COP的“小5P”制熱水能力完全可超過“正5P”壓縮機(jī)的制熱水能力，關(guān)鍵是良好的系統(tǒng)配置。

　　總體上，一臺好的熱泵壓縮機(jī)要排氣量、排冷量、能效比、旋轉(zhuǎn)率、耐高的排氣溫度、高的冷凝溫度、高壓縮比、良好抗液擊、抗過載能力等各項(xiàng)性能指標(biāo)都要好，并且要和整個(gè)系統(tǒng)及采用的冷媒相匹配。損壞熱泵系統(tǒng)，進(jìn)口高溫高壓系列壓縮機(jī)，一般能效比COP值在標(biāo)況下可達(dá)到4.0以上，但COP不僅壓縮機(jī)所決定，而是整個(gè)系統(tǒng)合理配制。

　　能源緊張使得熱泵節(jié)能優(yōu)勢越來越明顯要。這些年，通過家裝設(shè)計(jì)師推介、產(chǎn)品節(jié)能展示和媒體傳播的形式，已經(jīng)立體式地向社會宣傳了空氣能熱水器高端、節(jié)能、安全的優(yōu)勢。相信，隨著各方面因素的成就，熱泵也會隨著各方面技術(shù)的成熟邁向更加快速發(fā)展的新階段。而通過近些年的市場實(shí)踐，壓縮機(jī)的技術(shù)雖然不斷進(jìn)步，但尚有很多地方需要攻克。影響壓縮機(jī)壽命的直接因素就很多，主要有排回氣溫度、高（低）壓、回油狀況等，需要專用的產(chǎn)品進(jìn)行解決。日本早已研發(fā)出專供空氣源熱泵熱水器的壓縮機(jī)，但由于我國市場起步較晚，而且我國產(chǎn)品與日本產(chǎn)品各有不同的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，適合我國產(chǎn)品的壓縮機(jī)遲遲未能面世，國產(chǎn)專用壓縮機(jī)就更少。必須要有專用的壓縮機(jī)，是行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越的一個(gè)重要保證。

　　空氣源熱泵熱水器與熱泵空調(diào)、熱水器的區(qū)別

　　熱泵空調(diào)中的冷熱水機(jī)組從表面看其制熱水的過程與空氣源熱泵熱水器相同，但仔細(xì)分析差異很大，首先是工作環(huán)境：熱泵空調(diào)制熱水環(huán)境工況指定為7℃,而熱泵熱水器工作環(huán)境是－10℃至45℃,無任何排放的環(huán)境健康特性，是目前其他任何熱水器無法替代的。充分地展示了廣闊的市場，熱泵空調(diào)制熱水最高溫度指定為45℃，而空氣源熱泵熱水器制熱水溫度可以達(dá)到60℃，在天氣高溫的環(huán)境下，熱泵空調(diào)制熱水會產(chǎn)生超壓，壓縮機(jī)過熱反復(fù)死機(jī)保護(hù)，而空氣源熱泵熱水器可以在45℃環(huán)境下正常連續(xù)工作制作60℃熱水，制作60℃熱水時(shí)，熱泵空調(diào)在45℃以上要輔助以電加熱提升水溫，空氣源熱泵熱水器就不需要電輔，在冬季－5℃以下工作時(shí)熱泵空調(diào)不易啟動(dòng)，易結(jié)霜，空氣源熱泵熱水器易啟動(dòng)，不易結(jié)霜，效率仍較高，COP值在2左右。

　　空氣源熱泵熱水器相關(guān)原理

　　空氣能的能量守恒定律：(電器能量)+(環(huán)境熱量)=(獲得的能量)。

　　電器能量：為了提高空氣的回收速度及熱交往的速度來提高工作效率，滿足人類高效利用能量的需求，根據(jù)能量守恒定律，所以必須用約1/5的電能來達(dá)到提高5倍以上的能量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能化控制。

　　環(huán)境熱量：根據(jù)能量守恒定律，我們用1kw的電能，產(chǎn)生了5kw的能量歸功于我們從空氣中（生物能、工業(yè)廢氣、建筑空調(diào)廢熱、海洋能、地?zé)崮埽┪「哌_(dá)4倍以上的能量。

　　獲得的能量：根據(jù)能量守恒定律，我們將1kw的電能吸取環(huán)境中4倍以上的低溫?zé)崃慨a(chǎn)生到5倍的能量，該數(shù)字對國家節(jié)能減排是非常有劃時(shí)代意義的。                 （責(zé)編 蔣士樺）