HVAC 設計 | 空気源ヒートポンプの原理、設計、選択、構築、デバッグの完全な分析!

1. HVAC 設計 | 空気源ヒートポンプの原理、設計、選択、構築、デバッグの完全な分析!

ヒートポンプは、低温熱源から高温熱源へ熱エネルギーを伝達する装置です。ヒートポンプ装置で一般的に使用される低温熱源は、周囲の媒体、すなわち空気、河川水、海水、都市下水、表層水、地下水、再生水、防火水槽、あるいは工業生産設備から排出される補助作動流体などであり、これらの媒体の温度は周囲の媒体とほぼ同程度です。低温熱源の種類によって、ヒートポンプは一般的に空気熱源、水熱源、地中熱源に分類されます。

空気熱源ヒートポンプ給湯器の基本原理

主にコンプレッサー、熱交換器、軸流ファン、断熱水槽、水ポンプ、液体貯蔵タンク、フィルター、絞り装置、電子自動制御装置で構成されています。電源を入れると軸流ファンが作動し、室外の空気が蒸発器で熱交換され、冷却された空気がファンによってシステム外に排出されます。同時に、蒸発器内の作動流体が熱を吸収して気化し、コンプレッサーに吸い込まれます。コンプレッサーは、この低圧の作動流体ガスを高温高圧のガスに圧縮し、凝縮器に送ります。水ポンプによって強制循環される水も凝縮器を通過し、作動流体によって加熱されてから、ユーザーに送られて使用されます。作動流体は冷却されて液体になり、膨張弁で絞り冷却された後、再び蒸発器に流入します。このサイクルは繰り返し作動し、空気中の熱が継続的に水に送り込まれ、保温水槽内の水温が徐々に上昇し、最終的に人が入浴するのにちょうどよい55℃前後に達します。

ヒートポンプ給湯器は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、軸流ファン、貯液タンク、フィルター、遮断装置、電子式自動制御装置で構成されています。圧縮機、凝縮器、蒸発器、絞り装置は、4つの主要部品と呼ばれます。

コンプレッサー

機能：低圧ガスを高圧に昇圧する受動流体機械。冷凍システムの心臓部であり、吸入管から低温・低圧の冷媒ガスを吸入し、モーターの作動によりピストンを駆動して圧縮し、高温・高圧の冷媒ガスを排気管に排出することで冷凍サイクルに動力を与え、圧縮→凝縮→膨張→蒸発（吸熱）の冷凍サイクルを実現します。

一般的なタイプ：ロータリー式、ボルテックス式、スクリュー式。家庭用のユニットでは一般的にロータリー式が使用され、業務用ユニットでは一般的にボルテックス式とスクリュー式が使用されています。

ロータリーコンプレッサー

動作原理：ロータリーコンプレッサーのモーターは、ローターの回転運動をピストンの往復運動に変換する必要がなく、回転ピストンを直接駆動して回転運動を実行し、冷媒蒸気の圧縮を完了します。

利点：ピストンの回転運動により、圧縮作業はスムーズで安定しており、バランスが取れています。また、ロータリー式エアコンプレッサーはクリアランス容積がなく、膨張ガスによる干渉もないため、高い圧縮効率、部品点数が少ない、小型軽量、優れたバランス性能、低騒音、万全の保護対策、低消費電力といった利点があります。従来の1-2.5P型はロータリー式コンプレッサーを採用しています。

スクロールコンプレッサー

動作原理: スクロール コンプレッサーは、固定インボリュート スクロールと偏心回転移動を伴うインボリュート可動スクロールで構成された圧縮可能な容積を持つコンプレッサーです。

利点：スクロールコンプレッサーは独自の設計により、今日の省エネコンプレッサーとなっています。スクロールコンプレッサーの主な作動部品であるスクロールディスクは、摩耗することなくしっかりとフィットするだけなので、寿命が長く、メンテナンスフリーのコンプレッサーとして知られています。ボルテックスコンプレッサーは、振動が少なく、静かな作業環境でスムーズに動作するため、「超静的コンプレッサー」とも呼ばれています。ボルテックスコンプレッサーは斬新で精密な構造で、容積が小さく、騒音が少なく、軽量で、振動が少なく、エネルギー消費が少なく、寿命が長く、ガスの伝送が継続的かつ安定しており、信頼性の高い操作とクリーンなガス源などの利点があります。スパイラルコンプレッサーは一般的に小型ヒートポンプ機器に使用されており、従来の3〜10HPではスパイラルコンプレッサーが使用されています。

絞り装置

関数：

1. 絞りと圧力低下：コンデンサーからの中温高圧の液体冷媒を絞り、温度と圧力を下げます。これにより、蒸発器に入る冷媒は飽和温度の低い湿り蒸気となり、冷媒が低温で沸騰して車内に入る空気の温度が下がります。

2. 流量調整により、冷却負荷やエンジン回転数の変化に応じて冷媒の流量を自動調整し、冷凍システムが常に最適な冷却能力を維持できるようにします。

3. 詰まりと過熱を防止します。蒸発器出口温度に基づいて冷媒流量を制御し、蒸発器内の冷媒の完全な気化を確保し、圧縮機内での液撃を防止します。同時に、冷媒蒸気の過熱温度を制御し、異常な過熱現象の発生を防止します。

一般的なタイプ: 電子膨張弁、熱膨張弁、毛細管。

サーモスタット式膨張弁

動作原理：熱膨張弁は、蒸発器出口におけるガス冷媒の過熱度を感知することにより、蒸発器に入る冷媒の流量を制御します。熱膨張弁は、導入機構、アクチュエータ、調整機構、および弁体で構成されています。導入機構にはフロン作動流体が充填され、温度感知バルブは蒸発器出口に設置されています。出口温度と蒸発温度の間には温度差があり、これは通常、過熱度と呼ばれます。

電子膨張弁

動作原理：コントローラはセンサーが収集したパラメータを計算し、駆動基板に調整指示を送信します。駆動基板は電子膨張弁に電気信号を出力し、動作を駆動します。電子膨張弁は全閉状態から全開状態までわずか数秒で動作し、反応速度と動作速度が速く、静的過熱現象がなく、開閉特性と速度を手動で設定できます。

特徴：熱膨張弁の場合、周囲温度が低いと感温室内の感温媒体の圧力変化が大きく減少し、調節性能に重大な影響を与えます。一方、電子膨張弁の場合、感温素子は熱電対またはサーミスタであり、低温時の過熱度の変化を正確に反映します。そのため、冷蔵倉庫の冷凍室などの低温環境においても、電子膨張弁は良好な流量調節性能を発揮します。

蒸発器

動作原理：蒸発器は、冷凍機の4大部品の中でも重要な部品です。低温で凝縮した「液体」は蒸発器を通過し、外気と熱交換して「蒸発」し、熱を吸収することで冷却効果を発揮します。空気源ユニットにはフィン付き蒸発器が採用されています。水源ユニットにはプレート式熱交換器が採用されています。

コンデンサー

動作原理：チューブから熱を素早く奪い、ガスまたは蒸気を液体に変換する装置。一般的なタイプ：シェル＆チューブ型熱交換器（従来型給湯ユニット）、チタンチューブ型熱交換器（スイミングプールユニット）、スリーブ型熱交換器（空冷モジュールユニット）。

四方弁

機能：四方弁は、ヒートポンプシステムの除霜に使用される主要部品です。四方弁は、パイロット弁、メイン弁、電磁コイルの3つの部分で構成されています。

作業原則：4方向バルブは、通常の直接作用ソレノイドバルブとは異なります。適切に機能するためには、特定の圧力の下で動作する必要があります。 4方向バルブは、パイロットバルブ、メインバルブ、電磁コイルの3つの部分で構成されています。電磁コイルを分解し、パイロットバルブをメインバルブ全体に溶接します。図1に示すように、ソレノイドバルブコイルがパワーオフ状態にある場合、パイロットスライドバルブは右側の圧縮スプリングの駆動の下に残っています。高圧ガスは毛細血管管に入り、右端のピストンチャンバーに入ります。一方、左端のピストンチャンバーのガスが排出されます。ピストンの両端間の圧力差により、ピストンとメインスライドバルブが左に移動し、排気パイプ（Sパイプ）が屋外ユニット接続パイプ（Cパイプ）と通信し、他の2つの接続パイプを通信して加熱サイクルを形成します。図2に示すように、ソレノイドバルブコイルがエネルギー状態にある場合、パイロットスライドバルブは圧縮スプリングの張力を克服し、ソレノイドコイルによって生成される磁力の下で右に移動します。高圧ガスは毛細血管管に入り、左端ピストンチャンバーに入ります。一方、右端のピストンチャンバーのガスが排出されます。ピストンの両端間の圧力差により、ピストンとメインスライドバルブが右に移動し、排気パイプ（Sパイプ）が屋内ユニット接続パイプ（Eパイプ）と通信し、他の2つの接続パイプと通信して、定義サイクルを形成します。

その他のコンポーネント: センサー、圧力スイッチ、冷媒。

室外機の設置場所の選択：

1. 十分な設置・保守スペースを確保する

2. 空気の入口と出口は遮られておらず、強い風がどこにも吹き込まないこと

3. 乾燥した換気の良い場所

4. 支持面は平坦で、室外機の重量に耐えることができます。水平に設置しても騒音や振動が増大することはありません。

5. 運転音や排気は近隣住民に影響を与えない

6. 可燃性ガスの漏れがない場所

7. 給水管と排水管、電気接続の設置が簡単

8. 推奨設置場所：バルコニー、エアコン室外機、屋上など

注意：次の場所に設置すると、機械の故障の原因となる可能性があります（避けられない場合は、ご相談ください）。1.エンジンオイルなどの鉱物油がある場所。2.電源電圧の変動が激しい工場。3.自動車またはキャビン。4.キッチン、油、ガス、油滴のある場所。5.可燃性ガスまたは材料がある場所。6.酸性またはアルカリ性ガスが蒸発する場所。7.その他の特殊な環境条件。

家庭用貯水タンクの設置場所の選択：

1. 十分な設置・保守スペースを確保する

2.支持面は平らで、室外機の重量に耐えることができ、水タンクを垂直方向に固定することができます。

3. 非腐食性ガス漏れ箇所

4. 水道管や電気接続の設置と接続が簡単

5.安全弁の作動中に排出される水が下水道にスムーズに排出されるのに便利です。

6.安全弁の作動中に排出される水が木製の床や家具にかからないように注意してください。

7. 水タンクが給湯口よりも高い場合は、給湯管に正負圧安全弁を設置する必要があります。

水タンクとユニット間の高さの差は3.5mを超えてはならない。

注意：1.正しい移動経路を決定する

2. 機械はできるだけ元の状態のまま輸送するようにしてください

3. 水タンクのマニュアルの指示に従ってアクセサリを取り付けてください。

4.設置の際は水タンクを立てて置いてください。