空气源热泵热水器控制系统可靠性研究

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摘要：研究影响空气源热泵热水器可靠性的问题，构建相应的空气源热泵热水器的准确性模型和目标准确性模型。通过对问题模式进行研究，探讨相关问题，找到限制可靠性的主要原因，深入地探究了可靠性构建和可靠性增长技术在空气热泵热水器设计中的实际运用状况。

关键词：空气源热泵热水器；可靠性；现状；解决措施

0引言

空气源热泵热水器是目前比较新型的热水器，热水效率是普通热水器的2倍～3倍，在很多发达国家被大量使用。但是，热泵热水器在国内发展比较艰难，原因主要有技术难度性较大、外界影响因素较多、产品安全性不能得到保证等。本文主要对阻碍空气源热泵热水器产品可靠性的原因进行深入探讨，并找到加强其可靠性的有效方法[1]。

1阻碍空气源热泵热水器可靠性的主要因素

可靠性主要是指产品在一定时间和环境中完成相关功能的能力。空气源热泵热水器的可靠性主要是指在一定的额定功率中，在科学合理的气温空间内（通常是在5℃以上），把自来水加热到相应的温度（通常是50℃～60℃左右）。但是有的空气源热泵热水器因为多种原因不能达到相关温度，主要有以下几方面因素：a)空气源热泵热水器构造比较繁琐，在过去很长一段时间内，研究人员比较注重的是产品效能，对于其可靠性研究比较少，但是产品可靠性的基础却是产品的实际设计；b)现在中国空气源热泵热水器还处在不断健全的阶段，很多企业都是小数目生产，大多数工作程序都是利用手工作业，对产品可靠性造成影响。比如，气液分离器、蒸发器、电磁换向四通阀和压缩机都和热泵机组相连接，其中统管弯折部分和铜管连接都是手工进行的，但是因为人为因素的影响，对机组的可能性造成了影响；c)和空气源热泵热水器有关的制度和实行时间比较晚。空气源热泵热水器很多部分都是借用空调配件，并且没有根据国家有关标准实行和改造。空气源热泵热水器和空调的工作环境不一样，这样就会对压缩机的使用时间和可靠性造成影响；d)空气源热泵热水器安装和后期保护，尤其是后期保护方面，存在很多不足，从而严重影响了设备的使用和运行。比如，机组安装位置要根据有关规定来安装、蒸发器要及时清洁等，不然就会影响其可靠性；e)可靠性工程在实行过程中比较繁琐，很多研究人员和企业管理人员对其认识还不够深入，这样就不能有效保证产品的可靠性。针对上面的分析，把可靠性工程技术融合到空气源热泵热水器中，能够有效提升空气源热泵热水器的可靠性。

2空气源热泵热水器可靠性的理想状态

构建家用型空气源热泵热水器的可靠性模型时，不但要顾及可能出现的安全问题，还要考虑到因为故障问题所造成的后期保护和维修，这也属于基本的可靠性模型，当然还要考虑设备在工作过程中所被限定的功能概率，它被称之为任务可靠性模型[2]。基本可靠性模型是针对产品和相关结构可能造成的运行问题，以此而引发的维修和保障需求，属于一个全串联模型。设备中的组成部分越多，则基本的可靠性就比较低。针对基本的可靠性来说，需要最大限度地减少储备。针对矫勇热泵热水器的结构进行研究，因为家用压缩机和气液分离器是相互融合的，因此基础的可靠性框架可以建立成下面的模式。任务可靠性模型是为了估测产品在实际操作时完成限定功能的概率，在执行任务时，根据产品的各个部分所产生的预定效用而建立起来的可靠性模型。依据构建的基础可靠性框架和任务可靠性框图所构建的基本可靠性数学模型和任务可靠性数学模型，主要是利用相关概率论知识，研究基础可靠性框架和任务可靠性框图，发现基础可靠性模型的各个环节是相互串联的，任务可靠性模型是串和混相互融合的，因此使用概率论知识能够建立相关数学模型。

3空气源热泵热水器的问题形式研究和故障树的探索

3.1问题模式研究

在家庭中使用空气源热泵热水器，只要是让系统工作状况不能按照实际规定进行的事件都被称之为问题事件。空气源热泵热水器体系是利用管道连接有关机械，从而组成相互融合、相互制约的体系，假如其中一个环节出现问题，就会影响其它设备运行，从而造成整个系统的问题。家用型空气源热泵热水器是由多个阶层的体系相互组合而成的，如制热系统、除霜系统等。热水器体系中的问题很多，也比较繁琐，依据问题出现的实际状况划分，根据问题出现的程度分类，主要分为显性问题和隐性问题。例如风机停止运作、水管漏水等容易出现的问题就属于显性问题；更换热器结垢等不容易被人察觉的问题就是隐性问题。依据问题对系统造成的影响，可以划分为软问题和硬问题。例如电机损坏等相关设备不能运行就属于硬问题；仪表飘逸等相关设备的效用出现问题就被称为软问题。

3.2故障树研究

在家用型热泵热水器中制热系统的有效运行是其中的关键，也是容易出现问题的部分。制热系统是由控制结构、风机、电磁四通阀、冷凝器、蒸发器、节流设备和压缩机相互融合而成的；而且节流设备是由毛细管和电子膨胀阀连接而成。如果把制热系统中的问题作为一个事件，由此又会产生很多基本事件，从而产生制热系统的故障树。评价故障树的有效方式就是使用它的最小割集，确定故障树最小割集的方法主要有布尔代数化简法和矩阵排列法等，通常情况下都是使用的布尔代数化简法算出最小割集[3]。

4空气源热泵热水器的可靠性构建

根据用户实际需求，建立起空气源热泵热水器的可靠性和定量性的目标，然后利用系统构建可靠性模型、可靠性分配和利用预测技术对可靠性进行分析，最后通过研究、检验产品构建，以便更好地改进，把可靠性的定量需求融合到产品技术文件中。要尽量节约资金、减少时间、提升效率，依据这三个方面的不同，产品主要分为上市产品和研究产品，因此也要采用不同的可靠性研究方式。而且上市产品的可靠性主要是以新产品的设计为基础，上市产品的可靠性指标分配则是新产品研究的重要参考因素。a)上市产品，很多都具备比较健全的资料，如故障形式、故障因素、故障检验方式、产品构造等。以节约资金和减少工作量为基础进行研究，主要是使用故障模式来研究其中的影响因素和故障树研究等；要先找到限制可靠程度的主要因素，针对其中的主要因素进行有效改进，从而更好地提升产品的可靠性；利用可靠性试验来测试产品的可靠性，还可以构建相应的资料库，从而为以后构建相应产品的可靠性准则奠定坚实基础，还可以为新产品研发的可靠性提供帮助和指导；b)研究产品，根据实际的市场状况和客户需求来规定产品的性能和相关可靠性指标；要根据相关类型的产品进行问题分析，从而建立可靠性指标分配和预计；利用对比研究，分析其中的可靠性预计和可靠性指标，如果不能满足客户实际需求，就需要建立新的修改方案，从而更好地满足客户需求。

5空气源热泵热水器可靠性的发展状况

为了强化空气源热泵热水器的可靠性能，就需要对可靠性进行合理安排。尤其是在产品研发过程中使用可靠性工程技术，才可以高效率地完成任务。上市产品和研究产品的可靠性增加各有不同，针对上市产品的可靠性进行分析，可以为研究新产品的可靠性提供基础，这样能够更好地推进新产品的研发。

5.1上市产品

因为传统空气源热泵热水器是对功能方面进行构建，对于可靠性的研究比较少，可靠性不能满足实际的市场需求，这样就使生产商在改进产品的过程中更加侧重于和用户的交流和沟通，找到产品的不足，从而更好地进行改进。a)客户在使用产品时，要记录运行状况和维修状况；b)把产品的问题信息反馈给制造商，然后制造商再把这些资料传送给相关研究人员，最后对这些信息进行处理，针对生产过程中的可靠性进行检查和研究，从而找到问题的根本原因，以便更好地进行改进。随着问题不断发生，研究人员对数据资料进行研究，从而为产品的可靠性提供更好的保障。

5.2研究新产品

提升新产品的可靠性或相关类型产品的可靠性可以根据下面的相关步骤来进行：a)空气源热泵热水器的研发阶层要利用相关类型产品的可靠性作为模型，找出定性和定量的可靠性需求，建立恰当的方案、可靠性指标和检查方式；在研究过程中需要根据相关计划来进行可靠性设计、研究和检验；在产品基本成形时，要检测产品的可靠性，从而及时发现问题，以便提出相应的改进措施；b)空气源热泵热水器在生产过程中，要确保可靠性。在批量生产的过程中，要保证各种装备的可靠性，尤其是关键部分和关键步骤的可靠性。因为产品在整个研发的过程中都是持续增长的，如果一个部分出现问题，产品的可靠性就会出现问题，所以需要进行全程监控，加强可靠性。

6结语

空气源热泵热水器能够更好地节约能源，但是在实际运用的过程中，其可靠性是最突出的问题，所以在研究空气源热泵热水器机构的基础上，建立相应的可靠性模型，并且深入研究基本可靠性和任务可靠性之间的联系，对故障模式和故障树进行研究，找到其中的制约因素，分析可靠性设计和可靠性增加在空气源热泵热水器中的实际运用状况。随着科学技术不断发展，未来的空气源热泵热水器的模式更加多样化，相应的产品可靠性也要增加，从而更好地提升产品运作性能。

参考文献：

［1］裴德凤，钱勇，闻建中，等.空气源热泵热水器电气控制方案的研究［J］.大众科技，2009(11)：128-129.

［2］黄楚顺，林淑勤.空气源热泵热水器控制器设计［J］.电器，2012(z1)：560-563.

［3］谭辉平.提高空气源热泵热水器性能的途径［J］.广东轻工职业技术学院学报，2008，7(1)：29-32.

作者：管建峰 蒋晓梅 吴永祥 王辽建 单位：常熟理工学院