所谓水源热泵机组,就是通过水作为主要介质来传递冷热能量交换的一种中央空调设备。地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵热源和空调冷媒,被许多中央空调厂家作为开发利用的资源,现已广泛应用在各个领域。

      其工作原理是通过消耗部分电能,驱动压缩机通过热交换设备,冬季吸收土壤中的能源,供给室内采暖;夏季把室内的热量取出,释放到土壤中,实现空调温度的调节。水源热泵中央空调系统也是许多台小型的水-空气热泵机组集中设计应用的一种空调形式。这样的能量交换方式被广泛应用在新型的闭式循环系统。这种闭式系统对环境更佳环保,更节能。例如麦克维尔、大金、特灵、克莱门特、清华同方等众多中央空调厂家都在推广。本文介绍的是早期的水源热泵机组,采用的是开式循环系统,机组简单节能,造价成本低廉(其最大缺点是机组一旦泄漏会对地下水资源造成污染,空调厂家大多停产,但市场上占有份额仍比较大,具有一定的维修价值)。作为维修人员要时时刻刻掌握这些设备的工作原理和故障处理,为自己创收。

      根据实物绘制出了该机的系统图如图1所示,实物图如图2、3所示。相关实物图解见图4。

一、制冷原理

       水源热泵机组是一种以电为动力、以水为主要热载体的冷暖可逆型空调机组。制冷运行时,其冷却水/冷媒侧热交换器作为冷凝器,冷冻水/冷媒侧热交换器作为蒸发器,制冷剂源源不断地将室内热量转移至室外循环冷却水中,实现室内降温的目的。供热运行时,冷却水/冷媒侧热交换器作为蒸发器,从循环水中吸取热量,冷冻水/冷媒侧热交换器作为冷凝器,向室内释放热量,从而实现室内供暖。图1是水源热泵机组的系统流程原理示意图。机组由两套主机组成,其中一套为主机1,另一套为主机2,通过模块控制,两套机组并列组成,每台主机内由四台10匹压缩机组成,冷凝器和蒸发器分别采用涡旋式蒸发器。制冷时工作原理如下:当机组收到制冷启动的命令后,循环水泵1启动(循环水泵2备用)使系统内的水开始循环,送到各房间盘管,各房间的盘管与室内热空气进行冷热交换,10分钟后,联锁启动冷却水泵,水流通过涡旋式冷凝器再回到水井2,从而实现热交换,延时几分钟后机组按设定好的顺序分别启动,冷媒通过压缩机做功,把蒸发器内的水冷却降温,送到各房间实现冷热交换,冷凝器的热量通过冷却水泵实现冷热交换把热量带走,通过电路板程控控制实现空调的功能。简单地讲比我们传统家用空调多了一级换热。制热时只要通过各路阀门把冷却水切换为冷冻水即可实现制热循环。
二、水源热泵中央空调特点
1.高效节能
      水源热泵采用水冷却方式,效率比风冷热泵机组更高,故可降低电耗,并能实现内部能量平衡,以达到节能目的。
2.节约投资
      无需冷水机房、锅炉房或大面积保温工程,大大降低了初期投资并缩短了施工周期。
3.控制简单
      水源热泵中央空调系统中每一台机组均可独立控制,在房间内便可实现独立调节操作简单方便。
4.可靠性高
      系统设备简单且安装方便、运行可靠性高分区设计灵活。即使某一台机组出故障也不会影响其他用户,甚至可以现场整机更换。

5.设计简单

      水源热泵系统控制装置少,水路配置简单,设计周期约为传统中央空调系统的一半。

6.满足用户的各种需求

       一年四季,用户可根据实际需要对任意一台机组选择制冷或供暖,以简单两管制实现了传统中央空调四管制才能实现的功能。

7.安装灵活

       新建建筑可先安装水源热泵循环水管的主管和支管,在住户装修时按实际需要配置机组;改造工程中采用水源热泵更是快捷方便。

8.能源利用

       可直接利用地下水、深湖水、太阳能、地热、工业废热等廉价能源,降低运行费用。正因为这类机组有以上优点,才被广泛应用和推广,作为维修人员有必要学习该机组的工作原理和故障处理。水源热泵中央空调系统主要部件包括:水源热泵主机、循环水泵、散热设备(冷却水塔、地下水井等)、供热设备(辅助热水器、地下水井等)、膨胀水箱及补水装置排气阀、温度计及压力表。水源热泵机组大多是分散布置的,控制可分区独立进行,也可集中进行。利用温度传感进行控制的方式大致有两种:(1)各水源热泵机组独立控制+循环水系统联动控制;(2)中央控制器进行区域或集中控制。科灵水源热泵采用了“水源热泵机组独立控制+循环水系统联动控制”的控制方式。

        此外本机还设置了水流保护、高低压保护、高低温保护、过载保护。

三、实例讲解
      例1:科灵SM-200W型水源热泵机组出现整机停机。分析检修:通过上期图解可以清晰地看到,所谓水源热泵机组,无非是水系统的中央空调系统。该机组有两路重要的开式循环的水系统,其中-路是冷却水系统,另一路是冷冻水系统。在每路水系统里都安装有水流开关作为机组的重要保护之一,无论哪一路的水流开关检测不到水流时都会联锁停机,起到保护机组的作用。该机组在维保过程中曾出现过机组跳机的现象。表1为系统在制热模式常见故障及原因。
       这次报修是报整机机组跳机。赶到工作现场就看到了故障代码表所报的一系列故障 ,观察循环泵出口压力降到了0.2MPa以下,指针来回摆动,和前两次跳机出现的故障现象一样。采用前两次的处理方法对系统进行了补水,排空气,使循环泵出口压力保持在0.27MPa,循环泵入口压力保持在0.18MPa,空气彻底排净,压力表针无摆动,每隔5天补水一次,机组运行至今很稳定,故障排除了。


      虽然故障排除了,但对我来说还是想搞明白跳机的原因,于是拍下如图5~图7照片,观察发现图5、图6图片显示同时在2014.11.11、10:14:56,报故障代码02机组,压机2高压过高、压机2故障错相保护、压机1过载、压机1高压过高、压机2过载、压机1故障;如图7 所示:在2014.11.1、10:16:14机组同时报出了02机组制热蒸发1出水过低、制热蒸发2出水过低;2014.11.11、 10:15:30,机组报了02机组通讯故障。这些故障都在同一时间发生了,说明保护动作了。为什么会出现这么多故障?系统压力过低说明系统水打空了,结合表1和图8分析,既然故障的根源是由水系统故障造成的,为什么会造成缺水和造成大量的空气进入系统呢?


     于是对前两次的停机进行了详细分析,找到了问题的根源所在:该机组的供暖分两路,其中-路为办公楼取暖使用,另一路为职工餐厅和宿舍使用,机组运行-段时间后为餐厅供暖的盘管管道出现了漏点,维修后打开机组试压排空与补水,当日运行正常,第二日出现了跳机现象,到达现场后发现循环泵出口压力降到了0.2MPa, 补水排空后机组连续运行9天没有出现故障;第十天发现餐厅供暖的主管道又有了新的漏点,于是不得不进行维修,修好后又投入了机组运行,用同样的方法补水、排空,当日机组工作正常,也就到了2014.11.11的这天机组又跳机了,这才使我恍然大悟,有可能是我们操作有误造成的。因为两次奇怪的跳机现象都发生在管道修补之后,于是画出该机的系统图,如图9所示。

      该机的主机产生热水通过循环泵分成两路分别送往办公楼和餐厅,如图9,这时我们可以清晰看到水系统的分配情况,主机产生的热水分别通过循环泵、管道、盘管送到各房间进行热交换,所以餐厅的盘管任何地方泄漏都要关断总门1、2才能维修,维修完可以通过门3、门4进行排空处理,说明是前几次修理好都没有按顺序开各个阀门造成的停机。正确的操作顺序是先打开总门1、再稍开门3让空气排出出水后关闭、再稍开门4让空气排出后关闭、再打开对空排气确定无气后打开总门2,让循环泵循环十几分钟后根据压力再补水正常。按正确的操作维修后,使用至今。
      例2:科灵SM-200W型水源热泵机组报冷却水流不足,机组无法启动。分析检修:由于该机设置了水流保护开关,为了在机组断水时联跳主机而设置的保护,如果没有水流保护,机组继续工作有可能把制冷剂管子冻崩造成蒸发器或冷凝器损坏。机组报冷却水流不足显然是冷却水系统出现了故障,实物如图10所示。

      机组复位后冷却水泵启动几分钟后又停,机组再次报冷却水流不足,断开水流开关的两根接线,测量A、C电阻值为无穷大。用手拨动水流靶手再次测A、C电阻值为零,怀疑是水流开关挡水靶片没有起作用。拆掉水流开关,发现水流靶片已从根部断掉,所以即使有水流过水流开关也不会导通,最终导致机组保护。更换一新的靶片后故障排除。

      例3:科灵SM-200W型水源热泵机组报冷冻水流不足,机组无法启动。分析检修:接到用户报修电话,说机组又不工作了,整机都停了,循环水泵也停了,机组报冷冻水流不足。根据客户给我报修的这些现象,怀疑是循环水泵出现了故障,再加上前些天发现循环水泵有异常响声,还没有切换故障便出现了。于是来到维修现场,发现循环水泵的空气开关已跳开,没有忙于通电试机,拿来兆欧表测了三相阻值是0Ω,再测对地电阻为无穷大,说明电机线圈正常,可能是机械故障。打开水泵的散热罩,用手盘风叶很沉,可以肯定是轴承抱死了。换成备用泵工作,机组一切正常。拆掉损坏的循环泵,如图11所示,简直让我惊呆了!前后轴承都散架了, 钢珠跑了一地。这都是循环水泵长期运行,没有定期切换造成的,因此在设计安装时应增加备用泵电源,定期切换,就可以避免泵的疲劳工作,延长泵的寿命,如图12所示。

      例4:科灵SM-200W型水源热泵机组报制热蒸发1出水过低,制热蒸发2出水过低。分析检修:机组报制热蒸发1出水过低,制热蒸发2出水过低,通常是机组水系统循环不好所致,再加上此前曾经报过几次制冷蒸发1出水过低,制冷蒸发2出水过低现象。当时对系统进行了排污,反冲、清洗Y型过滤器滤网后故障排除了。难道又是Y型过滤器滤网脏了吗?找到蒸发器对应的管道,拆开对应Y型过滤器后发现滤网果然很脏,很多滤网网孔都有锈渣,可以肯定就是它的问题。更换清洗之前对系统进行了排污、反复冲洗,等排出的水是清水后换上新的Y型过滤器滤网,故障排除实物照片如图13所示。出现该故障的原因,一是由于该机组的膨胀水箱是露天的,大量灰尘进入;二是机组在夏季用完后没有采用处理过的软化水,系统不是满水保养,造成空气进入与金属发生反应,产生了杂质和铁锈。所以为了避免下次故障的发生,首先要对膨胀水箱进行防污处理,系统水采用加药的软化水,停机时要系统满水保养。

       例5:科灵SM-200W型水源热泵机组制冷效果差。分析检修:机组在夏季运行两个月后制冷效果变差,制冷效果差的原因很多:系统水中混有空气、氟系统有漏点造成制冷剂缺少冷却水水温过高、室内风机盘管换热不良、门窗密封不良、系统水缺水压力偏低等一系列原因都会造成制冷效果不良。用户反映当时整栋楼制冷效果都有所下降,这下可以肯定是主机方面出现了异常。来到机房观察循环水泵出口压力在0.28MPa,说明系统工作正常,查看操作面板观察进水温度保持在15°C,半天一直没有下降,由于该机有一组系统泄漏,现在只有6台压缩机能正常工作,心想会不会是系统缺氟了呢?再观察1号、2号机组的各压机的高低压压力,发现1号机组1号压机低压偏高、压力值为0.65MPa,其他三组压力都在0.5MPa,怀疑问题就在1号压机上。实物照片如图14所示。每两台压缩机为一-组,是不是有一台压机没有启动呢?打开柜门观察1号压机的两个空气开关、两个交流接触器都在吸合位置。用万用表测量空气开关进线电压380V正常,当测出线电压时其中一个居然没有,这说明空气开关损坏了,更换后故障排除。


      由于压缩机的功率很大,启动电流很大,再加上已经用了6年了,所以空气开关也是损坏的重点,机组每年启动前最好将所有大电流的接线端子和螺丝拧紧一遍,防止机组运行时因电流大造成元件的松动。