空氣能空調(diào)地暖一地機（空氣源熱泵二聯(lián)供系統(tǒng)）案例

  摘要：本文詳細介紹了空氣源熱泵二聯(lián)供產(chǎn)品在江西該別墅項目中央空調(diào)和地暖系統(tǒng)中的應用。比較了我國目前常規(guī)戶式中央空調(diào)和采暖系統(tǒng)冷熱源設備的選擇方案及其各自的優(yōu)勢和劣勢，提出了適用于夏熱冬冷地區(qū)別墅、住宅類項目最經(jīng)濟、合理的獨立中央空調(diào)系統(tǒng)配置方案，給出空氣源熱泵在其適用設計工況下機組、末端的容量配比建議，并詳細闡述了空調(diào)水管路系統(tǒng)各部件的設計關(guān)鍵點和后期的使用建議。

  關(guān)鍵詞：空氣源熱泵 、兩聯(lián)供、一源兩末端

  一、工程概況

  1.1工程簡介

  本項目為一套五層別墅建筑，6房2廳5衛(wèi)，建筑面積為362.1㎡，空調(diào)面積約為154㎡，位于江西省贛州市大余縣南安鎮(zhèn)。

  該工程自2014年8月開始討論中央空調(diào)及采暖方案，2014年12月份開始設計及工程安裝，2015年7月份空調(diào)系統(tǒng)竣工調(diào)試運行結(jié)束。

  1.2空調(diào)方案選取

  在方案確定之初，業(yè)主方提出了以下要求：冬夏季兼顧使用;冬季采暖舒適度高，意向采用地暖方式;操作方便可靠，運行費用低。

  根據(jù)甲方要求并結(jié)合本項目的建筑條件，水地源熱泵的系統(tǒng)完全不可行，將可用的家用中央空調(diào)的各種形式進行了分析比較。目前市場上常用的家用中央空調(diào)系統(tǒng)主要有以下三種形式：

  A、制冷劑式系統(tǒng)：制冷劑戶式中央空調(diào)系統(tǒng)是直接蒸發(fā)式空調(diào)，此系統(tǒng)可以實現(xiàn)分室控制、滿足運行費用低的要求。但由于系統(tǒng)冷媒是氟利昂，冬季效率低、舒適性差，且如果安裝地暖，則需要另外配置一臺供暖熱源設備。

  B、風管式系統(tǒng)：風管式戶式中央空調(diào)是由室內(nèi)機、室外機和風管組成，可以做到冬夏兼顧，但由于該系統(tǒng)屬于一開全開的系統(tǒng)、運行費用較高。

  C、水管式系統(tǒng)：水管式戶式中央空調(diào)系統(tǒng)是由空調(diào)主機、風機盤管、水管和附件組成，系統(tǒng)冷媒是水，這種系統(tǒng)可以和冬季地板采暖系統(tǒng)完美配合，一機多用，初投資不高、運行費用低。

  通過以上分析比較，可知“一源、兩末端”式系統(tǒng)也即水管式戶式中央空調(diào)+地暖的方案是本別墅工程的最佳選擇。

  二、設計規(guī)范規(guī)定

  《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(GB50019-2012);《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(GB50736-2012);《實用供熱空調(diào)設計手冊》;《簡明空調(diào)設計手冊》;《通風與空調(diào)工程施工規(guī)范》GB50738-2011;《通風與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50243-2011;《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》JGJ 142-2012;《熱泵熱水系統(tǒng)設計、安裝及使用規(guī)范》CRAA311-2009;《全國民用建筑工程設計技術(shù)措施/暖通空調(diào)•動力》2009版

  三、氣象參數(shù)

  3.1室內(nèi)主要空調(diào)設計參數(shù)

  表1：空調(diào)設計室內(nèi)計算參數(shù)

  3.2項目所在地室外氣象條件參數(shù)

  通過查暖通設計規(guī)范知，江西贛州市所屬建筑熱工氣候分區(qū)為夏熱冬冷地區(qū)，其室外設計計算參數(shù)如下表：

  表2：室外計算氣象參數(shù)

  四、負荷計算及末端選型

  4.1空調(diào)負荷計算

  空調(diào)區(qū)域的夏季冷負荷由以下各部分組成：人體冷/濕負荷、燈光/設備冷負荷、新風冷/濕負荷、滲透冷/濕負荷、外墻和屋面冷負荷、外窗和天窗冷負荷、內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)冷負荷等。影響建筑物室內(nèi)溫度變化的主要因素是室外溫度，考慮到了其隨著時間的變化負荷也隨之變化的這一現(xiàn)象，空調(diào)負荷計算時是對每個時間的負荷分別進行計算匯總，并比較逐時冷負荷的最大值作為空調(diào)計算負荷。

  本工程中缺少建筑外圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能資料，故根據(jù)工程經(jīng)驗采用估算指標值進行了負荷計算。需要指出的是，戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的風機盤管選型與商用中央空調(diào)選擇略有不同。商用中央空調(diào)的使用率比較高、末端設備同時開啟率比較高。而戶式項目不同，由于家庭成員個體感官的差異比較大，另外節(jié)能意識會更高，空調(diào)系統(tǒng)一般會處于間歇運行狀態(tài)，所以在一定時間內(nèi)這樣會加大單個房間的負荷。因此在風機盤管選型上，較常規(guī)大型中央空調(diào)負荷應大30%~40%。

  4.2風機盤管選型

  本項目風機盤管選型結(jié)果如下表：

  表3：各房間的風機盤管機組選用表

  本別墅項目中風機盤管設備選用國際知名品牌、3排管、帶回風箱的機組，噪聲低、換熱效率高。

  風機盤管機組一般與書柜、衣柜及吊柜配合裝修安裝，氣流組織方案采用“側(cè)送上回”的方式，其具體安裝圖詳見施工圖。

  4.3地暖末端選型設計

  應該別墅的業(yè)主方要求冬季采暖要求舒適性和節(jié)能性，因此末端設計采用低溫熱水地板輻射采暖系統(tǒng)。

  本別墅的空間較大，落地窗較多且房間功能不同地面材質(zhì)也有區(qū)別，因此地暖盤管間距設計很重要。因此為保證的地暖房間室內(nèi)溫度分布的均勻性，設計采用“回”字形管路鋪設方法，且在冷墻和落地飄窗處的地暖盤管局部加密采用間距為15cm，其他位置為20cm。每層設置單獨的分集水器，每一回路的地暖盤管長度均保持在100米以內(nèi)，并進行了詳細的水力平衡計算。

  根據(jù)房屋的使用性質(zhì)和甲方的要求、結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，設計成為區(qū)域控制和分層分室控溫相結(jié)合的溫控方式。臥室等主要房間設計為分室控溫，客廳、餐廳等區(qū)域采用了區(qū)域控制。具體的設計和施工工藝詳見圖紙。

  4.4 水系統(tǒng)設計

  本工程地處大余高檔別墅小區(qū)，業(yè)主方單位要求所選工程材料必須是綠色環(huán)保材料;根據(jù)目前有關(guān)規(guī)范再加上冬季需要制熱，空調(diào)供回水管設計采用無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)熱水管、冷凝水管采用PVC硬質(zhì)塑料管，保溫材料采用B1級橡塑保溫管殼、外包白色塑料空調(diào)用膠帶。

  空調(diào)水系統(tǒng)采用異程兩管制水系統(tǒng)，系統(tǒng)補水口在水泵吸水口處或蓄能水箱上，采用自來水補水，在補水管上設有過濾器和自動補水閥(具有壓差控制和止回功能)。

  由于戶式中央空調(diào)管路系統(tǒng)的水容量較小，系統(tǒng)熱穩(wěn)定性差、水溫波動大，會造成主機得起停過于頻繁，影響空調(diào)效果及主機壓縮機壽命。根據(jù)熱平衡原理，此時應加大系統(tǒng)水容量，手段有兩種一是采用增加蓄水水箱、二是增大系統(tǒng)管徑。本項目中我司設計采用增設蓄水水箱的方案，這樣既可以增加系統(tǒng)水容量，也可以做成二次水系統(tǒng)，運行更加可靠節(jié)能。

  風機盤管末端、地板采暖末端的水流量控制選用的是變流量的方式，主管道之間增加安裝壓差旁通閥來滿足二次水系統(tǒng)管路中的最小水流量需求。

  4.5冷熱源選型

  本工程經(jīng)過前述設計計算，可知空調(diào)冷負荷/地暖熱負荷分別為27.5kW/19.3kW。

  別墅建筑的居住空間較多，家庭成員入住又不集中，造成同時使用率會時高時低，所以主機選型很重要。主機選型過小，會造成前期投資偏高，性價比下降;主機選型過小又會使機組長期處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，影響主機壽命。

  本項目甲方家庭成員較多，且無380V三相電源條件，綜合分析后冷熱源機組選用空氣源熱泵二聯(lián)供機組，設備的主要技術(shù)參數(shù)見下表：

  表4：二聯(lián)供空調(diào)機組技術(shù)參數(shù)表

  本項目中按空調(diào)夏季冷負荷初選機組。

  取本工程空調(diào)系統(tǒng)間歇負荷增加系數(shù)為1.1、同時使用系數(shù)為80%，可計算得知空調(diào)機組匹配容量應為：27.5*1.15*0.8=24.2kW，則主機臺數(shù)n(=24.2/12.6)≈2臺。

  眾所周知，隨著室內(nèi)溫度的降低，建筑物的熱負荷也逐漸增大。但同時空氣源熱泵受氣候條件影響特別大，尤其是在機組結(jié)霜工況下運行時機組效率會下降很多。因此，必須空氣源熱泵二聯(lián)供機組的實際供熱量進行校核分析，合理確定熱泵主機以及輔助熱源的容量。

  冬季主機制熱量校核計算：查該二聯(lián)供產(chǎn)品樣冊及實驗室測定數(shù)據(jù)，可知在贛州市環(huán)境溫度為室外空調(diào)計算干球溫度0.5℃時、機組出水溫度為45℃、供回水溫差為5℃運行時，機組的實際制熱量約為額定工況條件下的80~85%，即在項目所在地運行在最不利環(huán)境條件下2臺機組的制熱量能保證≮24KW(=15.0*0.80*2=24kW)，且大于地暖末端系統(tǒng)滿負荷運行時所需的19.3kW的熱負荷。因此不需另外設計輔助熱源。

  綜上所述，所選的2臺機組可以同時滿足夏季空調(diào)系統(tǒng)和冬季地暖末端的需求。

  五、系統(tǒng)設計

  5.1 定壓裝置

  空調(diào)水系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)、且運行過程中伴隨著溫度變化，需要定壓，家裝項目系統(tǒng)較小、且安裝空間不允許高位設置開式膨脹水箱，因此采用隔膜式的氣壓罐定壓方式。

  5.2 排氣裝置

  管路系統(tǒng)的最高點或局部高點都設計并安裝有自動排氣閥;每臺風機盤管設備自帶手動排氣閥;蓄能水箱頂部亦設有排氣裝置。

  5.3 控制系統(tǒng)

  5.3.1主機控制 空調(diào)機組的啟�？刂撇捎昧藘煞N方式：一種是機組面板就地控制;另一種是采用室內(nèi)溫控開關(guān)聯(lián)動控制�？照{(diào)機組可根據(jù)回水溫度(一般制冷時為12℃、制熱時為40℃)控制機組壓縮機的啟停，目前市場上的戶式冷熱水機組主要是采用壓縮機啟�？刂苼磉_到節(jié)能的目的。另外，空調(diào)機組自帶低水溫保護、缺水保護、高低壓保護等功能。

  5.3.2末端控制 末端機組的控制器可以根據(jù)室溫自動控制風機盤管的運行，還可以做到定時開關(guān)功能。

  5.3.3末端與主機的系統(tǒng)連鎖功能 主機與末端可以實現(xiàn)連鎖控制，當任一個溫控開關(guān)(風機盤管機組)開啟時，空調(diào)機組自動開啟;當所有溫控開關(guān)(風機盤管)都關(guān)閉，主機自動關(guān)閉。在每個季度只需對空調(diào)機組的啟動按鈕操作一次，以后無需用戶對主機直接操作。這種連鎖系統(tǒng)使用戶的使用更加節(jié)能、方便。

  5.3.4缺水控制 主管路設有自力式壓差控制系統(tǒng)，當系統(tǒng)缺水運行時保證主機側(cè)有足夠的水流量。當空調(diào)主機缺水運行時，會開啟水流故障報警，關(guān)閉壓縮機及水泵的運行。

  六、運行效果

  本空調(diào)系統(tǒng)自2015年夏天運行至目前的采暖季(截止于2016年2月)運行情況良好，均達到了室內(nèi)設計溫度、室內(nèi)噪聲值較小，用戶滿意度很高。

  客廳在第一個采暖季運行初期效果不是很理想，后來通過排氣、支路的流量平衡調(diào)節(jié)等手段調(diào)試后，其所在樓層地暖分集水器覆蓋的各個房間溫度分布均勻、且室內(nèi)溫度都達到了設計要求。

  空氣源熱泵二聯(lián)供機組作為系統(tǒng)冷熱源設備，一機多用，夏季作為空調(diào)冷源、冬季為地暖系統(tǒng)的熱源，在該區(qū)域夏季冷負荷與冬季熱負荷之比約為1.5，根據(jù)夏季冷負荷選擇的機組，冬夏利用率均比較高，相對更加經(jīng)濟。系統(tǒng)的設計務必根據(jù)設備的使用壽命、初投資、設備利用率、對環(huán)境的保護等各方面結(jié)合實際情況做出最合理、經(jīng)濟的工程配比。

  經(jīng)過大量理論和工程實踐可知，空氣源熱泵機組與低溫熱水地板輻射采暖末端系統(tǒng)是一種很好的組合方式。

  七、系統(tǒng)圖