神华准能集团有限责任公司生产服务中心 内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗 010300
摘要：介绍了空气源热泵的控制方式、工作原理，主要故障及处理方法等，对空气热源泵的使用与维护具有一定指导意义。
关键词：空气源热泵、工作原理、故障、处理方法
前言
空气源热泵技术是近年来备受关注的一种新能源技术,因其在节能降耗和环保方面具有良好的表现,在热水供应系统中得到广泛的使用。神华准格尔能源有限责任公司生产服中心负责黑岱沟及哈尔乌素矿区内各单位供暖、转供水、职工就餐及洗浴等后勤保障工作，为了更好地保障职工的洗浴工作，从2015年先后购置了两套空气源热泵机组，额定制热量为90kW,经现场运行后，使用效果良好。
一、工作系统及控制方式
1.空气源热泵机组工作系统采用德国Siemens公司的SIMATIC S7-200SMART型PLC的CPU SR30作为数据采集及输出控制的中央处理单元；配置了西门子10寸彩色触摸屏作为人机界面。I/O采用S7-200SMART型PLC的扩展模块 1*EMAI04 。系统配置I/O点如下：18DI、12DO、8AI ,控制对象如下：循环泵（1#和2#）、增压泵（1#和2#）、热源泵（1#至4#）。流程图见下图：
2.运行方式
空气源热泵机组共有两种运行方式，分别为直热加热和循环加热两种方式：当水箱液位和温度均低于设定值时，自动进入直加热模式；当水箱液位达到设定的高限同时水温没有达到设定值时，机组进入循环加热。
3.循环泵及增压泵的控制
循环泵的启动和停止受空气源热泵机组的加热方式控制。当4台机组的其中一台运行在循环模式下，循环泵自动启动（两台水泵具体启动哪一台由系统自动判断，总是启动运行计时短的那一台），循环泵在低压控制柜门上有手动-PLC切换开关，当切换到手动时，该设备不受PLC控制，只能在柜门上按启动停止按钮来控制对应的设备，当切换到自动时，才由PLC控制。在PLC控制方式下，又分为手动控制和自动控制。
增压泵连锁：增压泵一共2台，为自来水增压。当机组运行在直热方式下，增压泵自动启动，为自来水增压，保证空气热源泵机组供水正常。
二、工作原理
空气源热泵热水器的工作原理应用了逆卡诺原理，通过其中的冷媒吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机的压缩变为高温热能，传递给水箱中，把水加热起来。整个过程是一种能量转移的过程(从空气中转移到水中)，不是能量转换的过程，没有通过电加热元件加热热水，或者燃烧可燃气体加热热水。
空气源热泵机组设备内专置一种吸热介质——冷媒，它在液化的状态下低于零下20℃，与外界温度存在着温差，因此，冷媒可吸收外界的热能，在蒸发器内部蒸发汽化，通过热泵机组中压缩机的工作提高冷媒的温度，再通过冷凝器使冷媒从汽化状态转化为液化状态，在转化过程中，释放出大量的热量，传递给水箱中的储备水，使水温升高，达到制热水的目的。
三、主要组成部件及作用
1.空气源热泵机组主要有压缩机，蒸发器，冷凝器，膨胀阀等部件组成。启动后，风机开始运转，室外空气通过蒸发器进行热交换，温度降低后的空气被风扇排出系统，同时，蒸发器内部的工质吸热汽化被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器，被水泵强制循环的水也通过冷凝器，被工质加热后送去供用户使用，而工质被冷却成液体，该液体经膨胀阀节流降温后再次流入蒸发器，如此反复循环工作，空气中的热能被不断“泵”送到水中，使保温水箱里的水温逐渐升高，最后达到调定温度，供人们洗浴。
2.各主要部件作用：
压缩机起着压缩和输送循环工质从低温到高温高压处的作用。
蒸发器是输出冷量的设备，是使经节流阀流入的制冷剂液体吸热蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到集热的目的。
冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转换的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的。
膨胀阀和节流阀对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量，压缩机的不断工作，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。
四、空气源热泵机组的特点
1.安全环保。无可燃、可爆气体，安全可靠；热泵产品无任何燃烧排放物，无“三废”排放，环保。
2.高效节能、热效率高、运行成本低，使用寿命长。
空气源热泵机组的热效率一般为300%-500%，而锅炉的热效率小于100%，据测算年均运行成本只需电直接加热的1/4，燃油、燃气加热的1/3-1/2，使用寿命可长达十五年。
3.模块化设计，操作简单，维修方便。
空气源热泵机组具有模块化功能，自动化智能控制系统，每台热泵机组均可分别单独控制，如果其中一台出了故障，在维修时并不影响其它机组的正常运行。模块式安装，便于增添设备，可采用多台机组并联的安装模式，当用户用水量增大时，可随时增加设备，以满足用水需求。
4.适应性强，运行稳定、可靠。
空气源热泵机组安装简单容易，不影响建筑物美观，可露天摆放，在冬天低温时，仍能正常运行，运行稳定，可实现全天热水供应。
5.主要缺点是空气热容量小，为了从空气中获取所需要到热量，换热器的体积大，风机的风量也较大，噪声也较大。空气具有一定湿度的，当空气温度较低，空气温度变化大，热泵的供热性能下降，当空气侧换热器表面温度低于露点温度且低于0℃时，换热表面就会结霜。使流动阻力增大，而且随霜层的增加而热阻提高。结霜将严重影响换热器的正常工作，而除霜过程对机组的正常供热产生负面影响，并对压缩机的稳定运行产生不良影响，同时空气源热泵机组常年暴露在室外，运行环境条件较差，对设备的零部件会产生一定的腐蚀现象。
五、主要故障及处理方法
1.压缩机运行过载
故障原因：（1）电压低；（2）接线端子松动；（3）制冷剂过量；（4）系统中有不凝性气体（如空气等）；（5）压缩机过载继电器失效。
处理方法：（1）检测电压；（2）检查并紧固；（3）放制冷剂至标准；（4）放掉或重新注入；（5）更换继电器。
2.压缩机运转声音不正常
故障原因：（1）消声器或吸排气阀门损坏；（2）管路、阀件紧固部分松动；（3）油压过低；（4）吸气阀门损坏；（5）膨胀阀开启过大。
处理方法：（1）更换损坏部件；（2）检查并紧固；（3）检查原因，更换润滑油；（4）更换吸气阀门；（5）调整膨胀阀开启度。
3.压缩机不能正常停机
故障原因：（1）温控器失效；（2）温控器安放位置错误；（3）传感探头阻值不符或传感线断开。
处理方法：（1）更换或修理温控器；（2）选择适当位置安放；（3）检查或更换传感探头。
4.压缩机过流保护动作
故障原因：（1）压缩机电动机烧毁；（2）压缩机卡缸；（3）排气压力过高；（4）电源电压过高、过低或相间不平衡；（5）接线松动；（6）过流保护装置失效。
处理方法：（1）更换压缩机电动机；（2）修理压缩机；（3）检查压缩机，排放气体；（4）检测电源电压；（5）检查并紧固；（6）更换过流保护装置等。
5.压缩机运转，但制热效果差
故障原因：（1）制冷剂不足；（2）压缩机排气阀件损坏；（3）电磁换向阀内泄露；（4）控制器或时间继电器失灵；（5）热力膨胀阀失效；（6）系统内有空气等不凝性气体或系统内水分大。
处理方法：（1）补加制冷剂；（2）更换或修理排气阀件；（3）更换电磁换向阀；（4）更换或修理控制器或时间继电器；（5）修理或重新调整膨胀阀开启度；（6）更换干燥剂或重新加注制冷剂。
6.压缩机缺油
故障原因：（1）制冷剂回路堵塞；（2）吸入压力过低；（3）热力膨胀阀开启太少。
处理方法：（1）检查清理；（2）提高蒸发器侧负荷，检查吸入管道阀门有无堵塞；（3）清洗或更换热力膨胀阀。
7.风机无法正常运转
故障原因：（1）风机电机或继电器烧坏；（2）风扇电动机轴承损坏；（3）接线端子松动。
处理方法：（1）更换或修理电机或继电器；（2）更换电动机轴承；（3）检查并紧固。
8.电磁换向阀不动作
故障原因：（1）电磁换向阀内部泄露；（2）电磁阀线圈损坏；（3）电磁换向阀或压缩机气阀变形损坏；（4）电磁换向阀滑阀卡住。
处理方法：（1）更换密封或紧固；（2）更换电磁阀线圈；（3）更换电磁换向阀或压缩机气阀；（4）拆卸检查处理。
9.机组运行时吸入压力过高
故障原因：（1）换热器结灰多；（2）热力膨胀阀或电磁换向阀失效；（3）管路堵塞。
处理方法：（1）清洗换热器；（2）更换热力膨胀阀或电磁换向阀；（3）清洗管路。
结束语
通过对空气源热泵控制方式、工作原理及主要故障的分析与解决的阐述，可以使空气源热泵机组的操作与维修人员准确了解设备情况，及时判断故障，减少处理故障的时间，从而保证设备的正常运行，保障热水供应，以满足职工洗浴需要。
参考文献：
.张飞 .空气源热泵技术研究现状及其应用[D]河南农业大学，2013.
作者简介：张海旺（1972.9），男，内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗人，学校：包头机械工业学校机械制造专业，工程师。
单位：神华准能集团有限责任公司生产服务中心。
论文作者:张海旺
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/29
标签：压缩机论文; 空气论文; 机组论文; 源热泵论文; 工质论文; 故障论文; 蒸发器论文; 《防护工程》2017年第22期论文;