新建别墅要不要装空气源热泵两联供？来看看设计和运行分析
《热泵市场》杂志
作者_刘丽媛
摘要：本文详细介绍了空气源户式两联供产品在江西该别墅项目中央空调和地暖系统中的应用。比较了我国目前常规户式中央空调和采暖系统冷热源设备的选择方案及其各自的优势和劣势，提出了适用于夏热冬冷地区别墅、住宅类项目最经济、合理的独立中央空调系统配置方案，给出空气源热泵在其适用设计工况下机组、末端的容量配比建议，并详细阐述了空调水管路系统各部件的设计关键点和后期的使用建议。
关键词：空气源热泵 、两联供、一源两末端
1、工程概况
1.1工程简介
本项目为一套五层别墅建筑，6房2厅5卫，建筑面积为362.1㎡，空调面积约为154㎡，位于江西省赣州市大余县南安镇。
该工程自2014年8月开始讨论中央空调及采暖方案，2014年12月份开始设计及工程安装，2015年7月份空调系统竣工调试运行结束。
1.2空调方案选取
在方案确定之初，业主方提出了以下要求：冬夏季兼顾使用；冬季采暖舒适度高，意向采用地暖方式；操作方便可靠，运行费用低。
根据甲方要求并结合本项目的建筑条件，水地源热泵的系统完全不可行，将可用的家用中央空调的各种形式进行了分析比较。目前市场上常用的家用中央空调系统主要有以下三种形式：
A、制冷剂式系统：制冷剂户式中央空调系统是直接蒸发式空调，此系统可以实现分室控制、满足运行费用低的要求。但由于系统冷媒是氟利昂，冬季效率低、舒适性差，且如果安装地暖，则需要另外配置一台供暖热源设备。
B、风管式系统：风管式户式中央空调是由室内机、室外机和风管组成，可以做到冬夏兼顾，但由于该系统属于一开全开的系统、运行费用较高。
C、水管式系统：水管式户式中央空调系统是由空调主机、风机盘管、水管和附件组成，系统冷媒是水，这种系统可以和冬季地板采暖系统完美配合，一机多用，初投资不高、运行费用低。
通过以上分析比较，可知“一源、两末端”式系统也即水管式户式中央空调+地暖的方案是本别墅工程的最佳选择。
2、设计规范规定
《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2012）；《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）；《实用供热空调设计手册》；《简明空调设计手册》；《通风与空调工程施工规范》GB50738-2011；《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2011；《辐射供暖供冷技术规程》JGJ 142-2012；《热泵热水系统设计、安装及使用规范》CRAA311-2009；《全国民用建筑工程设计技术措施/暖通空调·动力》2009版
3、气象参数
3.1室内主要空调设计参数
表1：空调设计室内计算参数
3.2项目所在地室外气象条件参数
通过查暖通设计规范知，江西赣州市所属建筑热工气候分区为夏热冬冷地区，其室外设计计算参数如下表：
表2：室外计算气象参数
4、负荷计算及末端选型
4.1空调负荷计算
空调区域的夏季冷负荷由以下各部分组成：人体冷/湿负荷、灯光/设备冷负荷、新风冷/湿负荷、渗透冷/湿负荷、外墙和屋面冷负荷、外窗和天窗冷负荷、内围护结构冷负荷等。影响建筑物室内温度变化的主要因素是室外温度，考虑到了其随着时间的变化负荷也随之变化的这一现象，空调负荷计算时是对每个时间的负荷分别进行计算汇总，并比较逐时冷负荷的最大值作为空调计算负荷。
本工程中缺少建筑外围护结构的热工性能资料，故根据工程经验采用估算指标值进行了负荷计算。需要指出的是，户式中央空调系统的风机盘管选型与商用中央空调选择略有不同。商用中央空调的使用率比较高、末端设备同时开启率比较高。而户式项目不同，由于家庭成员个体感官的差异比较大，另外节能意识会更高，空调系统一般会处于间歇运行状态，所以在一定时间内这样会加大单个房间的负荷。因此在风机盘管选型上，较常规大型中央空调负荷应大30%~40%。
4.2风机盘管选型
本项目风机盘管选型结果如下表：
表3：各房间的风机盘管机组选用表
本别墅项目中风机盘管设备选用国际知名品牌、3排管、带回风箱的机组，噪声低、换热效率高。
风机盘管机组一般与书柜、衣柜及吊柜配合装修安装，气流组织方案采用“侧送上回”的方式，其具体安装图详见施工图。
4.3地暖末端选型设计
应该别墅的业主方要求冬季采暖要求舒适性和节能性，因此末端设计采用低温热水地板辐射采暖系统。
本别墅的空间较大，落地窗较多且房间功能不同地面材质也有区别，因此地暖盘管间距设计很重要。因此为保证的地暖房间室内温度分布的均匀性，设计采用“回”字形管路铺设方法，且在冷墙和落地飘窗处的地暖盘管局部加密采用间距为15cm，其他位置为20cm。每层设置单独的分集水器，每一回路的地暖盘管长度均保持在100米以内，并进行了详细的水力平衡计算。
根据房屋的使用性质和甲方的要求、结合工程实践经验，设计成为区域控制和分层分室控温相结合的温控方式。卧室等主要房间设计为分室控温，客厅、餐厅等区域采用了区域控制。具体的设计和施工工艺详见图纸。
4.4 水系统设计
本工程地处大余高档别墅小区，业主方单位要求所选工程材料必须是绿色环保材料；根据目前有关规范再加上冬季需要制热，空调供回水管设计采用无规共聚聚丙烯（PP-R）热水管、冷凝水管采用PVC硬质塑料管，保温材料采用B1级橡塑保温管壳、外包白色塑料空调用胶带。
空调水系统采用异程两管制水系统，系统补水口在水泵吸水口处或蓄能水箱上，采用自来水补水，在补水管上设有过滤器和自动补水阀（具有压差控制和止回功能）。
由于户式中央空调管路系统的水容量较小，系统热稳定性差、水温波动大，会造成主机得起停过于频繁，影响空调效果及主机压缩机寿命。根据热平衡原理，此时应加大系统水容量，手段有两种一是采用增加蓄水水箱、二是增大系统管径。本项目中我司设计采用增设蓄水水箱的方案，这样既可以增加系统水容量，也可以做成二次水系统，运行更加可靠节能。
风机盘管末端、地板采暖末端的水流量控制选用的是变流量的方式，主管道之间增加安装压差旁通阀来满足二次水系统管路中的最小水流量需求。
4.5冷热源选型
本工程经过前述设计计算，可知空调冷负荷/地暖热负荷分别为27.5kW/19.3kW。
别墅建筑的居住空间较多，家庭成员入住又不集中，造成同时使用率会时高时低，所以主机选型很重要。主机选型过小，会造成前期投资偏高，性价比下降；主机选型过小又会使机组长期处于运转状态，影响主机寿命。
本项目甲方家庭成员较多，且无380V三相电源条件，综合分析后冷热源机组选用空气源两联供机组，设备的主要技术参数见下表：
表4：二联供空调机组技术参数表
本项目中按空调夏季冷负荷初选机组。
取本工程空调系统间歇负荷增加系数为1.1、同时使用系数为80%，可计算得知空调机组匹配容量应为：27.5*1.15*0.8=24.2kW，则主机台数n（=24.2/12.6）≈2台。
众所周知，随着室内温度的降低，建筑物的热负荷也逐渐增大。但同时空气源热泵受气候条件影响特别大，尤其是在机组结霜工况下运行时机组效率会下降很多。因此，必须空气源二联供机组的实际供热量进行校核分析，合理确定热泵主机以及辅助热源的容量。
冬季主机制热量校核计算：查该二联供产品样册及实验室测定数据，可知在赣州市环境温度为室外空调计算干球温度0.5℃时、机组出水温度为45℃、供回水温差为5℃运行时，机组的实际制热量约为额定工况条件下的80~85%，即在项目所在地运行在最不利环境条件下2台机组的制热量能保证≮24KW（=15.0*0.80*2=24kW），且大于地暖末端系统满负荷运行时所需的19.3kW的热负荷。因此不需另外设计辅助热源。
综上所述，所选的2台机组可以同时满足夏季空调系统和冬季地暖末端的需求。
5、系统设计
5.1 定压装置
空调水系统为闭式系统、且运行过程中伴随着温度变化，需要定压，家装项目系统较小、且安装空间不允许高位设置开式膨胀水箱，因此采用隔膜式的气压罐定压方式。
5.2 排气装置
管路系统的最高点或局部高点都设计并安装有自动排气阀；每台风机盘管设备自带手动排气阀；蓄能水箱顶部亦设有排气装置。
5.3 控制系统
5.3.1主机控制
空调机组的启停控制采用了两种方式：一种是机组面板就地控制；另一种是采用室内温控开关联动控制。空调机组可根据回水温度（一般制冷时为12℃、制热时为40℃）控制机组压缩机的启停，目前市场上的户式冷热水机组主要是采用压缩机启停控制来达到节能的目的。另外，空调机组自带低水温保护、缺水保护、高低压保护等功能。
5.3.2末端控制
末端机组的控制器可以根据室温自动控制风机盘管的运行，还可以做到定时开关功能。
5.3.3末端与主机的系统连锁功能
主机与末端可以实现连锁控制，当任一个温控开关（风机盘管机组）开启时，空调机组自动开启；当所有温控开关（风机盘管）都关闭，主机自动关闭。在每个季度只需对空调机组的启动按钮操作一次，以后无需用户对主机直接操作。这种连锁系统使用户的使用更加节能、方便。
5.3.4缺水控制
主管路设有自力式压差控制系统，当系统缺水运行时保证主机侧有足够的水流量。当空调主机缺水运行时，会开启水流故障报警，关闭压缩机及水泵的运行。
6、运行效果
本空调系统自2015年夏天运行至目前的采暖季（截止于2016年2月）运行情况良好，均达到了室内设计温度、室内噪声值较小，用户满意度很高。
客厅在第一个采暖季运行初期效果不是很理想，后来通过排气、支路的流量平衡调节等手段调试后，其所在楼层地暖分集水器覆盖的各个房间温度分布均匀、且室内温度都达到了设计要求。
空气源两联供机组作为系统冷热源设备，一机多用，夏季作为空调冷源、冬季为地暖系统的热源，在该区域夏季冷负荷与冬季热负荷之比约为1.5，根据夏季冷负荷选择的机组，冬夏利用率均比较高，相对更加经济。系统的设计务必根据设备的使用寿命、初投资、设备利用率、对环境的保护等各方面结合实际情况做出最合理、经济的工程配比。
经过大量理论和工程实践可知，空气源热泵机组与低温热水地板辐射采暖末端系统是一种很好的组合方式。
7、系统图
版权：本方案由中广欧特斯提供，方案中所展现的主机和系统设计技术也为该公司独有。更多技术或设备问题，可联系本微编辑李平云18344292955。