空气源热泵热水机组是一种高效集热并转移热量的装置，由压缩机、空气换热器、水换热器、膨胀阀和风机等部件组成。
它运用逆卡诺循环原理，通过压缩机做功，使工质产生物理相变（气态—液态—气态），利用这一往复循环相变过程不断吸热和放热，由吸热装置吸取空气中的热量，经过热交换器使冷水逐步升温，制取的热水通过水循环系统送至用户。
运行原理图：
整体系统示意图：
循环式加热热水系统：
通过热水循环泵将热泵机组和储热水箱之间构成循环，使热水温度逐步上升到设定的水温。
优点：
1、控制系统根据不同的上、下限水温的运算达到对系统进水、热泵、循环泵的控制；
2、控制简单，运行稳定，无特殊水质要求被广泛应用于需要全天候热水供应的中、小型用户。
高压保护开关：系统高压保护，大于3.3MPa断开，小于2.4MPa恢复；
低压保护开关：系统低压保护，小于0.05MPa断开，大于0.15Mpa恢复；
高温保护开关：系统排气温度保护，大于130度断开，小于90度恢复；
进水压力保护开关：水压小于0.05MPa断开，大于0.15MPa闭合。
温水阀：采用不二工机温水阀,开度0～4000步。
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高压保护开关：系统高压保护，大于3.3MPa断开，小于2.4MPa恢复； 低压保护开关：系统低压保护，小于0.05MPa断开，大于0.15Mpa恢复； 高温保护开关：系统排气温度保护，大于130度断开，小于90度恢复； 进水压力保护开关：水压小于0.05MPa断开，大于0.15MPa闭合。 温水阀：采用不二工机温水阀，开度0～4000步。 |
控制器显示温度 Tx 水位高度 S 设定循环水温 Tr 设定电辅开启温度 Td 电加热管DRⅠ温度 TDRⅠ |
水位开关信号控制：
水位控制器由四个水位浮子组成，水位分为4档水位高度（如下图）：
根据水位的上升、下降来判定，显示方式如下：
两种制热水方式的控制：
1.直热式制热水方式；2.循环式制热水方式。
两种制热水方式为互斥，机组只能进行一种制热水方式。（即：要么机组进行直热式制热水方式，要么机组进行循环式制热水方式。）
1）直热式制热水方式
进入直热式制热水方式条件：
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设定水位 |
S1（100%） |
S2（75%） |
S3（50%） |
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开启条件 |
S低于S2 |
S低于S3 |
S低于S4 |
退出直热式直热水方式条件以及退出控制：
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设定水位 |
S1（100%） |
S2（75%） |
S3（50%） |
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开启条件 |
S高于S1 |
S高于S2 |
S高于S3 |
退出直热式制热水方式后进入待机状态。
2）循环式制热水方式
进入循环式制热水方式条件（a、b两条件同时满足）：
a：水位条件
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设定水位 |
S1（100%） |
S2（75%） |
S3（50%） |
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进入循环条件 |
S高于S2 |
S高于S3 |
S高于S4 |
b：温度条件
T5≤Tr，且T1+2≤50℃；
说明：只有主机检测T5温度参数，当T5传感器出现故障时，机组不允许进入循环制热水功能，只能运行直热式制热水功能，同时在主控板上显示T5传感器故障，线控器显示出水温度，当检测到故障解除后，故障代码消失，允许进入循环制热水功能。同时满足上述条件时，主机首先开启循环水泵，30秒后检测水流开关，若水流正常（水流开关闭合持续5秒），进入循环制热水；若水流不正常，则主机保护，进入待机状态，并显示故障代码；
退出循环式制热水条件（满足a或者b其中一个即可）以及退出控制：
a：水位条件
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设定水位 |
S1（100%） |
S2（75%） |
S3（50%） |
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退出循环条件 |
S低于S2 |
S低于S3 |
S低于S4 |
b：温度条件
5HP、10HP热水机：
1) T4＜25℃，退出条件为：T5≥Ts (Ts≤51℃)；T5≥51 (Ts＞51℃)。
2) T4≥25℃，退出条件为：T5≥Ts (Ts＜48℃)；T5≥48℃ (Ts≥48℃)。
3匹热水机：T5≥Ts(Ts≤53℃)；T5≥53(Ts＞53℃)；
除霜进入条件：
T3＜0℃的运转时间连续达32分钟（压缩机停则重新计时，只要有一台机组进入化霜模式，则其他机组全部进入化霜模式）。
除霜结束条件：
符合下列条件中任何一个时，结束除霜，转入正常运行。
A.除霜时间达到10分钟；
B.根据T3温度：
风机在压缩机运行10秒后开启，压缩机停机时，风机延时30秒停机。
风机两档风速。风速的控制方法如下：
温水阀的控制逻辑：
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初始化动作： 初始上电：-5120P清零后，＋3040P。（走水电子膨胀阀大开度为3456步，小开度为320步。） |
待机状态： 开至3040P，停机时，压缩机关闭10秒后，走水电子膨胀阀开至3040P。 |
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开机前的动作 开机时在压缩机启动前10秒把温水阀开至初始开度。 |
调节频率 T4＞6℃时，每30S调节一次；0℃＜T4≤6℃，50S调节一次；T4≤0℃每60S调节一次； |
温水阀的控制逻辑：
初始开度：
恰当的初始开度可以有效缩短机组出水温度达到稳定的时间。
小开度：
小开度过小甚至接近阀体的行程下限时，会造成流量很不稳定，很可能造成机组的频繁保护。设置恰当的小开度可以有效避免此问题。
温水阀的控制逻辑：
出水温度的调节目标：
出水温度的调节程序：
其他部件的控制：
进水阀SV4的控制：只在直热式制热水时开启。开机时在压缩机启动前20秒及除霜结束前20秒开启。停机延时压缩机10秒关闭。
电磁阀SV1的控制：电磁阀SV1为Ф6的单通电磁阀，在化霜过程中处于ON状态，化霜结束延时40秒关闭，其它过程一直处于 OFF状态。
电加热管DRⅠ的控制：电加热管DRⅠ只在机组除霜过程中开启，其它过程一直处于OFF状态。
开启当中只要TDRⅠ温度≥60℃则关闭；当TDRⅠ温度≤10℃时开启电加热管。
冷水增压水泵、及循环水泵的控制：
水泵由设置为0#的主机控制开启、关闭。
冷水水泵在机组开启前30秒时开启，机组停机时延时30秒停水泵。
循环水泵在机组进入循环式制热水时即开启，机组退出循环式制热水时延时30秒关闭。
循环水泵开启30秒后，检测循环水压开关5秒，当检测到循环水压开关闭合，则机组启动，如果检测到循环水压开关断开，机组显示E8保护，循环水泵延时30秒关闭，机组不开机，直到循环水压恢复后，故障消除，才能开机。
当出现循环水压故障后，由于水箱水位下降到直热式加热时，则立即清除循环水压故障。
商用高温直热型热水机关键零部件常见问题：
1）水位开关：浮球感应式，浮球带动磁环向上移动，在磁力的作用下杆内的干簧管断开。
常见问题：
①浮球被杂质卡死；
②浮球破裂，不能浮起；
③杆内厂家注塑不充分，有气泡产生，气泡高温膨胀爆裂，如果在触点处由于气体的膨胀爆裂，会令干簧管或电路板失效；
④触点粘连、电阻过大等。
2）进水电磁阀：用于控制机组直热式运行时的水流通断。
常见问题：
①线圈因发热烧毁；
②线圈进水而烧毁；
③阀芯被杂质顶住，导致阀体关闭不严。
3）温水阀：类似电子膨胀阀的原理，通过不同的开度来精密调节水流量，从而实现恒定的出水温度。
常见问题：
① 卡死、脱扣；②电机生锈。
4）化霜电加热组件：提供除霜时机组需要的热量。
常见问题：
①干烧导致组件泄露、甚至烧黑；
②焊接困难，质量不好保证。
设在相同条件下对1000Kg初始水温为20℃的生活热水加热，使温度升高35℃；
需热量：1000Kg×35℃×1Kcal/Kg℃＝35000Kcal
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主要参数 |
空气源热泵热水器 |
燃油热水炉 |
燃气热水炉 |
电热热水炉 |
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使用能源 |
民用电 |
商用电 |
轻柴油 |
液化气 |
民用电 |
商用电 |
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能源热值 |
860 Kcal/度 |
10200Kcal/Kg |
24000Kcal/m3 |
860 Kcal/度 |
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年平均效能比 |
4.5 |
0.7 |
0.8 |
0.95 |
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耗能 |
9.04 度 |
4.9 Kg |
1.82 m3 |
42.83 度 |
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费用 |
6.03元 |
8.1元 |
24.5元 |
25.5元 |
28.69元 |
38.54元 |
能源价格按：民用电 0.67元/度，商用电 0.90元/度，轻柴油 5元/Kg，液化气 14元/m3。
空气源热泵热水机组设计方案说明：
《建筑给水排水设计规范》GB50015-2019 热水用水定额和冷水计算温度
《给水排水施工规范》，《给水排水设计手册》
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
业主要求及当地气象条件（厦门地区）
大气压力：
冬季：Pd＝1013.8hPa；夏季：Px＝999.1hPa；
年平均温度：21.2℃
冷月平均温度：13℃
室外风速：冬季：V＝4.2m/s；夏季：V＝3.0m/s。
工程名称：XX理工大学厦门学院一期工程热泵热水项目
工程概况：
该项目为学生公寓生活热水，共有2栋公寓，每栋6层，共5328人。采用集中供热系统，由热泵热水系统统一向公寓供水。
主机及水箱置于地面，全年使用。
空气源热泵热水机组系统计算说明：
热值计算（以冬季工况计算）：
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项目 |
用水量标准 |
数量 |
高日用水量 |
机组使用时间 |
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学生公寓 |
50L/人 |
5328人 |
266.4吨 |
18 h |
将1吨水从自来水补水温度（15℃）加热至热水供水温度（55℃）所需热量：
q＝cmΔt=4.2×1000×（55-15）＝168000kJ，其中，c=4.2KJ/Kg·℃。
热值计算（以冬季工况计算）：
将以上计算水量266.4吨加热到所需水温需热量：
Q=q·M＝168000×266.4＝44755200KJ。
则所需机组制热量为：
Q/T＝44755200/（3600×18）＝690.7kw。
设备选型及配置：
1、热水机组：
空气源热泵热水机组有其独特的温度自动补偿功能，一般地区，正常运行冬季不需采用任何辅助加热设备。
每栋生活热水全天所需小热值690.7KW。
按照空气源热泵热水机组样本，按照环境13℃、进水温度在15℃时的热量选型，此时核算系数为0.85，即小选型热量Q=690.7/0.85=813KW。
按照样本模块组合式系列选择：
型号：XX，数量=813/95=9台。
该组合机组完全能够满足冬季低13℃，机组每天运行18小时，每栋楼生活热水需求。
附表：性能变化参数表。
备注：该表以20℃环境温度，20℃进水温度时为标准编制，其它环境温度和进水温度按照系数核算。
2、保温水箱
由于必须考虑同时用水问题，机组的水箱必须保证在大用水量的90%以上，该项目建议配置2台120吨的不锈钢保温水箱，聚胺脂发泡。
3、热水系统水泵
（1）主机循环泵配置3台，2用1备，放置于主机旁，Q=63m3/h，L=20m；流量根据主机循环水量确定，扬程根据设备阻力及管道安装长度计算。
（2）热水给水泵配置3台，2用1备，放置于主机旁，Q=68m3/h，L=45m；流量根据室内设置的淋浴头的数量确定，扬程根据管道安装长度计算。
空气源热泵热水机组系统说明：
控制原理：本工程的系统控制由我公司生产的空气源热泵热水机组自带，智能控制系统可根据水箱的水温自动控制；热泵主机及主机循环水泵的开启，补水电磁阀(补水泵)由工程安装浮球开关自动控制。
方案说明：
1、此次设计为初步方案。
2、热水机、水箱、水泵等均放置于建筑屋顶，或依现场情况而定。
3、主机与水箱之间进行循环制热，将热水储蓄在水箱内，源源不断向用户供应热水。
4、根据水箱内的水位及水温综合判断控制补水电磁阀，使水箱内的水温在任何时间内均不低于42℃。为防止电磁阀损坏检修补水需要，需另设浮球阀管路备用补水。补水系统控制由工程方提供。
5、主机采用微电脑自动控制，可自动检测水箱温度，水箱温度达到设定值后自动停机，以大限度节约能源。
6、机组配有完善的保护功能，适应各种恶劣的工作环境，无须专人值守，为业主节省人工费用。另外主机采用独特的环境加热技术，正常情况不采用任何电辅助加热器，可确保在各种工作环境下正常制热。
施工说明：
1、主机须做基础，水泥墩高度＞300mm，宽度＞200mm，长度方向各宽出机组底架200mm，以利于机组排水，检修。
2、水箱上主机进出水管不可离得太近，造成水箱加热不均。
3、水箱的安装位置须高于主机循环水泵的位置以防水泵吸不上水。
4、水箱的补水设置工程自行装配并控制。
5、管道及水箱须保温，水箱保温厚度为80mm，管道保温厚度参照相应规范。
6、管道及水箱在施工完成后必须进行冲洗及试压，以保证与现有系统对接后能正常运行 。
空气源热泵热水机组运行费用分析：
运行费用分析：
按照全天大用水量进行计算，实际运行中，费用将随使用情况相应减少。
与电热水器相比较，电费按0.5元/度计算。
参照厦门气象资料：
1、冬季12月份-1月份，平均气温按照15℃计算，自来水温度15℃计算。
一台XX空气源热泵热水机组XX在15℃下制热量为83KW，故平均每天需运行时间为：4.2×266.4×1000×(55-15)/(3600×83×9)=16.6小时，此时单台TCAH250B机组运行功率为18KW，即每天所需电量为：18×9×16.6＝2689.2度。
则冬季运行费用：2689.2×0.5 ×60＝80676元。
单纯采用电加热费用：4.2*266.4*1000*(55-15)/3600*0.5*60=372960元。
2、春、秋季，3月份-5月份、9月份-11月份，平均气温按照22℃计算，自来水按照温度20℃计算。
一台XX空气源热泵热水机组XX在22℃下制热量为100KW，故平均每天需运行时间为：4.2×266.4×1000×(55-20)/(3600×100×9)=12小时，此时单台XX机组运行功率为20KW，即每天所需电量为：20×9×12＝2160度。
则冬季运行费用：2160×0.5 ×120＝194400元。
单纯采用电加热费用：4.2*266.4*1000*(55-20)/3600*0.5*180=979020元。
3、夏季6月份，平均气温按照30℃计算，自来水按照温度25℃计算。
一台XX空气源热泵热水机组XX在30℃下制热量为120KW，故平均每天需运行时间为：4.2×266.4×1000×(55-25)/(3600×120×9)=8.6小时，此时单台XX机组运行功率为21KW，即每天所需电量为：21×9×8.6＝1625.4度。
则冬季运行费用：1625.4×0.5 ×30＝24381元。
单纯采用电加热费用：4.2*266.4*1000*(55-25)/3600*0.5*30=139860元。
则年运行总费用为：80676+194400+24381≈29.95万元。（扣除寒假2月、暑假7~8月）
单纯采用电加热年费用为：
372960+979020+139860=1491840≈149.2万元。
一年可以节省费用：149.2-29.95=119.3万元。
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