空氣源熱泵“兩聯(lián)供”系統(tǒng)工作原理選型及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

空氣源熱泵"兩聯(lián)供"，它是一種新的夏季制冷、冬季采暖的"冷暖系統(tǒng)解決方案"。

以前我們夏天制冷用一拖一的空調(diào)或者是中央空調(diào)多聯(lián)機(jī)，來(lái)解決夏天的制冷的問(wèn)題，這種空調(diào)專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫"氟系統(tǒng)"空調(diào)，通過(guò)銅管傳輸"氟利昂"制冷劑，這是以日本為代表的技術(shù)。氟系統(tǒng)利用空調(diào)室內(nèi)外機(jī)之間管道內(nèi)的制冷劑進(jìn)行換熱，換熱方式為直接蒸發(fā)式，空調(diào)制冷的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)"過(guò)度除濕"的問(wèn)題，使得房間濕度過(guò)低比較干燥，舒適度差。冬天可以制熱時(shí)容易出現(xiàn)口干舌燥的現(xiàn)象。市場(chǎng)上還有一種"水系統(tǒng)"空調(diào)，是以美國(guó)、歐洲為代表的水機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，也叫"水系統(tǒng)空調(diào)"，這種空調(diào)主要用于大型建筑的制冷和制熱。比如大型高端寫字樓、大型五星級(jí)賓館都會(huì)選擇這種空調(diào)，它是以水為載體的，水系統(tǒng)的空調(diào)因?yàn)橹评鋾r(shí)吹的冷風(fēng)比較柔和，同時(shí)水系統(tǒng)的空調(diào)可以調(diào)節(jié)水溫，濕度。水系統(tǒng)利用水作為冷媒，換熱方式為二次換熱，依賴水的穩(wěn)定傳熱性，提供恒溫的室內(nèi)環(huán)境，相對(duì)于"氟系統(tǒng)"的空調(diào)來(lái)說(shuō)，所以水系統(tǒng)的空調(diào)的舒適度要高于氟系統(tǒng)的空調(diào)。

從恒濕的角度而言，水系統(tǒng)中央空調(diào)則可以提供氟系統(tǒng)所不能保證的舒適性。這是因?yàn)榉到y(tǒng)直接蒸發(fā)換熱會(huì)因?yàn)闇囟嚷洳疃故覂?nèi)溫度驟降，從而令用戶體感干燥，而水系統(tǒng)中央空調(diào)的二次換熱方式則不會(huì)造成過(guò)度除濕，所以可以真正在室內(nèi)空間中實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕。不知什么時(shí)候，有行業(yè)的專業(yè)人員就想到了，冬季把"水系統(tǒng)"空調(diào)的熱水通到地暖里面來(lái)效果怎么樣呢？結(jié)果一試發(fā)現(xiàn)效果真的不錯(cuò)，這樣就變成了空氣源熱泵"兩聯(lián)供"系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在制冷的時(shí)候，它的舒適度要高于我們現(xiàn)在常用"氟系統(tǒng)"的多聯(lián)機(jī)；冬天采暖的時(shí)候它的效果跟鍋爐帶地暖的效果差不多，但是數(shù)據(jù)表明：供暖同樣的面積，水機(jī)二聯(lián)供系統(tǒng)使用費(fèi)用僅為電地暖的1/4，燃?xì)獗趻鞝t的1/2，普通空調(diào)的3/5，是目前最節(jié)能的制冷產(chǎn)品。01空氣源熱泵"兩聯(lián)供"系統(tǒng)工作原理空氣源熱泵兩聯(lián)供機(jī)組，又稱地暖空調(diào)一體機(jī)，從名字上來(lái)講，就是將空調(diào)的功能及地暖的功能，集成在一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)上，又稱地暖空調(diào)兩聯(lián)供，它利用一臺(tái)空氣源熱泵能的主機(jī)，冬天的時(shí)候產(chǎn)生不超過(guò)55℃的熱水，為房間提供地暖加熱。夏天的時(shí)候還是用這臺(tái)主機(jī)，改變成制冷模式，機(jī)器就會(huì)生產(chǎn)出符合條件溫度的冷卻水，在風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行熱交換，將冷氣吹出?？梢宰屑?xì)觀看這張圖片，非常直觀地展示了地暖空調(diào)兩聯(lián)供系統(tǒng)。室外是一個(gè)主機(jī)，水箱，水泵集成站及管路連接；主機(jī)就是一個(gè)冷熱源，提供房間所需的冷量及熱量；水箱是一個(gè)能源儲(chǔ)備中心，存儲(chǔ)冷量及熱量；水泵集成站是一個(gè)輸配中心，按照需求，供給每個(gè)房間冷量及熱量；很簡(jiǎn)單的理解，就是外機(jī)把水箱的水燒熱了或者制冷了，水箱里存儲(chǔ)了熱水或冷水，水泵把熱水或冷水打到室內(nèi)。制冷時(shí)通過(guò)走冷水的室內(nèi)機(jī)吹冷風(fēng)，制熱時(shí)通過(guò)走熱水的地暖管進(jìn)行地面熱傳導(dǎo)，進(jìn)行采暖。設(shè)計(jì)與選型戶式空氣源熱泵兩聯(lián)供系統(tǒng)主要適用于夏熱冬冷地區(qū)、寒冷B區(qū)和夏熱冬暖A區(qū)，比較適合長(zhǎng)江流域的室外環(huán)境，主要有"天水地水""天氟地水"兩種形式，兩者的區(qū)別在于夏季供冷末端不同，冬季供暖末端則大致相同。圖1戶式空氣源熱泵冷熱水兩聯(lián)供系統(tǒng)原理圖戶式空氣源熱泵冷熱水兩聯(lián)供系統(tǒng)原理圖如圖1所示，主機(jī)為空氣源熱泵（冷熱水）機(jī)組，由室外機(jī)組和室內(nèi)機(jī)組（水力模塊）組成，一機(jī)兩用。該系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)人員的能力要求較高，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能會(huì)出現(xiàn)能耗過(guò)高、運(yùn)行不穩(wěn)定、異常報(bào)警等問(wèn)題。本文從工程設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對(duì)該系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算、主機(jī)和冷熱末端選型、水系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行闡述，以期為該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、施工人員提供參考。02負(fù)荷計(jì)算室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)、室外氣象參數(shù)，選取依據(jù)是《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（下文簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）；另外根據(jù)《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》（下文簡(jiǎn)稱《規(guī)程》），采用水地暖作為兩聯(lián)供的供暖末端，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度可降低2℃。如果設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)，居住建筑最小新風(fēng)量對(duì)應(yīng)的最小換氣次數(shù)按《住宅新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》選??；公共建筑每人最小新風(fēng)量按《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》選取。對(duì)于房間冷、熱負(fù)荷，應(yīng)按照《規(guī)范》執(zhí)行：冷負(fù)荷需逐項(xiàng)、逐時(shí)計(jì)算；熱負(fù)荷為房間基本熱負(fù)荷、戶間傳熱附加耗熱量、房間間歇供暖附加耗熱量之和。特靈空氣源熱泵03主機(jī)選型戶式空氣源熱泵冷熱水兩聯(lián)供系統(tǒng)多采用分體式機(jī)組，室外機(jī)組包含壓縮機(jī)、風(fēng)冷式換熱器、部分制冷部件，室內(nèi)機(jī)組（水力模塊）包含水冷式換熱器，水泵、緩沖水箱，通常選用單臺(tái)機(jī)組即可滿足需求。采用水地暖方案供熱的兩聯(lián)供方案時(shí)，夏季供回水溫宜為7℃/12℃；夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖A區(qū)的冬季供暖水溫宜為45℃/40℃，寒冷B區(qū)宜為41℃/36℃。選型時(shí)，先根據(jù)房間冷、熱負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果，匯總得出系統(tǒng)夏季冷負(fù)荷Q1和冬季冷負(fù)荷Q2。Q1匯總方法為：當(dāng)系統(tǒng)設(shè)有自控時(shí)，將同時(shí)使用的各個(gè)房間逐時(shí)冷負(fù)荷累加，得出建筑物冷負(fù)荷的逐時(shí)值，取其中的最大值；在無(wú)法確定同時(shí)使用的各個(gè)房間時(shí)，按所有房間的逐時(shí)冷負(fù)荷綜合最大值，乘以0.5～0.7的同時(shí)使用系數(shù)。Q2匯總方法為：地面輻射式連續(xù)供暖，用各房間基本熱負(fù)荷、戶間傳熱附加耗熱量、各房間供暖地面向下的傳熱量三者相加；間歇供暖，應(yīng)考慮附加系數(shù)和開(kāi)機(jī)率，在連續(xù)供暖總熱負(fù)荷的基礎(chǔ)上，乘以1.05～1.2的系數(shù)。

然后在樣本中查找主機(jī)參數(shù)和性能曲線（性能表），主機(jī)夏季實(shí)際工況下的制冷量Qc：（1）主機(jī)冬季實(shí)際工況下的制熱量Qh：（2）

式中：qc、qh為機(jī)組名義工況下的制冷量和制熱量；β1為主機(jī)灰塵污垢系數(shù)，一般取1.1；K1、K2為冬季、夏季室外計(jì)算干球溫度修正系數(shù)；K3為主機(jī)融霜修正系數(shù)。主機(jī)選型時(shí)，必須同時(shí)滿足Qc≥Q1和Q?≥Q2。04末端設(shè)計(jì)供冷末端多采用臥室暗裝風(fēng)機(jī)盤管，具體規(guī)格應(yīng)根據(jù)房間冷負(fù)荷和設(shè)計(jì)供回水溫度確定。供暖末端水地暖的設(shè)計(jì)、設(shè)備材料選擇、室溫控制要求應(yīng)符合《規(guī)程》的規(guī)定。供暖末端設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是確定地暖盤管的環(huán)路數(shù)、管徑、間距，加熱管布置的要求如下：①每個(gè)回路加熱管長(zhǎng)度100m左右，不宜超過(guò)120m，每個(gè)回路供熱面積大約30m2。②每個(gè)回路長(zhǎng)度（阻力）最好一致，相差不超過(guò)10%。③加熱管距外墻內(nèi)表面不小于100mm，距衛(wèi)生間墻內(nèi)表面100mm～150mm，距其它內(nèi)墻200mm～300mm。④加熱管的管間距對(duì)于住宅150mm～300mm不等，不宜大于300mm。⑤管內(nèi)水流速控制在0.25m/s～0.6m/s，最不利環(huán)路水力損失不宜超過(guò)30kPa。供暖末端設(shè)計(jì)的主要步驟為：劃分鋪設(shè)區(qū)塊→計(jì)算每平米所需散熱量→確定管間距→校核地面溫度。05水系統(tǒng)設(shè)計(jì)??1.管材兩聯(lián)供水系統(tǒng)管道一般采用塑料PE-RT、PP-R、PE-X等材質(zhì)料管且使用帶有阻氧層的管材，以防止環(huán)境中的空氣滲入管道內(nèi)，對(duì)系統(tǒng)的金屬閥件造成腐蝕和結(jié)垢?？紤]到系統(tǒng)工作壓力和水流阻力，建議選用S4等級(jí)的PP-R管或者S5等級(jí)的PE-RT管。??2.系統(tǒng)形式為保證水力平衡，可采用同程式系統(tǒng)，對(duì)于別墅項(xiàng)目建議采用立管同程設(shè)計(jì)，同一層異程設(shè)計(jì)；對(duì)于平層、公寓項(xiàng)目，大區(qū)域多末端（末端數(shù)量≥7）的項(xiàng)目，建議做水平管同程。如果采用異程式系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置水力平衡措施，例如在地面輻射供暖連接在分集水器的分支環(huán)路上，設(shè)置帶阻力預(yù)調(diào)節(jié)功能的閥門，以平衡環(huán)路阻力，滿足末端流量需求，避免水力失衡。??3.旁通設(shè)計(jì)供冷末端（風(fēng)機(jī)盤管）的水管路采用"電動(dòng)二通閥+壓差旁通閥"的設(shè)計(jì)。即在風(fēng)機(jī)盤管回水管上設(shè)置由房間溫度控制器控制的電動(dòng)二通調(diào)節(jié)閥，同時(shí)在供、回水管上設(shè)置壓差旁通閥。壓差旁通閥的作用是保證只開(kāi)一個(gè)末端時(shí)，通過(guò)旁通閥的水流量可以滿足主機(jī)需要的最小流量安全運(yùn)行而不報(bào)警。壓差旁通閥有兩個(gè)安裝位置，一是安裝在主機(jī)端所有末端的進(jìn)出水總管上，但要考慮到當(dāng)旁通量大時(shí)，系統(tǒng)的水容量比較小，需要安裝蓄能水箱或者加大主管的管徑，滿足系統(tǒng)最小水容量的要求。二是安裝在主管路最末端，這樣的好處是即使旁通流量大時(shí)也可以使整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)水量不變，可以不用或者采用小容積的蓄能水箱。供暖末端（水地暖）的旁通設(shè)計(jì)一般是在分集水器安裝旁通偏心組件，適用于采用地暖執(zhí)行器控制地暖回路溫度的系統(tǒng)。當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷變化時(shí)地暖回路會(huì)部分關(guān)閉，這時(shí)安裝在分集水器上的旁通偏心組件可以旁通一部分水流量，防止機(jī)組水流量故障，同時(shí)更好的保證地暖效果。??4.排氣、補(bǔ)水、排水設(shè)計(jì)供水管路最高點(diǎn)或積聚空氣的局部高點(diǎn)設(shè)置自動(dòng)排氣閥，回水總管上設(shè)置微泡脫氣排污閥，可以大大縮短調(diào)試時(shí)排氣的時(shí)間，高效排除系統(tǒng)中的游離氣體和微型氣泡，降低氣堵和氣蝕風(fēng)險(xiǎn)。補(bǔ)水管路中，安裝帶有穩(wěn)壓裝置、止回功能的自動(dòng)補(bǔ)水閥，壓力值可配合壓力表進(jìn)行調(diào)節(jié)，并維持調(diào)節(jié)后系統(tǒng)壓力。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)注水，達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，避免水壓過(guò)高損壞系統(tǒng)設(shè)備。安裝時(shí)，可與自動(dòng)補(bǔ)水閥并聯(lián)一個(gè)手動(dòng)球閥補(bǔ)水，這樣可以縮短首次注水時(shí)間，加快注水速度，當(dāng)注水完畢正常使用時(shí)，將手動(dòng)球閥關(guān)閉，自動(dòng)補(bǔ)水閥打開(kāi)即可。水系統(tǒng)布管設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少積水不易排放點(diǎn)，同時(shí)在水系統(tǒng)最低點(diǎn)的供水、排水管上安裝放水閥，冬季長(zhǎng)期不用時(shí)，如果室內(nèi)溫度低于2℃可用放水閥將系統(tǒng)中的水放干凈。??5.膨脹罐、緩沖水箱膨脹罐在水系統(tǒng)中起緩沖壓力波動(dòng)及部分給水的作用，還可以用來(lái)吸收水因溫度變化增加的那部分體積，其規(guī)格為容積大小。很多產(chǎn)品的膨脹罐已經(jīng)安裝在室內(nèi)機(jī)組中，不需要額外選擇。緩沖水箱的作用一是增大系統(tǒng)水容量，防止機(jī)組溫度上升或下降過(guò)快導(dǎo)致機(jī)組報(bào)警；二是保證系統(tǒng)水溫度，防止機(jī)組頻繁啟停影響機(jī)組使用壽命，增大使用能耗；三是在化霜時(shí)，機(jī)組切換到制冷模式運(yùn)行，需從水中吸收熱量，安裝緩沖水箱可以防止化霜時(shí)水溫波動(dòng)大、影響供暖效果。因?yàn)槟壳昂芏嘀鳈C(jī)都采用全變頻機(jī)組，可根據(jù)末端負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)組的輸出能力，即使沒(méi)有水箱也不存在機(jī)組頻繁啟停的問(wèn)題，另外對(duì)于供暖末端是水地暖的系統(tǒng)，地暖盤管的水容量較大，所以往往不需要設(shè)置緩沖水箱。??6.水力計(jì)算通過(guò)水力計(jì)算，確定水流量和最不利環(huán)路的阻力損失，進(jìn)而選擇合適的水