風冷熱泵型空調系統的設計探討

張倩

（貴州省建筑設計研究院有限公司 貴州貴陽 550000）

1 引言

隨著社會經濟的發展，人們對居住環境的要求越來越高。在對建筑結構進行空調方案設計過程中，不僅要滿足空調設計的合理性和經濟型，而且還要滿足建筑物內居民的舒適度要求。在此背景下，風冷熱泵空調系統不僅具有較低的運行成本，而且安全性能較好，便于后期的管理和使用，在現代建筑中的應用日漸廣泛。因此，研究分析風冷熱泵型空調系統的設計具有重要的現實意義。

2 項目概述

某市辦公樓建筑，該辦公樓共四層，總建筑面積為2900m2。房間類型包括：一層大廳，二、三層辦公室，會議室，接待室，大廳，套間，盥洗室，衛生間等，本工程主要是針對該棟辦公樓建筑進行中央空調系統的設計。

由于本工程的建筑規模較小，沒有地下室建筑結構，無法采用螺桿式冷水機組。所以統籌考慮之下，空調冷熱源優先選用風冷熱泵機組，也減少了冷卻系統的安裝，機組安裝在建筑物的屋頂平臺之上。作為辦公樓，本工程每層的樓層高度較低，如果安裝全空氣系統風管，風管較大，會占據辦公室較多的上部空間，給室內造成壓抑的感覺。同時不同辦公區域的作息時間也存在一定的差異，需要對不同空間的辦公區進行不同的控制和調節。

結合以上實際情況，本工程空調冷熱源采用模塊式風冷熱泵系統，空調末端采用風機盤管加新風系統。這樣不僅可以實現空間的靈活布置，而且還能滿足不同辦公區域的獨立溫度條件控制。當辦公區無人時，可以單獨關閉該區域的末端風機盤管，并不會影響其他房間空調的使用。

3 風冷熱泵型空調系統的設計

3.1 各房間冷負荷計算

所謂空調負荷，包括空調的冷負荷和熱負荷兩種，其主要是指當確保室內的空氣相關參數指標滿足設計要求時，單位時間內需要給建筑物提供的冷量或者熱量數值。空調負荷的高低很容易受到外界因素的影響，例如室內人員的數量、室內設備的數量和散熱情況、建筑結構的圍護結構性質以及室外溫度情況等。

在對風冷熱泵型空調系統進行設計過程中，最重要的目的是實現空調系統在提供冷量或者熱量過程中，正好滿足建筑物的需求，并可以隨著建筑物冷（熱）負荷的變化，隨時做出相對應的調整。

此外，在計算過程中，要注意風冷熱泵機組不僅要滿足夏季的供冷需求，而且還需要滿足建筑冬季的供暖需求。而不同的熱泵機組在制冷量和供熱量的參數方面也存在著較大的差異。一般情況下，對于辦公為主的建筑結構，在進行冬季供暖設計時，其供熱負荷應為夏季制冷量的70～85%。

本工程根據國家規范及相關規定，并結合辦公室各功能區負荷，最終逐項計算出本工程夏季冷負荷為435kW；空調熱負荷為467.2kW。

3.2 機組的選擇

常見的風冷熱泵型空調系統的機組，根據機組結構大小、組合規模不同可分為以下幾種類型：

（1）模塊式熱泵：由若干個熱泵單元并聯組成的熱泵機組，相對個單元的增加組合較為靈活，任何一個熱泵單元出現故障，都不會影響其他單元的正常工作。其優點是噪音較低、振動幅度小，在運輸安裝過程中，操作方面快捷。但缺點是故障率較高，對水質的要求較高。一般適用于一些特殊要求的場所。

（2）整體式熱泵：從外觀上來看，基本和模塊式熱泵沒有本質的區別，雖然其內部依然存在多臺壓縮機以及多個制冷回路，但是無法對其進行分解處理。

因此，在進行風冷熱泵型空調系統的機組選擇過程中，應結合工程的實際情況進行選擇，本工程選用3臺模塊式風冷熱泵冷熱水機組，標準工況下單臺制冷量為150kW，制熱量為158kW。

3.3 空調風系統設計

根據本工程各房間風機盤管匯總表及風冷熱泵型機組的相關技術參數，計算得風量680m3/h，室內風管風速3m/s，所以設計送、回風管尺寸500×120，風送風百葉尺寸 500×160，回風百葉尺寸為 500×200。新風管尺寸 160×120。

3.4 空調水系統

本工程在進行空調水系統設計時，采用了閉式、異程、雙管制、單式泵系統，這樣的設置，可以確保在空調淡季可以為建筑提供新風，便于系統進行調節，達到了節能降排的效果。

（1）空調水系統的布置：采用兩管制供應冷凍水，該種空調水系統的設計不僅結構簡單，而且投資成本較低。在進行設置過程之，為了提升節能的效果，同時避免管道內出現較多的雜物，對系統采用封閉式，減少和大氣的接觸面積。對于風冷熱泵機組，則設置在建筑的屋頂平臺上，采用異程式進行供水、立管以及各層水管的布置。

（2）冷凍水泵的選擇：在進行冷凍水泵設計之前，根據設備蒸發器的標準水力量，以及基于最差環境條件下實現水循環泵的揚程數據，所選擇的冷凍水泵需滿足每小時的流量不低于130m3，揚程不低于30m。所以最終本工程采用了輸入功率為22kW的臥式離心泵。為了平衡兩水泵的壓力，采用兩根同程式實現冷凍循環水泵的連接，一根作為正常連接使用，一根作為備用。

（3）水泵配管布置：①為了避免水泵在運行過程中，產生的噪音和振動傳遞到配管上，對連接水泵的管道都安裝了軟性接管。②通過在水泵的出口設置了止回閥，有效的避免了斷電發生時水逆流所造成的損害。③為了確保水泵在非工作狀態檢修過程中，無需對系統內的存水進行排空，在水泵的吸入管處設置了進口閥，在壓出管處設置了出口閥。④為了便于后期的檢修和維護，還設置了溫度計、壓力表以及真空表等檢測儀表。

3.5 冷凍水供回水管、冷凝水管

（1）管道安裝要求：在進行供回水管安裝過程中，應適當的設定一定坡度，便于回水可以順利的回流到機組當中。

（2）冷凝水管徑確定：風冷熱泵機組在運行過程中，會產生冷凝水，為了確保冷凝水的及時排除，應注意以下設計要點：

①應將風機盤管凝結水盤的進水坡度應高于0.01，對于其他處于水平方向的支干管，在水流的方向方面，也應當設置高于0.003的坡度，確保整個管道沒有任何一處產生積水的問題。

②為了避免當機組運行過程中，出現負壓時，冷凝水出現倒流的問題，應在機組的末端，設置冷凝水回水彎。

③結合本工程的實際情況，在進行冷凝水管道的材料選擇是，為選用焊接鋼管，而是采用聚乙烯塑料管或鍍鋅鋼管，如果管道材料為前者，無需增加保溫層；如果管道材料為后者，為了防止二次結露的問題，應對鍍鋅鋼管增加保溫層的施工。

3.6 水管系統中的閥門

（1）放氣閥：放氣閥應設置在管路末端的最高處。當冬天采用風冷熱泵對建筑進行供暖時，由于水流速度較慢，熱水中可能會夾雜著大量的氣泡，為了避免這些氣泡影響供暖的效果，應借助水管的放氣閥將其排除。

（2）蝶閥與球閥：為了實現各個辦公區域、樓層的單獨供回水控制，在每個樓層和房內呢，設置了蝶閥與球閥，當需要進行檢修時，可以單獨關閉該樓層或者該房間的供回水。

3.7 管道保溫、防腐

（1）對本建筑物內的所有的風管都采用專用帶防潮鋁箔貼面超細玻纖氈的方式進行保溫處理，對于室內的風管，采用的25mm厚度的保溫層；對于室外的風管，采用40mm厚度的保溫層。需要注意的是，保溫層應確保符合相關防火規范要求。

（2）在對管道施工之前，應首先將其表面的雜物和污垢進行全面的清潔，然后進行防銹漆的涂刷，最后進行保溫層的設置。對于非保溫管道或者管道支（吊）架，也應當采用同樣的方式，避免管道出現腐蝕問題。

4 結束語

綜上所述，隨著社會經濟的高速發展，人們對建筑的功能性要求也越來越高。相比較其他系統，風冷熱泵空調系統的優勢十分明顯，特別適用于一些中小型建筑和家庭用戶。因此，相關工作者應當提升自身專業能力，充分掌握風冷熱泵空調系統的設計要點，從而確保風冷熱泵空調系統可以安全穩定的為人們提供所需的服務，提升建筑物的舒適性。