冷暖空调-热水器一体机的理论分析与实验测试

朱坚立

（中山市高级技工学校，广东中山 528403）

0 序言

空调-热水器一体机因以下的特点而广受用户青睐：（1）一机多用，可实现空调和热水器的功能；（2）节约电能，产生同量同温度的热水，电费只需电热型热水器的四分之一；（3）卓越的安全性，实行水电分离，杜绝了漏电的安全隐患，相对燃气热水器来讲，没有燃气泄漏，或一氧化碳中毒之类的安全隐患；（4）绿色环保，空调热水器利用少量电能，通过吸收空气中的热量来加热生活用水，运行过程中没有任何污染物排放，不会对环境造成破坏。

1 可行性分析

1.1 目前空调热水器的型式

目前现有的空调-热水器，主要有两种形式：一种是可以单独作为空调使用和单独作为热水器生成热水；另一种形式是作为热水器在生成热水的同时产生冷气。

（1）第一种空调热水器型式

该系统由压缩机、储水箱、四通换向阀、室外换热器、毛细管、室内换热器、三通阀、管路、室外散热风扇、室内散热风扇及相关电控制系统组成。

工作原理如下。

1）空调制冷功能：压缩机启动，压缩机由吸气口把制冷剂压缩成高温高压的气体经四通阀进入室外换热器，室外空气在室外风扇的推动下不断与室外换热器进行热交换，把制冷剂气体冷却成液体，制冷剂液体在压力的推动下进入到毛细管，经毛细管减压节流后经三通阀进入室内换热器，制冷剂在蒸发器内低压下吸收热量蒸发成气体，再经三通阀、四通阀回到压缩机吸气口，室内空气在室内换热器风扇的推动下不断循环与室内换热器进行热交换，从而冷却室内空气。如图1所示。

图1 空调制冷功能示意图

2）热水器功能：压缩机启动，压缩机由吸气口把制冷剂压缩成高温高压的气体经四通阀与三通阀（此时四通、三通阀已换向）进入储水箱换热管与水进行热交换，制冷剂气体被冷却成液体，制冷剂液体在压力的推动下经三通阀进入到毛细管[1]。经毛细管减压节流后进入室外换热器，制冷剂在室外换热器内低压下吸收热量蒸发成气体再经四通阀回到压缩机吸气口，室外空气在室外风扇的推动下不断与室外换热器进行热交换，从而吸收外界的热量，起到把外界热量转移到水箱的作用。如图2所示。

图2 热水器功能示意图

（2）第二种空调热水器型式

该系统由压缩机、储水箱、毛细管、室内换热器、管路、室内散热风扇及相关电控制系统组成。

工作原理如下。

压缩机启动，压缩机由吸气口把制冷剂压缩成高温高压的气体进入储水箱换热管与水进行热交换，制冷剂气体被冷却成液体，制冷剂液体在压力的推动下进入到毛细管，经毛细管减压节流后进入室内换热器蒸发，室内空气在室内散热风扇的推动下不断循环与室内换热器进行热交换，从而冷却室内空气。此时水箱中的水吸收热量成为热水。如图3所示。

图3 空调热水器功能示意图

1.2 冷暖两用空调

该系统由压缩机、四通换向阀、室外换热器、毛细管、室内换热器、管路、室外散热风扇、室内散热风扇及相关电控制系统组成。

工作原理如下。

（1）制冷功能：压缩机启动，压缩机由吸气口把制冷剂压缩成高温高压的气体经四通阀进入室外换热器，室外空气在室外风扇的推动下不断与室外换热器进行热交换，把制冷剂气体冷却成液体，制冷剂液体在压力的推动下经毛细管减压节流后进入室内换热器蒸发成气体，再经四通阀回到压缩机吸气口，室内空气在室内散热风扇的推动下不断循环与室内换热器进行热交换，从而冷却室内空气。

（2）制暖功能：压缩机启动，压缩机由吸气口把制冷剂压缩成高温高压的气体经四通阀进入室内换热器，室内空气在室内散热风扇的推动下不断与室内换热器进行热交换，起制暖功能[1]。制冷剂气体在室内换热器中冷却成液体，制冷剂液体在压力的推动下经毛细管减压节流后进入室外换热器蒸发成气体，再经四通阀回到压缩机吸气口，不断循环。

制冷制暖功能示意图如图4所示。

图4 制冷制暖功能示意图

1.3 新型式冷暖空调-热水器机组的发明制造

目前的空调-热水器在生产热水的同时室内空调能产生冷气，能否将冷暖两用空调的技术整合到目前的空调热水器中，使空调热水器具有以下功能：（1）制热水的同时室内空调制冷；（2）制热水的同时室内空调制暖；（3）单独制热水。

笔者在第二种型式空调-热水器系统的基础上增加一个三通阀、一个四通换向阀、一个冷凝器（室外换热器），连接管道用外径9.5 mm 厚为0.8 mm 和外径6 mm 厚为0.6 mm 的铜管，并对原电控系统加以改造，使其增加相应的控制功能。发明制造成新型的冷暖空调-热水器系统，该系统的组成和工作原理如下。

（1）工作原理

1）制热水的同时室内空调制冷功能：压缩机启动，压缩机把制冷剂压缩成高温高压的气体进入储水箱换热管与水进行热交换，若水箱中水温较低时，已有绝大部分制冷剂冷却成液体，制冷剂在压力的推动下经四通阀再进入冷凝器（室外换热器）进一步冷却（水箱水温没有达45℃时，冷凝器散热风扇不启动，主要由水箱水吸收热量供使用，当水箱水温达45℃时，冷凝器散热风扇启动，推动室外空气与冷凝器进行热交换，负责分担主要散热功能），被冷却成液体的制冷剂经毛细管减压节流后进入蒸发器（室内换热器），制冷剂在蒸发器内低压下吸收热量蒸发成气体再经三通阀与四通阀回到压缩机吸气口，室内空气在蒸发器风扇的推动下不断循环与蒸发器进行热交换，从而冷却室内空气。此系统能使制冷剂再进入冷凝器（室外换热器）时进一步冷却，起到过冷作用，增加系统的制冷效果，使能效比提高，且此系统可吸收相当一部分热量供加热水温，尤其在热水使用量大的地方，使空调在制冷时减少不必要的能源浪费，起到节能环保的效果。图5为制热水的同时室内空调制冷功能示意图。

图5 制热水的同时室内空调制冷功能示意图

2）热水器功能：压缩机启动，压缩机把制冷剂压缩成高温高压的气体进入储水箱换热管与水进行热交换，制冷剂气体被冷却成液体，制冷剂液体在压力的推动下经四通阀与三通阀（此时四通、三通阀已换向）进入到毛细管，经毛细管减压节流后进入室外换热器，此时的室外换热器已是变成蒸发器功能。制冷剂在室外换热器内低压下吸收热量蒸发成气体再经四通阀回到压缩机吸气口，室外空气在室外风扇的推动下不断与室外换热器进行热交换，从而吸收外界的热量，起到把外界热量转移到水箱的作用。而此时的室内换热器，由于被三通旁通，不起作用，这样更有利于缩短制冷剂循环的路程，减少阻力，起到优化系统的作用，这也是区别于其他热泵热水器的最大之处。若没有此三通旁通室内换热器，室内换热器将散发热量，且经实际测量，室内换热器内温与室内空气的温差至少达10℃，可见热量损失较大，而不使热量集中用于加热水箱水温。单独制热水的功能比空调制热水的效果更佳，制取的水温也较高，一般可达70℃左右。图6为热水器功能功能示意图。

图6 热水器功能示意图

3）制热水的同时室内空调制暖功能：压缩机启动把制冷剂压缩成高温高压的气体进入储水箱换热管与水进行热交换，制冷剂气体被冷却成液体，制冷剂液体在压力的推动下经四通阀与三通阀（此时四通、三通阀已换向）进入到室内换热器，室内空气在室内风扇的推动下不断循环与室内换热器进行热交换，此时的室内换热器已是变成冷凝器功能，从而加热室内空气。制冷剂经室内换热器后进一步冷却过冷，经毛细管减压节流后进入室外换热器，此时的室外换热器已是变成蒸发器功能。制冷剂在室外换热器内低压下吸收热量蒸发成气体再经四通阀回到压缩机吸气口，室外空气在室外风扇的推动下不断与室外换热器进行热交换，从而吸收外界的热量。开机初，由于储水箱的温度较低，室内的取暖效果不是很明显，当储水箱的温度已较高，接近45℃时，室内的取暖效果就相当明显了，此时系统的散热冷凝功能主要由室内换热器分担，实现制暧的功能。图7为制热水的同时室内空调制暖功能示意图。

图7 制热水的同时室内空调制暖功能示意图

（2）安装连接（图8）

1）该空调-热水器在实际应用中，还包括热水器热水出水管、冷热水混合调节阀、进水阀、截止阀、自来水进水立管、过滤器、温度传感器和电控系统。

图8 安装连接示意图

2）电气的连接

①配线工作必须符合电器安全规格。

②确保空调热水器良好接地，所配插座必须可靠接地。

③必须为空调热水器提供单独的符合额定参数值的电源，所配电源插座容量应符合主机的电流功率要求。

④空调热水器与电网联接时，中间必须有一个漏电短路保护装置。

⑤将水温感温探头插进水箱的探温头管内至深处，并用胶泥（或橡胶）将测温口密封好加以固定。

⑥水箱水温控制器不要安装于浴室内，以免因湿气损坏影响正常工作。

注意：在任何情况下都不能断开或拆开电源的地线；不要随意更改电源接线，不得使用破损的电线和开关，如发现破损应立即更换。

接线如图9所示。

图9 接线图

（3）试运行前的检查

①首次开机前，须确保水箱已充满水，才可以接通电源，且必须有良好的接地线。

②请勿用于加热硬度过高的地下水、山泉水、水库水、海水等，否则影响机组换热效果及损坏换热器和压缩机。

③初次使用时，排空气使水箱充满水的方法：打开自来水进水阀，打开热水管中水龙头，开始注水，直至出水龙头有水溢出时方为注满。

④检查配管系统：检查系统中的阀门是否全部开启。

⑤检查配电系统：检查所供电源电压是否正常，检查各配电零件螺丝是否锁紧，线路是否按照配电线路图配电，检查地线是否接好。

⑥检查热水机组：检查机组上所有紧固螺丝和机械部分螺丝是否松动，上电后检查控制面板上通信指示灯是否正常闪亮，压力表是否正常，如有大于压力表的最大量程，停机检查。

⑦在机组运转前必须检查排水管，如果堵塞，必须清除异物，以便冷凝水排通畅。

（4）试运行注意事项

压缩机启动后，以听觉判断机组运转有无异响，如有异响应立即停电检查，如无异响方可继续运转，同时注意系统压力是否正常。

如有下列情况时，请立即停止操作，关掉电源开关，联系维修人员进行维修。

①保险丝和保护器经常断开。

②电源线和电源开关异常发热。

③运行中发出难闻的气味。

④发现漏电现象。

（5）操作指南（图10）

图10 操作指南图

（5）对发明的冷暖空调-热水器使用并进行性能测试：在环境干球温度20℃/湿球温度15℃，进水温度15℃，出水温度55℃条件下，通过测试获得如表1所示性能参数。

表1 性能参数表

2 结束语

笔者发明的新型冷暖空调-热水器，作为热水器使用时，比目前的空调-热水器高效节能；作为空调器使用时增加了制暖的功能，以适应冬季的使用需要；并且在给室内制暖或制冷时室外机组都可同时产生热水，减少不必要的能源浪费，真正实现一机同时具有制冷、制暖、制热水的多种功能，且节能环保。通过对机组使用并进行测性能试，机组表现出运行稳定、性能优越、使用效果好的特性。

［1］刘耀武.空气源热泵热水器机组［J］.热泵技术与工程，2005，15（11）：43-45.