空气源热泵三联供

     本期我们一起来了解下空气源热泵三联供 。

 

一、什么是三联供？什么是空气源热泵三联供？

         

这里所说的三联供是可以 提供空调、地暖和热水 三种功能的热泵机组。 也称为三联供热泵、三联供空调、冷暖热水三联供、空调地暖热水三联供、空调热水三联供、热水空调三联供、空调地暖热水三用机、空调热水机、空调热水一体机、冷气热水机、空调热水器、三合一热泵等等。  

 

空气源热泵三联供是根据热源来划分的三联供系统，也被称为空气能三联供、空气源空调热水机、空气源热泵三用机等等。  

 

 

 

 

 

 

二、空气源热泵三联供系统结构与原理      

         

三联供系统包括主机部分（含水泵，膨胀罐等）、室内末端部分（含线控器等）、室内地暖部分（含分水器和温控器等）、中央热水部分（含水箱、回水控制等）。

三联供一般有“制冷”、“制冷兼热水”、“热水”、“制热”、“制热兼热水”五种模式。

单独制热水时： 热水换热器配套的循环水泵工作，空调换热器的循环水泵不工作，翅片换热器的风机工作，压缩机运行后工质在热水换热器中放热，在翅片换热器中吸热，形成制热水过程。  

 

制热水兼制冷时： 热水换热器配套循环水泵工作，空调换热器的循环水泵工作，翅片换热器的风机不工作，压缩机运行后工质在热水换热器中放热，在空调换热器中吸热，形成制冷兼制热水过程。  

 

单独制冷时： 热水换热器的循环水泵不工作，空调换热器的循环水泵工作，翅片换热器的风机工作，压缩机运行后工质在翅片换热器中放热，在空调换热器中吸热，形成制冷过程。  

 

单独制热时： 热水换热器的循环水泵不工作，空调换热器的循环水泵工作，翅片换热器的风机工作，压缩机运行后工质在翅片换热器中吸收热能，在空调换热器中放出热能，形 成制热过程。
 

 

 

空调热水三联供系统示意图
 

 

其中空调换热器在夏季作为制冷换热器，在冬季作为地暖换热器，为了配合不同水管路的流向，空调换热器水管路上需要有阀门来切换。  

 

 

三、空气源热泵三联供系统优缺点      

         

    优点   

普通风冷热泵机组在制冷的同时，必须向环境中释放大量的冷凝热，这部分热量加剧了城市热岛效应。以一台制热量为12kW的机组为例，每小时向空气中释放约10318千卡热量，这些热量在1 小时内可使1200kg水温升10℃。很多这样的企事业单位，生活热水是一年四季都是需要的，如果采用三联供余热回收技术，每年会节约大量的生活热水加热费用。

目前热泵生产厂家及知名空调厂家已成功开发出风冷三联供产品，该产品在制冷、制热的同时加热生活热水，也可各功能独立运行，三联供机组实现了制冷状态下的全热回收，降低了初投资成本。

    弊端   

1. 通常采用三联供技术的单位主要是利用其室内空气调节功能，生活洗浴热水功能为辅。热泵机组一般按房间负荷选配，相比生活热水负荷较小，机组夏季大部分时间工作在制冷模式。用在加热生活热水模式时间很短，包括家用三联供热水机。

由于各地区水质不同，洗浴热水换热器每天都流入新水，对换热器的耐腐蚀能力要求很高，好多三联供机组因洗浴热水换热器腐蚀穿透，造成水进入氟路系统，导致整套空调机组报废。如想尽量杜绝蚀穿问题，洗浴热水做二次换热系统，冷凝温度势必再提高约5℃ ，加剧COP值降低，得不偿失。

2. 生活热水温度一般设置在45℃左右，甚至更高，此温度可视为生活热水模式中热泵机组的冷凝温度。

制冷模式，以北京为例，夏季空气调节设计冷凝温度约为35℃，在这种环境温度工况中运行，传统空调机组运行正常。换做三联供机组在制冷模式运行没问题，如此时洗浴热水需要加热，同时室内需要降温，其冷凝温度必须升至45℃ ，冷凝温度从35℃升至45℃，冷凝压力提高至约2.7MPa，远高于空气冷却温度压力1.7MPa，增大了压缩比，耗电量加大。

在空调制冷模式下，免费得到洗浴热水，实际是一部分（35℃冷凝温度以上）靠提高冷凝温度，加大压缩机能耗换来的。

 热泵三联供系统，概念新颖，所谓空调模式运行时可以免费加热洗浴热水，购买一套三联供设备，可以实现室内制冷、供暖及洗浴热水。可以降低部分初投资，但运行费用与空调加空气源热泵热水机的运行费用是相同的。（如下图所示）

三联供系统一般运行是先保证洗浴热水温度 ，夏季制冷时，如洗浴热水温度与室内温度都没有达到停机温度，生活热水换热器作为空调的冷凝器时，洗浴水温在35℃以下运行时（因夏季室外温度（冷凝温度）高于水箱温度），制冷工况是节能的。可洗浴热水一般要升至45℃甚至更高才停止运行，在35℃~45℃以上的温度工况运行时，制冷工况是不节能的。  

考虑其潜在的危险性（由于生活热水蚀穿换热器导致整套系统瘫痪），不如在机组内部把空气源热泵空调部分与生活热水完全分离，风机可以考虑整体使用，这样系统内部互不干扰，工作稳定。（如下图所示）

 

四、控制复杂性和热量分配问题解决方案      

         

   1、系统控制的复杂性   

空气源热泵三联供系统面临的控制复杂性主要源于其需同时处理制冷、供暖和热水供应的多重任务。这不仅要求系统能够灵活切换不同的工作模式，还要求能精确控制各个模式下的能量输出。

目前行业上三联供产品的系统形式主要有两种：切换水路和切换氟路。

其中，切换氟路的三联供是通过控制不同的阀门，实现不同的功能。此方式虽说没什么问题，但系统复杂，部件及焊接口过多，运行故障率高，可靠性难以保证，更谈不上稳定性，且成本高体积大，不便安装及维修。

而切换水路的三联供是通过控制水路的三通阀，实现不同的功能，此方式在欧洲使用较多，系统相对简单可靠，但对水箱的要求较高，主要体现在内盘管的选型及水箱加工以及水箱的寿命方面，同时由于水箱是间接加热，对节能及水温的上限不利，且整体成本高。

为解决这一挑战，采用高级控制算法是关键。例如，基于模糊逻辑的控制系统能够更好地处理各种操作条件下的不确定性和变化，实现更加平稳和高效的能量转换。

此外，集成智能监控和预测维护系统也是提高控制效率和降低运行风险的有效途径。通过实时收集和分析系统性能数据，可以预测潜在的故障和维护需求，从而优化运行策略和减少意外停机时间。结合物联网技术，可以实现远程监控和控制，提高系统的响应速度和灵活性。

   2、热量分配不均问题   

热量分配不均的问题通常源于系统设计和运行过程中的热力学限制。为了解决这一问题，可以优化系统的热力设计，如采用更高效的热交换器和改进的流体动力学设计。这不仅提高了系统的热交换效率，还有助于热量在各个部分之间更均匀地分配。此外，通过实施分区控制策略，可以根据不同区域的实际需求动态调节热量输出，确保供暖和制冷的均匀分布。

来源：制冷空调换热器

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