水源熱泵多聯機空調系統的應用探討

徐中干 焦丹

摘 要：以淳安千島湖某辦事大樓空調設計選型為例，探討了水源熱泵多聯機空調系統的應用，水源熱泵多聯機空調系統以其節能及舒適性等特點，在市場空間所占份額快速增長，具有較廣的前景和發展。

關鍵詞： 水源熱泵多聯機； 空調系統設計；空調節能

0 、引言

環境污染和能源危機已成為威脅人類生存的頭等大事，因此節約能源、充分利用可再生能源已是大勢所趨，在這種情況下，以環保和節能為主要特征的“綠色”空調系統，應運而生。《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015中4.2.1條規定在技術經濟合理的情況下，冷、熱源宜利用淺層地能、太陽能、風能等可再生能源[1]。從90年代，水源熱泵多聯機系統以舒適性、節能性等優點在我國很多地區得到較好發展，尤其在江浙滬水系較發達地區，應用比較廣泛。

1、水源熱泵多聯機工作原理

水源熱泵多聯機空調系統以水作為冷熱源的多聯機空調系統，由冷卻側水系統、主機和室內機組成。冷卻側水系統與常規水環熱泵系統類似，采用水作為能源傳遞介質。室內機組與風冷式多聯系完全相同，采用制冷劑作為能量輸配介質[2] 。

水源多聯機的室內機是普通的制冷劑直接蒸發式室內機，在室內機里流動的是制冷劑；水源多聯機主機是將傳統的風冷換熱器改為水冷換熱器，一般采用的是板式換熱器或套管換熱器。水源多聯機是從室內側通過制冷劑吸收空氣中的熱量（與普通風冷多聯式空調相同），經由制冷劑傳遞到水源多聯機主機，在主機換熱器里將熱量傳遞給水（這個過程和普通水源熱泵相同），從而達到室內側制冷降溫的目的。室內側制熱是利用四通換向閥來改變制冷劑的流向，是從主機換熱器的水中吸取熱量，通過制冷劑傳遞到室內機內向空氣放熱，從而達到制熱的目的[3][4]。

2、項目概況

該項目位于淳安縣城內，由1號主樓、2號辦事大樓兩棟組成，主樓最高18層，其中地上17層，地下1層，建筑面積27176平方米，總高62.9米，屬一類建筑。2號辦事大樓地上4層，地下1層，總建筑面積4404平方米，總高度19.7米。項目靠近千島湖，有豐富的水資源，水溫常年維持在恒定的范圍內。

圖1 項目效果圖

3、空調形式的選擇與設計

3.1與傳統風冷的比較

與傳統風冷熱泵相比，水源熱泵多聯機空調系統具有外機安裝位置選擇相對靈活，可安裝于任何角落或吊頂內，即使冬季室外溫度較低，外機制熱效率仍不會減小，并且不同系統可以在水側的熱回收，節能減排，冬季并不需要除霜運轉，舒適度較高等特點，具體對比如表1所示。

表1 水源熱泵多聯機與風冷熱泵對比

3.2水源選擇

水源系統的水量、水溫、水質和供水穩定性是影響水源熱泵系統運行效果的重要因素。應用水源熱泵時，對水源系統的原則要求為水量充足，水溫適度，水質適宜，供水穩定。

該辦事大樓項目靠近千島湖，有豐富的水資源，水溫常年維持在恒定的范圍內。千島湖深水滯溫層常年保持10℃左右，特別適合水源熱泵系統需要；湖水水質穩定在國家1類地面水標準，進行簡單的微過濾處理，即可達到飲用水標準，在換熱過程中，對管道的腐蝕和結垢影響很小，大大延長管道系統和換熱系統的使用壽命[5]。

3.3空調設計方案

結合該項目天然環境資源的優勢及傳統多聯機的優點，從建筑節能和空調舒適性兩方面結合考慮，該項目的兩棟大樓均設計水冷多聯機組，每棟樓的空調水系統分開獨立，1號大樓的辦公區設計水冷多聯式中央空調，大開間區域設計整體式高靜壓水源熱泵，獨立房間的區域設計小型分體式低靜壓水源熱泵，2號樓以大空間功能大廳功能居多，設計整體式高靜壓水源熱泵，小部分辦公室設計分體式低靜壓水源熱泵。

本設計方案的所有空調設備均置于室內吊頂中，不影響整個建筑的外觀和外立面。水冷多聯中央空調采用湖水作為整套中央空調系統的冷量或熱量的傳輸媒介，換熱效率高，大約比風冷式空調系統節能35%左右，符合當前節能減排國家政策。水冷多聯中央空調可同時實現冷暖空調模式或一年四季的制冷與供暖切換，舒適性好，空調效果優良，尤其在春秋過渡季節，節能效果更加顯著。

4、該項目空調的運行策略

春秋季節：在淳安縣，春秋季節里室內外氣溫相差不大，但有些區域或者房間仍然需要空調，此時間段，采用傳統中央空調就需要將整臺大型中央空調主機開啟運行，不僅存在耗電的浪費，而且大型空調主機在較小的部分空調負荷下運行，時開時停，嚴重影響大型設備的運行壽命。而分散式水冷多聯中央空調此時發揮了空調的靈活性，根據運行需要開啟空調機組，水泵根據循環水溫自動啟停，既不影響空調設備的使用壽命，又可以實現隨時隨地空調。

在夏季：水冷多聯中央空調完全肩負制冷任務，而此時的千島湖水利用循環水的高效蒸發散熱，將室內的大量熱能帶出室外，標準狀態下的空氣定容比熱容為0.717 kJ/（kg*K），水的比熱是4.2 kJ/（kg*K），即從理論上計算，采用水冷多聯中央空調是風冷熱泵中央空調效率的5.86倍。

在冬季：水冷多聯中央空調可以將建筑體內的燈光、電器、外墻得熱等余熱全部回收到中央空調系統中，從而充分利用回收熱能進行采暖，節省電能。

5、結語

本文通過淳安千島湖某辦事大樓的水源熱泵多聯機空調系統應用實例，為江浙水系發達地區大型建筑的空調形式推廣應用，提供參考。

水源熱泵多聯機空調可充分利用可再生能源，通過冷卻循環水系統將多聯機主機的熱量帶走，在夏季具有節能優勢，且在過渡季可進行熱回收，適用于具有適用于空調負荷較大 ，或水源豐富地區，水源熱泵將會有更廣的前景和發展。

參考文獻 ：

[1]中華人民共和國國家標準GB50189-2015公共建筑節能設計標準 [S].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[2]水源熱泵多聯機空調系統具有競爭力—訪清華大學建筑學院建筑科學系教授石文星[Z] . 供熱制冷 2012.04.

[3]水源多聯機技術與市場發展藍皮書 [Z].2014：9-10.

[4]蔣能照，劉道平，壽煒煒，等 . 水源 ？ 地源 ？ 水環熱泵. 空調技術及應用 [M]. 北京：機械工業出版社，2007：104-106

[5] 陳廣鵬.淺議地表水水源熱泵系統在千島湖景區的運用[J].民營科技， 2001，12：71-73.