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【摘 要】对目前常见的家用热泵空调器冷凝热回收各方案进行探讨，为环保节能型空调热水一体机的设计提供了可借鉴的资料。介绍了系统设计原则，并根据设计原则及借鉴了各类冷凝热回收方案后设计出环保节能型空调热水一体机实验样机系统。结合系统各模式下的系统流程图，简单叙述了环保节能型空调热水一体机不同模式下的运行模式方案。
【关键词】空调；热泵；回收；系统设计
1 家用热泵空调器冷凝热回收流程设计方案探讨
目前，不少空调器厂家、科研机构及个人提出了不少回收家用热泵空调器冷凝热的方案，申报了数十个专利，但被厂家选中可用者甚少。这是由于市场和厂家需要是能同时兼备环保节能，运行可靠，操作简便，成
本低廉，工艺简单，安装方便并经实验证明是优良的方案。这也是本课题设计环保节能型空调热水一体机的冷凝热回收方案设计原则。以下通过比较目前常用的空调器改造成可兼制热水装置方案的优劣，确定本课题的系统流程。
1.1 前置串联式冷凝热回收方案
这种连接方式是将冷凝热回收装置串联在四通换向阀及室外机之间（如图1所示）。目前大多数关于家用热泵空调器冷凝热回收专利的热回收系统都采用该类连接方式。这种连接方式具有可实现三种工作模式（即夏季制冷模式、制冷兼制热水模式及冬季单独采暖模式）以及系统控制简单，易于操作等优势。但该连接方式也存在着工作模式少、夏季因储水箱内温度变化而使系统运行不稳定、冬季无法制得生活用热水等弊端。图3 并联独立回路式冷凝热回收方案示意图
综合比较以上三种连接方式，不难发现第三种连接方式制热水的节能性最佳，运行模式及功能较多，适用于更多的季节，但控制复杂，系统可靠性差。因此本文最终选择在热回收装置的连接方式上借鉴并联独立回路式方案，但又充分利用串联方式控制简单和系统可靠的优点。
2 环保节能型空调热水一体机系统流程方案的确定
2.1 环保节能型空调热水一体机系统流程设计原则
为积极响应《19届蒙特利尔议定书关于耗损臭氧层物质缔约方大会》规定，加速HCFCS的替代步伐，回收空调冷凝热，减少城市的热岛效应，使常规热泵空调器的能源得以合理利用，本文将致力于研发使用环保工质R290，并将制冷、制热及热水供应结合在一起的节能环保型空调热水一体机。因此，该环保节能型空调热水一体机系统的流程设计必须将考虑以下几点：
（1）该系统不仅能够保证原有空调器正常的制冷及制热功能，还能够在最大限度上回收冷凝热用于生活热水的供应，实现多种运行模式的稳定运行。
（2）该系统多种模式转换时，提出合理的控制方案，以便在回收冷凝热的同时不会对制冷或制热能力及造成太大影响，并能够最大程度地满足用户的热舒适性要求。
（3）尽可能降低系统的设备成本，流程简单，系统可靠，减少环保节能型空调热水一体机的初投资。
（4）针对制冷工质R290泄漏的安全性，系统应考虑室内机泄漏报警时能及时将制冷工质抽到室外机内，并切断连接室内机管路的制冷工质流动。
基于上述四点要求，并借鉴上节关于冷
GV1~CV4－球阀CV1~CV3－单向阀V1、V2－截止阀RV1、RV2－四通换向阀COMP－压缩机EVA－室内风冷换热器WRE－套管换热器CON－室外风冷换热器CAP1、CAP2－毛细管FIL－干燥过滤器SOV－电磁阀SV－泻压阀WFIL－水过滤器图4 环保节能型空调热水一体机系统原理图
2.3 环保节能型空调热水一体机运行模式
从图4可以看出，通过两个四通换向阀的切换可实现制冷、制热及制热水模式的之间的转换；通过水泵的启停，可实现空调及制冷兼制热水或制热兼制热水模式的转换。以下将简述各个季节的运行方案以及各设备的切换过程。其各模式下的制冷工质运行流程见图5。
（A）夏季空调制冷模式。电磁阀SOV开启，两个四通阀及水泵不通电，此时制冷工质流程为COMP—WRE—RV1—CON—FIL-SOV—CV3—CAP2—EVA—RV2—RV1—COMP，如图2单独制冷所示。此时风冷冷凝器独自承担机组冷凝负荷。
（B）夏季空调制冷兼制热水模式。该运行模式下制冷工质运行流程与单独制冷模式相同。只是此时水泵开启，由套管冷凝器与风冷冷凝器同时承担机组的冷凝负荷。其流
程如图2制冷兼制热水所示。为了尽可能多回收空调冷凝热，室外风冷冷凝器风机关闭。
在夏季，室外高温度以及储水箱内水温度的不断升高系统的排气压力势必升高，因此此时应考虑设定排气温度，当排气温度达到95℃时，关闭风冷冷凝器的风机来降低系统的排气温度以保证机组的连续运行。
（C）冬季空调单独制热模式。电磁阀SOV、四通阀RV2关闭及水泵不通电，四通阀RV1通电，此时制冷工质流程为COMP—WRE—RV1—RV2—EVA—CV2—CAP1—FIL—CON—RV1—COMP，如图5单独制热所示。
（D）冬季空调制热兼制热水模式。该运行模式下，制冷工质运行流程及各部件的运行状态与单独制热模式一致，只是此时水泵为开启状态。其运行流程如图5制热兼制热水所示。在此情况下，套管冷凝器与室内机同时承担机组冷凝负荷。
（E）单独制热水模式。该运行模式下，电磁阀SOV及室内侧风机为关闭状态。而四通阀RV1、RV2及水泵皆为通电状态。制冷剂运行流程为此时制冷剂流程为COMP—WRE—RV1—RV2—CV1—CAP1—FIL—CON—RV1—COMP，其运行流程如图5单独制热水所示。在此情况下，套管冷凝器独自承担机组冷凝负荷。而室外机冷凝器则充当了系统的蒸发器。在夏天，当室外温度较高时，随着储水箱内水温度的不断升高系统的排气压力势必升高，流经室外冷凝器的蒸发过热温度提高，引起压缩机排气温度不断升高。因此，此时应考虑设定排气温度，当排气温度达到95℃时，关闭风冷冷凝器的风机来降低室外冷凝器的蒸发过热温度，以便降低系统的排气温度，保证系统可靠运行。
值得注意的是在单独制热水运行模式下，套管冷凝器单独承担冷凝负荷，因此在对风冷冷凝器和套管换热器进行设计选型时，必须按照每个换热器均能独立地排除所有的冷凝热量，即每个换热器都能单独承担最大的冷凝负荷的要求进行设计。
3 结束语
本文参考已有冷凝热回收设备的技术方案并在满足设计原则的前提下，提出环保节能型空调热水一体机的系统流程，同时考虑不同的运行模式及其转换时保证系统正常运行的技术手段及控制方案。
参考文献
[1]马最良，杨自强，马光昱.我国热泵空调的回顾和发展[J].暖通空调新技术，2000（2）：24-27
[2]季杰，裴刚，何伟等.空调－热水器一体机单独制热水模式的性能模拟和实验分析[J].暖通空调，2004，34（12）：95-98
【关键词】空调；热泵；回收；系统设计
1 家用热泵空调器冷凝热回收流程设计方案探讨
目前，不少空调器厂家、科研机构及个人提出了不少回收家用热泵空调器冷凝热的方案，申报了数十个专利，但被厂家选中可用者甚少。这是由于市场和厂家需要是能同时兼备环保节能，运行可靠，操作简便，成
本低廉，工艺简单，安装方便并经实验证明是优良的方案。这也是本课题设计环保节能型空调热水一体机的冷凝热回收方案设计原则。以下通过比较目前常用的空调器改造成可兼制热水装置方案的优劣，确定本课题的系统流程。
1.1 前置串联式冷凝热回收方案
这种连接方式是将冷凝热回收装置串联在四通换向阀及室外机之间（如图1所示）。目前大多数关于家用热泵空调器冷凝热回收专利的热回收系统都采用该类连接方式。这种连接方式具有可实现三种工作模式（即夏季制冷模式、制冷兼制热水模式及冬季单独采暖模式）以及系统控制简单，易于操作等优势。但该连接方式也存在着工作模式少、夏季因储水箱内温度变化而使系统运行不稳定、冬季无法制得生活用热水等弊端。图3 并联独立回路式冷凝热回收方案示意图
综合比较以上三种连接方式，不难发现第三种连接方式制热水的节能性最佳，运行模式及功能较多，适用于更多的季节，但控制复杂，系统可靠性差。因此本文最终选择在热回收装置的连接方式上借鉴并联独立回路式方案，但又充分利用串联方式控制简单和系统可靠的优点。
2 环保节能型空调热水一体机系统流程方案的确定
2.1 环保节能型空调热水一体机系统流程设计原则
为积极响应《19届蒙特利尔议定书关于耗损臭氧层物质缔约方大会》规定，加速HCFCS的替代步伐，回收空调冷凝热，减少城市的热岛效应，使常规热泵空调器的能源得以合理利用，本文将致力于研发使用环保工质R290，并将制冷、制热及热水供应结合在一起的节能环保型空调热水一体机。因此，该环保节能型空调热水一体机系统的流程设计必须将考虑以下几点：
（1）该系统不仅能够保证原有空调器正常的制冷及制热功能，还能够在最大限度上回收冷凝热用于生活热水的供应，实现多种运行模式的稳定运行。
（2）该系统多种模式转换时，提出合理的控制方案，以便在回收冷凝热的同时不会对制冷或制热能力及造成太大影响，并能够最大程度地满足用户的热舒适性要求。
（3）尽可能降低系统的设备成本，流程简单，系统可靠，减少环保节能型空调热水一体机的初投资。
（4）针对制冷工质R290泄漏的安全性，系统应考虑室内机泄漏报警时能及时将制冷工质抽到室外机内，并切断连接室内机管路的制冷工质流动。
基于上述四点要求，并借鉴上节关于冷
GV1~CV4－球阀CV1~CV3－单向阀V1、V2－截止阀RV1、RV2－四通换向阀COMP－压缩机EVA－室内风冷换热器WRE－套管换热器CON－室外风冷换热器CAP1、CAP2－毛细管FIL－干燥过滤器SOV－电磁阀SV－泻压阀WFIL－水过滤器图4 环保节能型空调热水一体机系统原理图
2.3 环保节能型空调热水一体机运行模式
从图4可以看出，通过两个四通换向阀的切换可实现制冷、制热及制热水模式的之间的转换；通过水泵的启停，可实现空调及制冷兼制热水或制热兼制热水模式的转换。以下将简述各个季节的运行方案以及各设备的切换过程。其各模式下的制冷工质运行流程见图5。
（A）夏季空调制冷模式。电磁阀SOV开启，两个四通阀及水泵不通电，此时制冷工质流程为COMP—WRE—RV1—CON—FIL-SOV—CV3—CAP2—EVA—RV2—RV1—COMP，如图2单独制冷所示。此时风冷冷凝器独自承担机组冷凝负荷。
（B）夏季空调制冷兼制热水模式。该运行模式下制冷工质运行流程与单独制冷模式相同。只是此时水泵开启，由套管冷凝器与风冷冷凝器同时承担机组的冷凝负荷。其流
程如图2制冷兼制热水所示。为了尽可能多回收空调冷凝热，室外风冷冷凝器风机关闭。
在夏季，室外高温度以及储水箱内水温度的不断升高系统的排气压力势必升高，因此此时应考虑设定排气温度，当排气温度达到95℃时，关闭风冷冷凝器的风机来降低系统的排气温度以保证机组的连续运行。
（C）冬季空调单独制热模式。电磁阀SOV、四通阀RV2关闭及水泵不通电，四通阀RV1通电，此时制冷工质流程为COMP—WRE—RV1—RV2—EVA—CV2—CAP1—FIL—CON—RV1—COMP，如图5单独制热所示。
（D）冬季空调制热兼制热水模式。该运行模式下，制冷工质运行流程及各部件的运行状态与单独制热模式一致，只是此时水泵为开启状态。其运行流程如图5制热兼制热水所示。在此情况下，套管冷凝器与室内机同时承担机组冷凝负荷。
（E）单独制热水模式。该运行模式下，电磁阀SOV及室内侧风机为关闭状态。而四通阀RV1、RV2及水泵皆为通电状态。制冷剂运行流程为此时制冷剂流程为COMP—WRE—RV1—RV2—CV1—CAP1—FIL—CON—RV1—COMP，其运行流程如图5单独制热水所示。在此情况下，套管冷凝器独自承担机组冷凝负荷。而室外机冷凝器则充当了系统的蒸发器。在夏天，当室外温度较高时，随着储水箱内水温度的不断升高系统的排气压力势必升高，流经室外冷凝器的蒸发过热温度提高，引起压缩机排气温度不断升高。因此，此时应考虑设定排气温度，当排气温度达到95℃时，关闭风冷冷凝器的风机来降低室外冷凝器的蒸发过热温度，以便降低系统的排气温度，保证系统可靠运行。
值得注意的是在单独制热水运行模式下，套管冷凝器单独承担冷凝负荷，因此在对风冷冷凝器和套管换热器进行设计选型时，必须按照每个换热器均能独立地排除所有的冷凝热量，即每个换热器都能单独承担最大的冷凝负荷的要求进行设计。
3 结束语
本文参考已有冷凝热回收设备的技术方案并在满足设计原则的前提下，提出环保节能型空调热水一体机的系统流程，同时考虑不同的运行模式及其转换时保证系统正常运行的技术手段及控制方案。
参考文献
[1]马最良，杨自强，马光昱.我国热泵空调的回顾和发展[J].暖通空调新技术，2000（2）：24-27
[2]季杰，裴刚，何伟等.空调－热水器一体机单独制热水模式的性能模拟和实验分析[J].暖通空调，2004，34（12）：95-98