郑州案例：空气源热泵+地暖+风盘，替代中央空调，效果超好
空气源热泵冷暖机组是一个提供冷热源的独立完整机组，利用的是空气能源，不占用机房且为清洁能源，可广泛应用于中小型的酒店、集体公寓、办公、娱乐会所、商场等公共建筑。通过一系列工程来看，空气源热泵非常适合在寒冷地区和夏热冬冷地区使用，不仅更加节能，充分发挥了热泵采暖的同时兼顾了中央空调制冷的功能。
今天就介绍一个超低温二联供商用产品在该度假村综合楼项目中央空调系统中的应用。
1.工程简介
本项目为郑州五云山度假公寓3#楼的中央空调工程，位于郑州市上街区五云山。本栋楼为办公及公寓综合楼，新建建筑，一层为7间办公室、2～7层为108间公寓及6个值班室，总建筑面积为4630.73㎡，地上7层总建筑高度为26.5m。建筑结构为框架结构，建筑耐火等级为二级，屋面防水等级为Ⅰ级，抗震设防烈度为7度。由甲方招标图纸知，该项目设计建筑采暖空气调节能耗76kWh/㎡；低温热水地板辐射采暖系统开发商已安装完毕，做到管路对接即可。
该工程2015年11月初甲方面向社会招标，随后开始了系统优化设计及工程安装，2015年12月份中旬中央空调安装工程全面竣工、完成系统调试，目前系统运行效果良好。
2.空调设计
2.1设计规范规定
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003；《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》JGJ142-2012；《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；……
2.2空调设计基础资料
A.室内主要空调设计参数
2.3.冷热负荷计算及末端选型
A.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。
本工程的空调及采暖负荷计算和末端选型参考甲方提供的招标图纸及资料，可知空调系统最大冷负荷为486.2kW，采暖热负荷为194.5KW。需要指出的是，由于本项目建筑功能主要是办公和公寓，办公区开启时间为白天、而公寓区域开启时间主要集中在晚上下班期间，使用率低、末端设备同时开启率也不高。
B.风机盘管选型
本项目风机盘管选型结果如表3：
本项目中风机盘管设备选用国际知名品牌、3排管、高静压带回风箱的机组，噪声低、换热效率高。
风机盘管机组一般配合装修风格安装，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。由于本项目每个房间面积都不大，均采用卧式暗装带回风箱的风机盘管机组，卧式暗装以应付不同房间对空调及供暖负荷的要求，另外可以配置新风处理系统以满足各区的通风要求。
C.地暖末端选型设计
该项目的业主方招标前已经设计安装了低温热水地板辐射采暖系统，设计热源供回水温度为50℃/45℃。地面加热盘管采用耐热聚乙烯管PE-RT管，管径为Φ20*2.0，管间距200～300mm不等；保温板采用30mm厚的挤塑板；由分集水器前电热温控法装置分室温控。
2.4水系统设计
空调水系统为一次泵变流量、双管制系统，系统干管采用异程式。每层水系统的回水干管上设置平衡阀。每台风机盘管机组的回水管上设计电动二通阀。风机盘管的供水量控制由室内温控器按所需的室温来控制。空调冷热水系统定压补水装置采用高位的膨胀水箱。
空调冷热水管管材：当管径DN＜100mm时采用镀锌钢管，丝接；当管径DN≥100mm时采用无缝钢管，焊接。空调冷凝水管采用硬质聚氯乙烯塑料管。空调水管均采用B1级发泡橡塑材料保温，室内管道外设夹筋铝箔防护层，室外管道外设不小于0.7mm的铝皮制作防护层。
空调冷冻水管保温材料的厚度为：管径≤100mm时，δ=30mm；100＜管径≤250mm时，δ=35mm。风机盘管冷热水进出水管采用铜截止阀，回水管口处设自动排气阀，凝结水管口与水管相连时，设200mm长的透明塑料软管，回水设置电动二通阀。空调凝结水管安装时，按水流方向水平管应保持不小于0.5%的坡度坡向排水点，连接设备的水平支管应保持不小于1%的坡度。所有水流设备和附件的工作压力不小于1.0MPa。
3.冷热源选型
本工程经过前述设计计算，可知夏季空调的计算冷负荷/冬季地暖的热负荷分别为486.2kW/194.5kW。
由于郑州市属于寒冷地区，为保证在低温环境条件下机组提供的热能可以满足建筑物的采暖需求，本项目设计机型采用了喷气增焓EVI技术，即超低温机组。
设备的主要技术参数见下表：
本项目中甲方要求配置以制冷为主，因此按空调夏季冷负荷初选机组。本工程空调系统同时使用系数取为75%、系统冷热损失为10%，可计算得知空调机组匹配容量应为：486.2*0.75*1.1=401.1kW，则主机台数n（=401.1/65）≈6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：查产品样册及实验室测定数据，可知在郑州市环境温度为室外空调计算干球温度-6.1℃时、机组出水温度为50℃、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70～75%，即在项目所在地运行在最不利环境条件下6台机组的制热量能保证≮24KW（=65*0.70*6=276kW），且大于地暖末端系统满负荷运行时所需的194.5kW的热负荷。因此冬季只需开启3～4台机组即可满足供暖需求，不需另外设计辅助热源。
综上所述，所选的6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。
4.系统设计
4.1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。本工程不是高层建筑，有条件采用高位膨胀水箱来解决空调系统的补水、定压和容纳系统水量的变化。高位膨胀水箱定压具有安全、运行可靠、初投资低、电力消耗（与采用定压罐定压和变速泵补水的定压补水装置相比）相对较少的特点。
4.2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。
4.3控制系统
A.主机控制
空调机组的启停控制采用的是机组面板的就地控制。空调机组可根据回水温度（本项目制冷时为12℃、制热时为45℃）控制机组压缩机的启停，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。
B.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。
C.缺水控制
主管路供回水总管之间设有电动压差旁通控制系统，根据压差传感器实测的供回水温差Δp与设定压差Δps的偏差调节电动压差旁通阀的开度，或增大开度、泄流降压，或减小开度、截流增压。与此同时，压差旁通阀的分流作用使流经空调机组的水量稳定不变。
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。
5.运行效果及费用估计
系统安装完毕，我司技术人员到现场调试时发现机组安装过程中出现了一些不规范的现象，比如水流开关未安装、焊口处防腐没按设计要求施工、保温厚度不够、管路低位处无排水口等问题，并严令其进行了整改。只有合理的设计、规范的安装，才能保证后期运行的稳定、安全、可靠。
对于空气源热泵行业来说，经销商务必须要懂得空调系统原理、设计、施工安装和售后维保，才有利于二联供水机的长期发展、方能获得客户的认可。本系统自2015年12月中旬正式运行至今，空调和采暖效果良好，均达到了设计技术指标，用户评价很高。
根据前述可知本空调系统机组的总功耗为20.5*6=123kWh，根据本项目目前的运行状态，可预估系统全年运行费用，表格如下：
根据该项目特点，中央空调系统运行时间：制冷季按100天、采暖季90天计算；运行时间：制冷季空调每天运行12小时，采暖季每天运行14小时；电费按0.9元/kWh（商用电）计算。
6.结束语
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，利用率高。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。
随着民众生活水平的提高，对舒适性要求也越来越高，越来越多的场所更希望采用地板采暖或辐射制冷等更舒适的空调方式，而二联供机组（对于北方市场，超低温型机组更能体现这一优势）则恰好能满足冷暖市场这一刚性要求；另外，在全社会大规模“煤改电”、倡导采用清洁能源的大环境下，空气源热泵乃大势所趋。
7.系统图
版权：本案例首发于《热泵市场》杂志2017年8月刊。图文均由浙江中广电器提供，特此致谢。