空气源热泵热水器机组设计要点
摘要：作为一种新型热水器，近年来，空气源热泵热水器以环保及节能的特点
得到了广泛的应用。

而在具体应用中，却出现了一些技术问题，其中大部分是设
计上的问题。

为此，本文基于对空气源热泵热水器的介绍，分析了其机组的设计
要点，同时还探讨了通过这些设计要点来解决设计问题的具体措施。

关键词：空气源；热泵热水器机组；设计
目前，随着能耗的快速增大，节能问题已经引起了广泛的关注。

而在这种背
景下，作为一种节能设备，空气源热泵热水器的应用范围也变得越来越广泛，具
有十分广阔的应用前景，潜在市场巨大。

近年来，虽然空气源热泵热水机组的发
展已经初步形成了一定的行业规模，其市场占有率也在逐渐提高，但是，市场上
相关产品的品质与性能却参差不齐，在短期内，难以获得产品认知度，树立良好
的行业形象，进而影响市场的深入。

究其原因发现，其主要原因在于整体设计水
平不能令用户满意，大部分厂家不具备基本的设计与研发能力，只是简单地进行
克隆与模仿，所以应分析空气源热泵热水器机组的设计要点，进行合理的设计，
进而最大化产品的产能和利益。

1 简介空气源热泵热水器
1.1 分析热泵热水器的原理
作为一种高效、节能的供热水产品，热泵热水器的主体为热泵系统，采用电
能来驱动，通过制冷工质将环境中的热量吸收，再利用热泵循环将其传递给水，
实现热水的制取。

逆卡诺循环是热泵的基本技术原理，热泵是一种提升的热量装置。

它首先会
吸取附近环境中的热量，然后再将其传递给需要加热的目标。

压缩机、蒸发器、
冷凝器及膨胀阀是其主要的组成部分。

1.2 简述空气源热泵热水器的一些优点
高效、节能是空气源热泵热水器的优势，其节能效果为4倍的电热水器，3
倍的燃气热水器。

虽然空气源热泵热水器需要较高的初期投资，但是其日常运行
费用却较低，比天然气和电热水器的运行费用要低很多。

2 分析热泵热水器机组的设计要点
2.1 合适的热水温度
高水温会致使机组的排气压力和排气温度升高。

从用户角度来看，水温越高，储存的热量也就越多，而从机组角度来看，却非常不利。

在热泵热水机组运行的
过程中，冷凝温度由水温来决定，冷凝温度会比水温约高5℃。

空调用的普通制
冷压缩机具有一定的排气压力限制，一般最高值为 2.6~3.0千克/平方厘米，所以，相应的冷凝温度和冷凝压力也会被限制，最后导致水温也被限制。

反之，如果水
温过高，则会提高机组的冷凝压力，升高排气温度，既降低了机组的能效比，又
使机组无法正常工作，甚至还可能会使压缩机损坏。

同时，由于制冷剂性质、压
缩机性能及换热器设计的不同，所以不一样的机组可以达到的水温也会不同，压
缩机的承压能力是设计中需要考虑的关键元素。

2.2 防夏季运行过载
由于夏季环境湿度大、温度高，空气换热器作为蒸发器，其负荷会变得更大，导致过高的蒸发温度及吸气过热度，所以吸气压力与温度均较高，其具体危害如下。

2.2.1 吸气压力高产生的危害
压比是指压缩机排气和吸气压力的比值。

压缩机不仅具有最高压比，而压比
也不能过低，否则，压缩机电机就容易过载，导致保护性停机，无法制热。

部分
压缩机并没有最小压比将标明，设计人员应充分考虑这一点。

目前，变风量是最
常用的防止压缩机电机过载和蒸发温度过高的方法。

通过风量的减少，使进出风
温差提高，将出风温度降低，进而实现蒸发温度与压力的降低。

此外，还有蒸发
面积改变的方法，即将电磁阀安装在进入蒸发器的管路上，通过打开或关闭电磁
阀来完成对蒸发面积的调整。

2.2.2 吸气温度高产生的危害
升高吸气温度等同于增大制冷剂蒸气的比容，在冷凝与蒸发温度相同时，制
冷剂循环蒸气也具有相同的体积流量，体积流量不变时，比容的增加将会减少制
冷剂的流量，进而降低压缩机循环制冷量。

此外，吸气过热还会增加循环比功。

所以吸气过热度将会减小机组制热系数。

吸气温度对排气温度的影响也较大。

相关实践显示，在水温与冷凝压力均不
高的前提下，若吸气温度过高，也较易致使排气温度升高，导致压缩机无法正常
运行。

压缩机电机过载的防止方法也适用于防止吸气温度高，此外通过吸气管的
保温也能够有效防止过高的吸气温度。

另外，虽然吸气过热不利于热泵热水机组的正常制热循环，但是吸入的蒸气
还是需要带有适当的过热度，否则就可能会无法完全蒸发掉蒸发器中的液滴，进
而危害压缩机的运行。

2.3 重视冬季制热
对于空气源热泵热水机组，应重视其冬季运行中的以下问题。

2.3.1 结霜
在湿度大、温度低的环境中，热泵机组运行时会结霜，霜会附着在蒸发器的
翅片上，不利于热量交换，甚至导致机组无法运行，因此必须将霜除干净。

电热、热气旁通及逆循环除霜是常用的除霜方法。

而普遍应用逆循环热气除霜，它利用
四通换向阀，使制热循环转变为制冷循环。

其具有除霜快、电耗少的优点，但除
霜的热量来源于热水，不利于水的升温。

另外，热泵热水机组一般是对贮热水箱
进行循环加热，因除霜而产生的水温波动不会使用户感到不适。

而采暖所用的热
泵机组采用逆循环热气除霜时，则可能会使用户产生吹凉风的不好感觉。

2.3.2 蒸发温度与制热效率低
冬季的环境温度较低，而机组的蒸发温度更低。

蒸发温度一般会被设计为比
环境温度低10℃。

蒸发温度过低将明显降低压缩机的效率，从而使普通空气源热
泵热水机组较难在我国北方推广，近几年推出二级压缩，喷气增焓技术来适用北
方市场。

2.4 注重自动控制
对于机组来说，电气控制系统必须具有较高的可靠性，从而将机组设计实现。

相关统计显示，对于用作制热水的空气源热泵机组，一半以上的故障都是电气控
制不当而造成的。

2.5 自我保护
由于环境温度差别以及水温的不同，所以热泵热水机组具有非常大的工作范
围跨度，有时，和用作空调的冷水热泵机组相比，其工作性质甚至要恶劣很多。

为此，机组必须进行自我保护，否则压缩机等部件便很容易被损坏。

常用的保护
措施主要包括：排气温度与压力过高保护、水温设定限制、压缩机过载保护及吸
气压力过低保护等。

2.6 重视设备选型
由于空气源热泵的热源来自周围的空气，受到外部具体环境条件的影响较大，因此，对于空气源热泵的选型，应综合考虑工程所在地区的环境温度特点，结合
冬季的实际平均温度，充分考虑设备机组在该季节的效率衰减。

在设计的过程中，必须仔细计算最冷月热水器机组产水量的要求，确保充足供应日常热水。

此外，
还可以利用水箱吨位来对空气源机组的选型进行推断，因为水箱位与选型存在比
例关系，在设计的过程中，可以通过这个比例来完成预估，从而提高机组的运行
效率。

3 结语
综上所述，空气源热泵热水器机组设计会涉及较多学科，如制冷、供热及自
动控制等，机组运行具有条件苛刻、时间长等特点，所以在设计的过程中，必须
全面考虑其设计要点，努力使性能与可靠平衡，是机组在满足使用要求的同时，
还能将故障频率降低，并使使用寿命延长，从而最大化经济效益。

参考文献:
[1]钱雪峰,樊海彬,倪健,何亚峰,贾甲.游泳池热泵热水机新标准对空气源热泵热
水机组测试评价系统的改造要求解析[J].制冷技术,2016,36(05):69-73.
[2]廖乃雄.太阳能与空气源热泵结合供热水系统设计问题研究[J].大众科
技,2011(09):93-95.
[3]彭娇娇.空气源热泵辅助太阳能热水系统在江淮地区应用的节能环保效益研
究[D].扬州大学,2010.
[4]曾大祺.基于ARM的热泵控制系统的研制[D].杭州电子科技大学,2009.
[5]焦立志,叶檀.商用直热式热泵热水机组[J].制冷与空调,2009,9(04):40-44.。