風冷熱泵在別墅空調系統中的應用

1 建筑概況

某別墅地上兩層，主要有客廳、餐廳、臥室、書房、兒童房、更衣室等空調區域，共計192平米；地下一層有保姆室、棋牌室、多功能室，共計58平米空調面積。采用冷負荷指標法計算該工程的冷負荷，影響空調負荷的因素有：

①房間的功能；②室內照明及人員數量；③圍護結構的保溫效果；④地理位置及氣候的影響。由于別墅對空調的舒適性要求較高，單位面積設計制冷負荷在220W/m2左右，總冷負荷55KW。由于傳統的冷熱水機組需要專門的維護保養，因此直接否決了此方案。初步擬定的方案是方案一：風冷熱泵模塊機空調系統和方案二：變頻多聯機空調系統。

2 方案比較

2.1 風冷模塊機空調系統 風冷熱泵模塊機屬于空氣—水系統，機組以空氣作為冷熱源，使得室內主機產生空調冷/熱水，由管路系統輸送到空調房間的末端設備，在末端裝置處冷/熱水與室內空氣進行熱量交換產生冷/熱風。雖然它屬于集中產生冷/熱量，但卻是分散處理個房間負荷的空調系統形式。風機盤管一般裝在該系統室內空調的末端，一般均可調節其風機轉速或通過旁通閥調節經過盤管的水量，從而調節送入室內的冷/熱量，因此，該系統可通對每個房間的空調進行單獨調節以滿足每個房間不同的需求。

該系統優點：因為用比熱較大的水作為冷量的載體，送風溫差較小，溫度場和濕度場都較均勻，所以人體舒適性好。 另外就是初期投資費用相對較低。

該系統缺點：對水系統安裝、保溫要求較高，安裝不到位，容易發生漏水問題。

2.2 變頻多聯機空調系統 變頻多聯機空調系統是一臺室外機連接多臺室內機，通過變頻技術控制壓縮機的制冷劑循環量和進入室內換熱器的制冷劑流量，適時地滿足室內冷熱負荷要求的直接蒸發式空調系統。空調系統在環境溫度、室內負荷不斷變化的條件下工作，變頻多聯機空調系統能利用室內溫度傳感器控制制冷劑管路上的電子膨脹閥，對室外機的制冷壓縮機進行變頻調速控制或改變壓縮機的運行臺數、氣缸數、節流閥開度等，使系統的制冷劑流量發生改變，從而調節空調系統的容量，使空調系統穩定工作在最佳工作狀態。

該系統優點：由于冷媒直接蒸發，能效比較高；帶有自動故障檢測，方便檢修。自動轉換供熱冷模式，自動風速變換，可同時實現集中管理和單獨控制。

多聯機系統的缺點：溫室氣體排放量大大提高；安裝要求高；如發生冷媒管泄漏，很難找出漏點，不易維護，送風溫差大，人體感覺不夠舒服（這是使用氟機的通用現象）。另外就是初投資費用較高。

2.3 比較結果 兩種方案的新風處理都要另外考慮。造價就本例來說，風冷熱泵模塊機（開利渦旋水機）比變頻多聯機（大金多聯機）低50%左右。在價格因素影響下，業主比較傾向于風冷熱泵模塊機。

本例中的渦旋式風冷熱泵冷水機組采用高效無氯制冷劑HFC-410A，對大氣臭氧層沒有任何破壞作用，配置渦旋壓縮機使機組更高效節能。內置式水力模塊集成了水泵、膨脹水箱、安全閥、自動放氣閥、流量開關等必要的水力組件，大大節省了設備安裝空間，安裝簡便。

根據工程具體情況及業主意向，最后選用了方案一風冷模塊空調系統，使用的是開利數碼渦旋冷水熱泵機組30RH032一臺，空調末端采用臥式暗裝風機盤管。主機制冷輸入功率9.7KW；制熱輸入功率10.1KW。

3 風冷熱泵模塊機空調系統在設計施工中的幾個問題

3.1 解決風冷熱泵冬季供熱低效的問題 在冬季，當風冷熱泵機組在熱工況運行時，由于室外氣溫較低，機組蒸發溫度低于0℃時，需要對室外側空氣盤管換熱器翅片采取除霜措施。熱泵機組采用開利專利的智能除霜控制邏輯，優化除霜循環切入時間，避免了不必要的熱量損失。

另外當空氣溫度低于零度時，機組效率會下降，并且當環境溫度低于-5℃時，甚至無法開機，這是惡劣天氣對機組的影響。本次設計方案之一采用了一臺板式換熱器，很好的解決了冬季極冷天氣空調不開機的現象。

它通過鍋爐供給的生活熱水的分支進入板式換熱器，在板式換熱器中與空調循環水進行換熱，把熱量傳給空調循環水，這樣通過輔助加熱的手段大大提高了空調機組的效率。小型鍋爐的加入可以做到解決惡劣天氣對空調室外機的影響和為室內末端裝置提供熱源和生活熱水等多種功能。

3.2 安裝注意點 為了避免主機因氣流而短路，應當主機安裝在通風條件好、進風順暢以及排風不受阻擋的室外，此外，還應當注意熱泵機組上方和進風側的水平間距。對于機組之間的間距和機組與墻之間的間距，很多生產單位在設計手冊中都有了明確的要求：機組間的距離應在2米以上，機組距離主體建筑（或較高的女兒墻）保持3米以上。此外，不應在幾組上設置擋雨棚等遮擋物以防排風短路。如果機組上部有阻擋物，為了保證定排風量，必須采取措施使得排風通暢并避免回流。根據有限的吸入吸風速度場的原理計算，當進風側水平距離接近機組高度時，便可使進風通暢，機組之間進風相互干擾減小。

為了保證冷凝水盤無積水、無滲漏，必須保證安裝后的空調末端水平且無歪斜；安裝架與機組之間應有減振性良好的橡膠減振器或膠皮；空調末端接出的冷凝水管應使用U-PVC管并保證水平段有5%的坡度，固定牢靠且無撓彎現象。為防止夏季使用時有凝露滴水現象，應垂直立管并將全部冷凝出水管固定并做好隔熱保溫措施。冷凝水排放應按設計要求安裝水封彎管，并按有關規范或機組說明書的要求設置。安裝結束后必須做排水試驗，確保排水暢通。

3.3 水系統壓力平衡 對于較大的系統來說，設計水系統時要特別注意其壓力平衡問題，否則就易產生冷量分配不均的問題。三臺以下的機組組合時可以采用異程式或同程式連接，四臺以上的機組組合時宜采用同程式連接。對于本例來說，系統不大，壓力平衡較容易保證。

4 結論

目前，雖然小型風冷熱泵空調系統憑借著自身的優勢廣泛應用于家用空調和小型商用空調中，但是，為了能夠更加充分的發揮其優勢，我們還必須努力優化和改進其設計并重視施工質量。

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