做和户式风冷热泵机组水流量控制技术

户式风冷热泵机组水流量控制技术

摘要：介绍户式风冷热泵机组水流量保证的方法、压差式水流开关在户式机水系统的应用。

关键词：户式风冷热泵机组 压差式流量开关 精确流量控制

Abstract Introducing the way to ensure water flow of air cooled heat pump home chiller, describes the application of differential pressure flow switches in air cooled heat pump home chiller.

Keywords Air Cooled Heat Pump home Chiller Differential Pressure Flow Switches Frozen Protection of Heat Exchanger Accurate Control Water Flow.

0 概 述

户式风冷热泵机组是得到高档公寓及别墅用户广泛认可的一种家用中央空调形式，它是由风冷的冷凝器、压缩机以及水冷媒热交换器等部件组成。水冷媒换热器是将冷媒与水换热，从而产生冷冻水或热水，然后用水泵将冷冻水或热水供给风机盘管，再通过风机盘管内的风机将盘管内的冷冻水或热水的冷量或热量吹到房间内，满足房间降温或升温的要求。该系统的能量由冷媒转移到水(载冷剂)，然后由水将能量转移到室内空气。相对于变冷媒系统它的管路系统中某一处存在少量漏水或水流量分配稍有不均，均不会影响机组的运行，但对于变冷媒流量的机组则不同，当系统中的某一处存在冷媒泄漏、冷媒分配不均、管路堵塞、回油不畅等管路问题，整个系统都将瘫痪。

由于户式风冷热泵机组是大型中央空调小型化的结果，但完全按照大型中央空调的设计安装方法是不合适的，而必须考虑到其使用的目标群是家庭用户，大不可能有专人进行管理，因此在冷水机组的设计过程中必须贯彻免维护和少维护的设计指导思想。目前户式中央空调的销售和安装大多是以前销售家用空调转过来的，由于户式中央空调的安装与家用空调及大中型中央空调完全不同，许多安装商缺乏经验，再加上生产厂本身在安装上也无过多经验不能对销售安装单位进行很好的培训，冷水机组安装好后往往出现许多问题，其中最为严重的是换热器冻坏，整个机组将可能报废，而且面临被索赔的风险。对于水换热器冻坏的最主要的原因是通过换热器的水流量没有达到机组可靠工作要求的最小流量。确保换热器得到合适的水流量是冷水机组可靠工作的必要保证，不适当的水流量可能导致冷水机组蒸发器结冰（严重时可能冻坏）、冷凝压力高、压缩机“咬缸”等故障。一旦发生上述故障，品牌的质量美誉度将受到非常大的影响。因此户式冷水机组的水流量控制及保护是非常重要的，合适的水流检测方法以及检测部件可以保证机组只在系统水流量大于允许的最小水流量下工作，在很大程度上可以避免空调主机发生故障。

1 户式热泵机组连接水管的设计

1. 1 户式热泵机组内水管材质选择的原则

户式热泵机组内水管设计的主要目标是按照免维护和少维护的设计选择适当的水管材质，如果采用容易生锈、结垢和腐蚀的水管，用户因此需每年进行保养而另外花一笔不小的费用，而变冷媒流量的系统的铜管则不需这笔费用。从水管路系统运行的可靠性来讲，合适的水管路材质将不会产生由于施工不当造成的水过滤器或换热器堵塞及也不会产生水管生锈、腐蚀和结垢等影响机组寿命的情况。虽然好的水管材质增加安装造价，但大大降低空调机组的维修和维护保养费用，在寿命期内的综合费用会大大减少。

1. 2 户式热泵机组外水管材质选择的原则

户式热泵机组外水管设计也要按照免维护和少维护的设计选择适当的水管材质，不然机组内虽然选用了适当的水管材质，但机组外仍然使用易生锈、结垢和腐蚀的水管整个水管路系统也不能实现免维护和少维护。我认为生产厂家在户式热泵机组的产品安装说明书上应对水管路材质作出明确规定，哪些材质不允许使用，哪些材质推荐使用，并由生产要实行高效与绿色塑料造粒机的发展战略厂家的技术人员对经销商和安装商进行全员培训，彻底避免由于水管路材质的影响造成的水系统堵塞。从而减少由于管路堵塞造成的水流量下降冻坏换热器的现象发生。

1. 3 户式热泵机组水过滤器的选择及安装

户式热泵机组的水管管径一般比较小（不超过DN65），管路之间多为管螺纹连接，如果采用增强塑料等材质其连接多为热熔或胶水粘结。选择水过滤器的目的是过滤水管道在安装时产生的杂质及长时间运行管路腐蚀、结垢等剥落的杂质，避免杂质进入换热器，如果杂质一旦进入换热器危害非常大，将可能造成换热器局部堵塞。如果机组换热器使用的是钎焊板式换热器或套管式换热器将很难去除，因为这两种换热器不能进行机械清洗只能尝试通过反冲的方式去除。如果不能有效清除换热器内的杂质将导致水侧换热器局部水流量下降，而此时冷媒侧冷媒流量基本维持不变，有可能导致水温逐渐下降甚至低于水的冰点，由于堵塞的水侧流量下降致使与之相邻的冷媒侧不完全蒸发，出现回气管结霜甚至结冰的情况，容易使压缩机产生液击。如果换热器局部堵塞程度比较轻，此时系统的整个水流量并没有发生太大的变化，水流保护开关不起作用。而防冻保护传感器（插入到换热器内部检测水温度）也检测不到该最低温度点，防冻保护并不能起作用，可怕的事情发生了－－换热器冻坏直至整个制冷系统报废。为了防止象镀锌管施工使用的生料带、麻绳等杂质堵塞换热器除在施工过程中规范施工外，在厂家的冷水机组设计过程中也能避免这种情况的发生。水过滤器是热泵机组水系统最关键的两个部件之一。水过滤器的选择适当可以有效预防水管施工过程中产生的杂质进入换热器。适当的水过滤器目数和形式是非常关键的，应在安装时预留旁通机组进水管的阀门，安装完成后开机调试前旁通模块机组换热器进行水管路清洗。此时进水水过滤器内最好使用100目不锈钢冲压滤，到末端的水过滤器目数应大于100目（临时使用，调试好后旁通阀打开）。如果系统有备用泵时同时开启主备用泵，使水管路内的流速最大，开启24小时后清洗过滤。这样可以将几乎全部大颗粒杂质积聚在水过滤器内，然后再更换60目的水过滤器即可开机调试。另外方便用户自己过滤器，建议在过滤器上安装球阀，考虑将来反冲清洗换热器在热泵机组外的进出水管上安装三通球阀即可。示意图如下：

2 户式热泵机组水流量检测的方法

2.1 户式热泵机组水流量检测

在户式热泵机组中的水流量检测上目前主要有两种简单实用、成本低的检测形式，一种是靶式流量开关，另一种是压差式流量开关，下面比较两种检测方式的安装和使用特性。

2.2 靶式流量开关的安装和使用

靶式流量开关是将靶片安装在水管中，水管内流动的水冲击靶流片使之弯曲变形，从而带动微动开关输出控制信号给模块机组控制器，告知有水流可以启动机组。

由于户式热泵机组的水管管径比较小，给靶式流量开关的安装带来一定的难度。通常靶流片安装有三种状况：一是不动作，二是卡在管子上部不能回复，三是正常。安装非常好的情况与水管的管径和安装人员的经验非常有关，管径越大靶式水流开关的一次安装准确率越高，对于家用空调的安装商安装户式热泵机组时靶式水流开关的一次安装不成功率高达70％。

通常靶流片不动作是因为靶流片安装的深度不够，需要重新旋入或更换靶流片。许多安装工人遇到这种情况如不能很快解决往往短接水流开关或者调整动作调整螺钉从而使模块机组失去水流保护。

如果是卡在管子里不能回复往往是靶流片太宽的缘故第一次动作时被卡在管子上部（这种情况在小管径冷剂水管中出现比较多），这是安装商不能发现的，此时流量开关也失去了作用。如果安装间隙不够即使当时可以工作，由于管子的生锈或结垢等造成的实际使用管径变小，也有可能使水流开关卡在管子内不能有效动作。

另外当水系统混有空气时，水中的空气冲击靶流片造成流速下降，靶流片瞬间复位发给机组错误流量信息（为防止发生这种错误通常机组控制器延时处理流量信息）。同时靶式水流开关的靶流片在正常使用时长期受水流压迫处于弯曲变形状态，易疲劳破坏，尤其安装在垂直管道以及流速超过3m/s以上时其寿命将大大缩短，一般正确安装的靶式水流开关的寿命为一年，这就是大中型冷水机组基本每年都更换靶式流量开关的原因。

2.3 压差式流量开关的安装和使用

压差式水流开关是根据HVAC设备的阻力和流量的曲线设计的。我们知道HVAC设备的换热器、水过滤器、水泵及阀门等装置都有其阻力与流量的性能曲线，通过检测其两端的进出水压差，并与该装置的预先设定值进行比较，就可以准确控制流量。

压差式与靶式流量开关相比它是一种精确的流量控制方式，它具有准确的流量控制值。它直接安装在机组内，避免用户安装不正确的情况出现。如果在机组内安装从压差开关连接两根铜管至换热器的进出口，测量其进出口的压差，即反映出流量。而用户现场不需要安装和接线，也就避免了靶式水流开关的安装不准确导致机组故障的隐患。

压差式流量开关具有流量控制准确、对系统不再额外增加阻力、又对水管管径没有要求以及无水再拧紧固定手柄流扰动干扰等特性，可取代任何形式的靶式流量开关作为HVAC水系统的流量控制，相对于靶式流量开关它可以避免水泵气蚀引起的假流量（实际流速很大，但水中混有空气而实际流量并不大），因而可广泛应用在使用钎焊板式换热器、套管式换热器和壳管式换热器的模块式风冷热泵机组水流量控制并兼有部分防冻保护的功能。

3 压差式水流量开关在户式机组中应用

3.1 水流量保护

对于户式机使用的钎焊板式换热器或套管式换热器其压差与流量的曲线可能不尽相同，但在工厂通过测试使用固定设定点压差开关，确保配置的压差开关的保护流量值合适。建议断开流量大于额定流量的50％，复位流量建议小于额定流量的80％。

3.2当前 暴露水管路安装设计问题

经过工厂配置好具有合适的动作和复位值的压差式流量开关可以作为检查冷水机组外的水系统设计安装是否正确的一个重要依据。因为对于某台冷水机组不管你的安装情况怎么样，通过换热器的水流量不达到压差开关的复位流量（工厂配置时测试的数据，压差开关型号不变其复位流量也不变）压差开关就不会闭合，当现场遇到不闭合的情况必定是机组外的水系统存在问题，没有达到复位流量。通常是系统水管路阻力太大、某些阀门没有打开、水泵没有放空气、过滤器堵塞和管路没有排除空气等情况，提示安装人员去检查并逐项解决，有着指导作用。因为安装人员通常没有流量计，不可能对其安装的水管路的流量进行测试，如果采用靶式流量开关就很难判断水管路的问题所在，因无法确定水管路的流量。

3.3 对于过滤器堵塞造成的水流量减少到流量保护值压差式流量开关能进行非常有效的保护。如果安装单位末端风机盘管使用二通阀，即错误采用变水量系统，当逐渐关闭二通阀的数量，一旦正在开启的二通阀的流量小于压差开关的断开流量，压差开关在3秒内即准确输出断开信号。

4结束语

经过在户式热泵机组上使用的反馈来看，压差开关能有效判断冷水机组现场安装的水管路的问题，能彻底避免末端错误使用二通阀造成换热器冻坏的情况，也可以保护由于水过滤器堵塞造成的水流量下降时换热器冻坏的情况，另外水管路压差开关没有靶流开关疲劳破坏的风险，尤其在水管路有少量空气时，压差开关工作非常稳定，不会出现类似靶流开关的漂浮情况，经过多年使用的反馈未发现压差开关本身有故障的情况，而靶流开关一般一年后就不能可靠工作，其可靠性大大优于靶式流量开关。由此可见压差式流量开关是户式热他对现阶段的PPC工作其实不满意：1方面本钱偏高;另外一方面PPC的份子量依然需要提高泵机组的最优选择。

参考文献

［1］ 张亚东《中央空调水流量保护的精确控制》暖通制冷设备 2004年6月。

［2］ 上海安巢控制技术有限公司《压差式水流开关》样本。

［3］ 上海安巢控制技术有限公司《压差式水流开关》安装说明书。

［4］ 舒卫民 张亚东《模块式风冷热泵机组水流量控制技术》暖通制冷设备 2004年8月。

作者简介：

舒卫民 美的商用空调测试评价工程师，致力于商用空调产品的可靠性研究 Tel:

张亚东 HVAC系统高级工程师，致力于开发针对HVAC系统的创新方案 Tel：021－(end)