風(fēng)冷式冷水機(jī)組是工業(yè)制冷系統(tǒng)的一部分，它主也可以用于*空調(diào)風(fēng)冷熱泵機(jī)組，風(fēng)冷式冷水機(jī)組制取冷水供制藥、食品、化工、塑膠等行業(yè)提供工藝?yán)鋮s水的需要。

風(fēng)冷式冷水機(jī)是由壓縮機(jī)—換熱器—節(jié)流器—吸熱器—壓縮機(jī)等裝置構(gòu)成的一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。風(fēng)冷式冷水機(jī)的基本原理是基于壓縮式制冷循環(huán)，利用冷媒做為載體，通過冷凝器風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制換熱，排放熱量，以達(dá)到制冷的需求。

冷媒在壓縮機(jī)的作用下在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。它在壓縮機(jī)內(nèi)完成氣態(tài)的升壓升溫過程（溫度高達(dá)100℃），它進(jìn)入換熱器后釋放出高溫?zé)崃考訜崴?，同時(shí)自己被冷卻并轉(zhuǎn)化為流液態(tài)，當(dāng)它運(yùn)行到吸熱器后，液態(tài)迅速吸熱蒸發(fā)再次轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，同時(shí)溫度下降至零下20℃~30℃，這時(shí)吸熱器周邊的空氣就會(huì)*地將低溫?zé)崃總鬟f給冷媒。冷媒不斷地循環(huán)就實(shí)現(xiàn)了空氣中的低溫?zé)崃哭D(zhuǎn)變?yōu)楦邷責(zé)崃坎⒓訜崂渌^程。

風(fēng)冷式冷水機(jī)組熱泵主要用于家用*空調(diào)領(lǐng)域，大型*空調(diào)則一般采用水冷熱泵機(jī)組，這和風(fēng)冷熱泵工作原理是分不開的。風(fēng)冷熱泵的適用環(huán)境溫度一般不得低于-5℃，否則會(huì)因?yàn)榻Y(jié)霜除霜過于頻繁而導(dǎo)致機(jī)組效率下降或者不能正常運(yùn)行。但根據(jù)不同廠家的技術(shù)能力，適用范圍有一定的偏差。目前比較*的渦旋機(jī)中，采用了低溫噴焓技術(shù)的機(jī)組往往能夠適應(yīng)更低的環(huán)境溫度，同時(shí)擁有更高的機(jī)組效率。當(dāng)然，此類機(jī)組的成本以及售價(jià)也都有一定程度的升高。

一、風(fēng)冷式冷水機(jī)熱泵機(jī)組的工作原理

風(fēng)冷熱泵機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)中的主機(jī)，由于采用風(fēng)冷冷凝器不需要冷卻塔，而蒸發(fā)器是水冷的，夏天制冷時(shí)提供冷水，冬季制熱時(shí)提供熱水，風(fēng)機(jī)盤管是空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置，裝在室內(nèi)如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對(duì)象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機(jī)相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的、風(fēng)冷熱泵相對(duì)于空氣源熱泵來說它的能力要低一點(diǎn)，進(jìn)出水溫是5攝氏度左右（大部分公司的設(shè)置參數(shù)），而空氣源的進(jìn)出水溫差能達(dá)到40攝氏度。

風(fēng)冷熱泵機(jī)組與風(fēng)機(jī)盤管共同使用，前者提供冷水或熱水，后者將冷水或熱水通過熱交換，吸出冷風(fēng)或熱風(fēng)。我們可以形象的把風(fēng)冷熱泵機(jī)組比作是*空調(diào)的大腦，如果大腦不工作了，那*空調(diào)將喪失全部功能，系統(tǒng)也將停止運(yùn)行。

二、風(fēng)冷式冷水機(jī)熱泵機(jī)組特點(diǎn)

1. 風(fēng)冷熱泵機(jī)組屬中小型機(jī)組，適用于200-10000平方米的建筑物。

2. 空調(diào)系統(tǒng)冷熱源合一，更適用于同時(shí)采暖和制冷需求的用戶，同時(shí)省去了鍋爐房。

3. 機(jī)組戶外安裝，省去了冷凍機(jī)房，節(jié)約了建筑投資。

4. 風(fēng)冷熱泵機(jī)組的一次能源利用率可達(dá)90%，節(jié)約了能源消耗，大大降低了用戶成本。

5. 無須冷卻塔，同時(shí)省去了冷卻水泵和管路，減少了附加設(shè)備的投資。

6. 無冷卻水系統(tǒng)動(dòng)力消耗，無冷卻水損耗，更適用于缺水地區(qū)。

三、風(fēng)冷式冷水機(jī)熱泵機(jī)組的選型

（一）風(fēng)冷熱泵機(jī)組性能分析

1、冷熱量

這個(gè)參數(shù)是決定風(fēng)冷熱泵正常使用的zui關(guān)鍵參數(shù)，它是指風(fēng)冷熱泵的進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)出水溫度在設(shè)計(jì)工況下時(shí)其所具備的制冷量或制熱量。它可從有關(guān)廠家提供的產(chǎn)品樣本中查得。但目前在設(shè)計(jì)中也發(fā)現(xiàn)這樣的情況，那就是有的廠商所提供的樣本參數(shù)并未經(jīng)過測(cè)試而是抄自其它廠家的相關(guān)樣本。這給設(shè)計(jì)人員的正確選型帶來了一定困難。因此筆者建議在有條件的情況下設(shè)計(jì)人員可根據(jù)有關(guān)廠家的風(fēng)冷熱泵所配置的壓縮機(jī)型號(hào)，從壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家處獲得該壓縮機(jī)的變工況性能曲線，根據(jù)熱泵的設(shè)計(jì)工況查得該壓縮機(jī)在熱泵設(shè)計(jì)工況下的制冷量和制熱量，從而判斷該樣本所提供參數(shù)的真?zhèn)巍?/span>

2、COP值

該值是確定風(fēng)冷熱泵性能好壞的重要參數(shù)，其值的高低直接影響到風(fēng)冷熱泵使用中的耗電量，因此，應(yīng)盡量選擇COP值高的機(jī)組。目前我國國家標(biāo)準(zhǔn)是COP值為2.57，多數(shù)進(jìn)口或合資品牌的COP在3左右，個(gè)別進(jìn)口品牌的型機(jī)組其值可達(dá)到3.8。

3、噪聲

噪聲也是衡量一臺(tái)風(fēng)冷熱泵機(jī)組的重要參數(shù)，它直接關(guān)系到熱泵運(yùn)行時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響。國內(nèi)有關(guān)專家曾根據(jù)工程實(shí)測(cè)對(duì)各類進(jìn)口熱泵的噪聲劃分為三檔，*檔在85dB以上、第二檔在75～85dB之間、第三檔在75dB以下。我們?cè)谶M(jìn)行工程設(shè)計(jì)選型中應(yīng)優(yōu)先選擇噪聲在80dB以下的機(jī)組。

4、外型尺寸

風(fēng)冷熱泵機(jī)組大多布置在室外屋頂，它在進(jìn)行設(shè)備布置時(shí)對(duì)設(shè)備與周圍墻面的間距、設(shè)備之間的間距都有明確要求，因此我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)備選型時(shí)必須考慮所選設(shè)備尺寸是否符合設(shè)備布置的尺寸要求。在性能相同的前提下應(yīng)優(yōu)先選用尺寸較小的機(jī)組，以減小設(shè)備的占地面積。

5、運(yùn)行重量

由于風(fēng)冷熱泵機(jī)組大多布置在屋面，因此在選型時(shí)必須考慮屋面的承重能力，必要時(shí)應(yīng)與結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)商，增強(qiáng)屋面的承重能力。但在設(shè)備選型時(shí)我們應(yīng)優(yōu)先選擇運(yùn)行重量較輕的機(jī)組。

（二）風(fēng)冷式冷水機(jī)熱泵機(jī)組系統(tǒng)分析

所謂風(fēng)冷熱泵機(jī)組的系統(tǒng)分析，就是在風(fēng)冷熱泵的選型過程中除了比較各自的制冷量、制熱量、COP值、噪聲、運(yùn)行重量、外形尺寸等參數(shù)外，還要對(duì)其各自的壓縮機(jī)型式、冷凝器型式及布置、熱力膨脹閥的配置、蒸發(fā)器型式、除霜方式、能量調(diào)節(jié)方式以及熱泵系統(tǒng)的自控和安全保護(hù)等等加以分析，比較其各自在系統(tǒng)配置方面的優(yōu)缺點(diǎn)。

1、壓縮機(jī)的型式

目前用于風(fēng)冷熱泵的壓縮機(jī)型式主要有活塞式、渦旋式、螺桿式三種型式。根據(jù)熱泵工作的特點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)間長、壓縮比大等情況，筆者認(rèn)為渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)將成為熱泵壓縮機(jī)的主流。其理由是：

1. 渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)較活塞式壓縮機(jī)具有傳動(dòng)件少，從而使壓縮機(jī)的磨擦損耗相應(yīng)減少，整機(jī)的效率相應(yīng)提高。

2. 由于熱泵機(jī)組的壓縮比較大，因此對(duì)于活塞式壓縮機(jī)在相同的余隙容積下其容積效率下降，從而造成整機(jī)效率的下降。而渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)不存在這方面的問題。

3. 用于風(fēng)冷熱泵的壓縮機(jī)其工作環(huán)境較其它在普通空調(diào)工況下工作的壓縮機(jī)要惡劣，每的運(yùn)行時(shí)間也較長，工況變化范圍也較大，因此對(duì)壓縮機(jī)的可靠性要求就較高。渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)具有零部件少，結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，所以尤其適用于熱泵機(jī)組。

4. 目前所采用的風(fēng)冷熱泵機(jī)組一般都采用熱氣除霜的方法來排除冬季供熱工況下空氣側(cè)換熱器上積聚的霜。在除霜開始和結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)要進(jìn)行反向運(yùn)行，在原冷凝一方盤管中所積聚的液體制冷劑由于其中壓力突然降低為吸汽壓力而大量涌向壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)的濕沖程，這對(duì)于渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)而言并沒有什么大問題，而這對(duì)于活塞式壓縮機(jī)來講極易造成氣閥和連桿的損壞。

5. 另外就熱泵壓縮機(jī)本身而言渦旋式和半封閉螺桿式比活塞式的噪聲要低。

2、冷凝器的型式與布置

冷凝器所用翅片型式目前主要有開窗片和波紋片兩種，開窗片換熱效率較高，因此前兩年生產(chǎn)的熱泵機(jī)組中經(jīng)常得以采用。但由于我國城市大氣質(zhì)量較差，而這類翅片極易積灰，且較難清理，使用時(shí)間一長，換熱效果大大下降。所以當(dāng)前熱泵用冷凝器多采用波紋片配內(nèi)螺紋銅管，其具有換熱效率較高，不易積灰，風(fēng)阻小等特點(diǎn)。

冷凝器的翅片間距也很講究，作為冷凝器使用時(shí)以肋化比高、傳熱系統(tǒng)數(shù)大為好，故希望片距小些較好。但當(dāng)其作為蒸發(fā)器使用時(shí)，翅片一結(jié)霜，使用時(shí)的換熱效果就會(huì)大大降低，因此希望片距大一些；一般片距以3mm為宜。

冷凝器的布置型式同其換熱效果和外形尺寸有著直接的關(guān)系。通常熱泵的冷凝盤管布置成直型盤管、V型盤管、W型盤管三種型式。但V型盤管間的較大空間內(nèi)除了軸流風(fēng)機(jī)外并無其它零部件，空間利用率低。直型盤管間雖然集中布置了壓縮機(jī)、四通閥、蒸發(fā)器等系統(tǒng)有關(guān)零部件，但由于盤管高度較高，迎風(fēng)面速不均勻，冷凝器換熱效率較低，且氣流組織不理想，空氣阻力較大。而W型布置克服了上述缺點(diǎn)，不僅可改善氣流組織提高換熱效率，降低空氣阻力，而且由于在同樣空間條件下，冷凝盤管傳熱面積增大，空間利用率較高，從而縮小了機(jī)組外形尺寸。

3、熱力膨脹閥配置

現(xiàn)在熱泵制冷系統(tǒng)中有采用單膨脹閥和雙膨脹閥兩種方式，所謂雙膨脹閥就是制熱工況和制冷工況各采用一只膨脹閥。如果系統(tǒng)采用一只膨脹閥，按標(biāo)準(zhǔn)制冷工況進(jìn)行選型，由于熱泵系統(tǒng)在制熱工況下運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的制熱量隨著環(huán)境溫度的下降也隨之下降。這時(shí)膨脹閥的制熱能力也會(huì)有所下降，但其下降的幅度要小于系統(tǒng)制熱能力的下降。這樣在制熱工況下隨著環(huán)境溫度的下降，對(duì)系統(tǒng)而言所配置膨脹閥顯得過大。過大的膨脹閥會(huì)引起蒸發(fā)器供液過多，蒸發(fā)壓力上升，與室外空氣換熱量減少，從而導(dǎo)致熱泵供熱量的減少。

當(dāng)前許多廠家的熱泵機(jī)組多采用雙膨脹閥型式，制冷膨脹閥按標(biāo)準(zhǔn)制冷工況來選擇。制熱膨脹閥如若按標(biāo)準(zhǔn)制熱工況來選擇，那在低溫工況下運(yùn)行時(shí)膨脹閥會(huì)顯得過大，所以根據(jù)筆者自己的體會(huì)建議制熱膨脹閥按環(huán)境溫度-7℃，熱水進(jìn)口溫度40℃，出口溫度45℃來選型，按這樣條件計(jì)算后選定的膨脹閥能在不低于-15℃的環(huán)境溫度下正常運(yùn)行。

4、蒸發(fā)器型式

目前在風(fēng)冷熱泵機(jī)組中常用的蒸發(fā)器主要是板式換熱器和干式殼管式換熱器。板式換熱器多用在小型風(fēng)冷熱泵中，它具有傳熱效率高、蒸發(fā)器不易積油的特點(diǎn)；尤其是新的帶有內(nèi)置式分配裝置的板塊解決了板片間制冷劑分配均勻性這一關(guān)鍵問題，能在相同的出水溫度下提高蒸發(fā)溫度15～2℃，提高了制冷效率。

干式殼管式蒸發(fā)器多用在大中型風(fēng)冷熱泵中，目前其傳熱管已廣泛采用管，因此換熱效率有很大提高。但總的來講不及板式換熱器。而且其回油相對(duì)困難，常積存于換熱器底部。如在底部設(shè)回油管與吸汽管相通，則由于有液體制冷劑帶入，導(dǎo)致制冷劑過熱度不穩(wěn)定，影響膨脹閥的工作和系統(tǒng)的制冷量。

5、軸流風(fēng)機(jī)的配置

軸流風(fēng)機(jī)的配置首先要滿足冷凝器（空氣側(cè)換熱器）的換熱要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)風(fēng)冷熱泵機(jī)組所配軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)量與標(biāo)準(zhǔn)制冷量（環(huán)境溫度35℃，出水溫度7℃）之比大約在0.071～0.095/kJ之間，此外還要保證冷凝器迎風(fēng)面的風(fēng)速，因?yàn)檫@關(guān)系到冬季運(yùn)行時(shí)空氣側(cè)換熱器的結(jié)霜速度，迎風(fēng)面風(fēng)速越大冬季運(yùn)行時(shí)越不容易結(jié)霜。但風(fēng)量過大風(fēng)機(jī)的功耗也要增大，同時(shí)噪聲也要增大，因此一般情況下迎風(fēng)面風(fēng)速取3～5m/s。另外，風(fēng)機(jī)配置時(shí)還要考慮噪聲，目前一般選用大直徑、低轉(zhuǎn)速、且葉片扭轉(zhuǎn)角度較小的軸流風(fēng)機(jī)以降低風(fēng)機(jī)噪聲。

6、能量調(diào)節(jié)方式

目前在風(fēng)冷熱泵機(jī)組中常用的能量調(diào)節(jié)方式有壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)控制、壓縮機(jī)間隙運(yùn)行、氣缸卸載調(diào)節(jié)（活塞式）、變頻調(diào)速（渦旋式）、滑閥無級(jí)調(diào)節(jié)（螺桿式）。從能量調(diào)節(jié)方式中我們可以看出臺(tái)數(shù)控制、壓縮機(jī)間隙運(yùn)行、氣缸卸載調(diào)節(jié)都是屬于有級(jí)調(diào)節(jié)，而變頻調(diào)速和滑閥無級(jí)調(diào)節(jié)屬于無級(jí)調(diào)節(jié)。無級(jí)調(diào)節(jié)具有節(jié)能、噪聲和振動(dòng)小、起動(dòng)性能好同時(shí)也降低了對(duì)供電系統(tǒng)的干擾。從這點(diǎn)也可看出渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)的優(yōu)熱。

7、除霜方式

各生產(chǎn)廠生產(chǎn)的機(jī)組其除霜方法基本相同，大多采用熱汽除霜法；所不同是除霜的控制技術(shù)。常見的有壓差控制法、溫差控制法、溫度時(shí)間控制法，其中以溫度時(shí)間控制法zui為普遍。這種控制技術(shù)中除霜參數(shù)的設(shè)置zui為關(guān)鍵。除霜參數(shù)包括除霜溫度、除霜時(shí)間、除霜間隔。除霜溫度是由通過位于膨脹閥后的感溫元件來感應(yīng)節(jié)流后的液體溫度，一般設(shè)定值為-5℃，除霜時(shí)間隔是計(jì)時(shí)器控制，一般定為4min。除霜時(shí)間也是由計(jì)時(shí)器控制，一般不超過10min。熱泵發(fā)溫度下降到-5℃，并且距上一次除霜時(shí)間間隔夠40min，機(jī)組就進(jìn)入除霜模式。如果除霜時(shí)間超過1010min而盤管內(nèi)的液體溫度仍未上升到+5℃，機(jī)組也要停止化霜恢復(fù)制熱。

在上述三個(gè)參數(shù)中除霜時(shí)間間隔是直接受環(huán)境影響的，但目前多數(shù)廠家的除霜時(shí)間隔仍采用固定值，這種做法導(dǎo)致在低溫高濕地區(qū)結(jié)霜嚴(yán)重的情況下，由于沒有到設(shè)定時(shí)間而不能進(jìn)行除霜，從而造成霜層過厚甚至凍結(jié)，機(jī)組低壓保護(hù)而停機(jī)的現(xiàn)象。這個(gè)問題應(yīng)在機(jī)組調(diào)試中加以注意。因此筆者建議一方面在熱泵的除霜參數(shù)設(shè)置上應(yīng)該因地制宜，不能一概而論。另一方面就是前面曾提到的在低溫高濕的地區(qū)不宜使用熱泵機(jī)組。

8、安全保護(hù)與控制

目前國內(nèi)風(fēng)冷熱泵機(jī)組的保護(hù)與控制多采用計(jì)算機(jī)控制，其又包括可編程控制和微電腦控制，兩者的控制原理大致相同。

（1）一臺(tái)機(jī)組的安全保護(hù)系統(tǒng)至少要包括以下幾個(gè)方面：

1）吸氣壓力過低保護(hù)

2）排氣壓力過高保護(hù)

3）油壓保護(hù)

4）冷水溫度過低保護(hù)

5）水側(cè)換熱器斷水保護(hù)

6）壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)間間隔保護(hù)

7）壓縮機(jī)內(nèi)藏電機(jī)過熱保護(hù)

8）電機(jī)過載保護(hù)

9）電源電壓過低保護(hù)

10）三相電缺相保護(hù)

11）油溫控制

（2）風(fēng)冷熱泵控制至少要包括：

1）除霜控制

2）多臺(tái)壓縮機(jī)順序控制

3）能量調(diào)節(jié)

4）故障停機(jī)與顯示

5）遠(yuǎn)程控制接口（用于遠(yuǎn)程設(shè)置運(yùn)行參數(shù)以及控制機(jī)組啟停、將機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和故障內(nèi)容顯示于控制終端）