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

  摘要：本文詳細(xì)介紹了空氣源熱泵二聯(lián)供產(chǎn)品在江西該別墅項(xiàng)目中央空調(diào)和地暖系統(tǒng)中的應(yīng)用。比較了我國(guó)目前常規(guī)戶式中央空調(diào)和采暖系統(tǒng)冷熱源設(shè)備的選擇方案及其各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，提出了適用于夏熱冬冷地區(qū)別墅、住宅類項(xiàng)目最經(jīng)濟(jì)、合理的獨(dú)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(shè)計(jì)工況下機(jī)組、末端的容量配比建議，并詳細(xì)闡述了空調(diào)水管路系統(tǒng)各部件的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)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(jiǎn)介

  本項(xiàng)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(kāi)始討論中央空調(diào)及采暖方案，2014年12月份開(kāi)始設(shè)計(jì)及工程安裝，2015年7月份空調(diào)系統(tǒng)竣工調(diào)試運(yùn)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(yùn)行費(fèi)用低。

  根據(jù)甲方要求并結(jié)合本項(xiàng)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(jìn)行了分析比較。目前市場(chǎng)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(shí)現(xiàn)分室控制、滿足運(yùn)行費(fèi)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(tái)供暖熱源設(shè)備。

  B、風(fēng)管式系統(tǒng)：風(fēng)管式戶式中央空調(diào)是由室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)和風(fēng)管組成，可以做到冬夏兼顧，但由于該系統(tǒng)屬于一開(kāi)全開(kāi)的系統(tǒng)、運(yùn)行費(fèi)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(jī)、風(fēng)機(jī)盤(pán)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(jī)多用，初投資不高、運(yùn)行費(fèi)用低。

  通過(guò)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(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定

  《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019-2012);《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50736-2012);《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》;《簡(jiǎn)明空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》;《通風(fēng)與空調(diào)工程施工規(guī)范》GB50738-2011;《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)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(shè)計(jì)、安裝及使用規(guī)范》CRAA311-2009;《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施/暖通空調(diào)•動(dòng)力》2009版

  三、氣象參數(shù)

  3.1室內(nèi)主要空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

  表1：空調(diào)設(shè)計(jì)室內(nèi)計(jì)算參數(shù)

  3.2項(xiàng)目所在地室外氣象條件參數(shù)

  通過(guò)查暖通設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)如下表：

  表2：室外計(jì)算氣象參數(shù)

  四、負(fù)荷計(jì)算及末端選型

  4.1空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

  空調(diào)區(qū)域的夏季冷負(fù)荷由以下各部分組成：人體冷/濕負(fù)荷、燈光/設(shè)備冷負(fù)荷、新風(fēng)冷/濕負(fù)荷、滲透冷/濕負(fù)荷、外墻和屋面冷負(fù)荷、外窗和天窗冷負(fù)荷、內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)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(shí)間的變化負(fù)荷也隨之變化的這一現(xiàn)象，空調(diào)負(fù)荷計(jì)算時(shí)是對(duì)每個(gè)時(shí)間的負(fù)荷分別進(jìn)行計(jì)算匯總，并比較逐時(shí)冷負(fù)荷的最大值作為空調(diào)計(jì)算負(fù)荷。

  本工程中缺少建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能資料，故根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)采用估算指標(biāo)值進(jìn)行了負(fù)荷計(jì)算。需要指出的是，戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤(pán)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(shè)備同時(shí)開(kāi)啟率比較高。而戶式項(xiàng)目不同，由于家庭成員個(gè)體感官的差異比較大，另外節(jié)能意識(shí)會(huì)更高，空調(diào)系統(tǒng)一般會(huì)處于間歇運(yùn)行狀態(tài)，所以在一定時(shí)間內(nèi)這樣會(huì)加大單個(gè)房間的負(fù)荷。因此在風(fēng)機(jī)盤(pán)管選型上，較常規(guī)大型中央空調(diào)負(fù)荷應(yīng)大30%~40%。

  4.2風(fēng)機(jī)盤(pán)管選型

  本項(xiàng)目風(fēng)機(jī)盤(pán)管選型結(jié)果如下表：

  表3：各房間的風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組選用表

  本別墅項(xiàng)目中風(fēng)機(jī)盤(pán)管設(shè)備選用國(guó)際知名品牌、3排管、帶回風(fēng)箱的機(jī)組，噪聲低、換熱效率高。

  風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組一般與書(shū)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(jiàn)施工圖。

  4.3地暖末端選型設(shè)計(jì)

  應(yīng)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(shè)計(jì)采用低溫?zé)崴�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(pán)管間距設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)采用“回”字形管路鋪設(shè)方法，且在冷墻和落地飄窗處的地暖盤(pán)管局部加密采用間距為15cm，其他位置為20cm。每層設(shè)置單獨(dú)的分集水器，每一回路的地暖盤(pán)管長(zhǎng)度均保持在100米以內(nèi)，并進(jìn)行了詳細(xì)的水力平衡計(jì)算。

  根據(jù)房屋的使用性質(zhì)和甲方的要求、結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和施工工藝詳見(jiàn)圖紙。

  4.4 水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  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(shè)計(jì)采用無(wú)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(jí)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(bǔ)水口在水泵吸水口處或蓄能水箱上，采用自來(lái)水補(bǔ)水，在補(bǔ)水管上設(shè)有過(guò)濾器和自動(dòng)補(bǔ)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(dòng)大，會(huì)造成主機(jī)得起停過(guò)于頻繁，影響空調(diào)效果及主機(jī)壓縮機(jī)壽命。根據(jù)熱平衡原理，此時(shí)應(yīng)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(xiàng)目中我司設(shè)計(jì)采用增設(shè)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(yùn)行更加可靠節(jié)能。

  風(fēng)機(jī)盤(pán)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(lái)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(guò)前述設(shè)計(jì)計(jì)算，可知空調(diào)冷負(fù)荷/地暖熱負(fù)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(shí)使用率會(huì)時(shí)高時(shí)低，所以主機(jī)選型很重要。主機(jī)選型過(guò)小，會(huì)造成前期投資偏高，性價(jià)比下降;主機(jī)選型過(guò)小又會(huì)使機(jī)組長(zhǎng)期處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，影響主機(jī)壽命。

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

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

  本項(xiàng)目中按空調(diào)夏季冷負(fù)荷初選機(jī)組。

  取本工程空調(diào)系統(tǒng)間歇負(fù)荷增加系數(shù)為1.1、同時(shí)使用系數(shù)為80%，可計(jì)算得知空調(diào)機(jī)組匹配容量應(yīng)為：27.5*1.15*0.8=24.2kW，則主機(jī)臺(tái)數(shù)n(=24.2/12.6)≈2臺(tái)。

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

  冬季主機(jī)制熱量校核計(jì)算：查該二聯(lián)供產(chǎn)品樣冊(cè)及實(shí)驗(yàn)室測(cè)定數(shù)據(jù)，可知在贛州市環(huán)境溫度為室外空調(diào)計(jì)算干球溫度0.5℃時(shí)、機(jī)組出水溫度為45℃、供回水溫差為5℃運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的實(shí)際制熱量約為額定工況條件下的80~85%，即在項(xiàng)目所在地運(yùn)行在最不利環(huán)境條件下2臺(tái)機(jī)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(fù)荷運(yùn)行時(shí)所需的19.3kW的熱負(fù)荷。因此不需另外設(shè)計(jì)輔助熱源。

  綜上所述，所選的2臺(tái)機(jī)組可以同時(shí)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(shè)計(jì)

  5.1 定壓裝置

  空調(diào)水系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)、且運(yùn)行過(guò)程中伴隨著溫度變化，需要定壓，家裝項(xiàng)目系統(tǒng)較小、且安裝空間不允許高位設(shè)置開(kāi)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(diǎn)或局部高點(diǎn)都設(shè)計(jì)并安裝有自動(dòng)排氣閥;每臺(tái)風(fēng)機(jī)盤(pán)管設(shè)備自帶手動(dòng)排氣閥;蓄能水箱頂部亦設(shè)有排氣裝置。

  5.3 控制系統(tǒng)

  5.3.1主機(jī)控制 空調(diào)機(jī)組的啟停控制采用了兩種方式：一種是機(jī)組面板就地控制;另一種是采用室內(nèi)溫控開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)控制。空調(diào)機(jī)組可根據(jù)回水溫度(一般制冷時(shí)為12℃、制熱時(shí)為40℃)控制機(jī)組壓縮機(jī)的啟停，目前市場(chǎng)上的戶式冷熱水機(jī)組主要是采用壓縮機(jī)啟停控制來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。另外，空調(diào)機(jī)組自帶低水溫保護(hù)、缺水保護(hù)、高低壓保護(hù)等功能。

  5.3.2末端控制 末端機(jī)組的控制器可以根據(jù)室溫自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管的運(yùn)行，還可以做到定時(shí)開(kāi)關(guān)功能。

  5.3.3末端與主機(jī)的系統(tǒng)連鎖功能 主機(jī)與末端可以實(shí)現(xiàn)連鎖控制，當(dāng)任一個(gè)溫控開(kāi)關(guān)(風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組)開(kāi)啟時(shí)，空調(diào)機(jī)組自動(dòng)開(kāi)啟;當(dāng)所有溫控開(kāi)關(guān)(風(fēng)機(jī)盤(pán)管)都關(guān)閉，主機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。在每個(gè)季度只需對(duì)空調(diào)機(jī)組的啟動(dòng)按鈕操作一次，以后無(wú)需用戶對(duì)主機(jī)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(shè)有自力式壓差控制系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)缺水運(yùn)行時(shí)保證主機(jī)側(cè)有足夠的水流量。當(dāng)空調(diào)主機(jī)缺水運(yùn)行時(shí)，會(huì)開(kāi)啟水流故障報(bào)警，關(guān)閉壓縮機(jī)及水泵的運(yùn)行。

  六、運(yùn)行效果

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

  客廳在第一個(gè)采暖季運(yùn)行初期效果不是很理想，后來(lái)通過(guò)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(gè)房間溫度分布均勻、且室內(nèi)溫度都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

  空氣源熱泵二聯(lián)供機(jī)組作為系統(tǒng)冷熱源設(shè)備，一機(jī)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(fù)荷與冬季熱負(fù)荷之比約為1.5，根據(jù)夏季冷負(fù)荷選擇的機(jī)組，冬夏利用率均比較高，相對(duì)更加經(jīng)濟(jì)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)務(wù)必根據(jù)設(shè)備的使用壽命、初投資、設(shè)備利用率、對(duì)環(huán)境的保護(hù)等各方面結(jié)合實(shí)際情況做出最合理、經(jīng)濟(jì)的工程配比。

  經(jīng)過(guò)大量理論和工程實(shí)踐可知，空氣源熱泵機(jī)組與低溫?zé)崴�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