風冷熱泵型空調系統設計*

貴州省建筑設計研究院有限責任公司，貴州 貴陽 550081

隨著社會經濟的快速發展，人們對居住環境的要求越來越高。在設計房間空調時，不僅要保證空調的設計具有經濟性和合理性，還要注意提高環境的舒適度。在此條件下，風冷熱泵空調由于運行安全性能好、成本低，在后期維護和管理方面不需要花費大量的人力、物力，被廣泛應用于現代建筑環境中。

1 風冷熱泵概述

風冷熱泵空調系統（見圖1）因為其適應性高、穩定性高，所以被廣泛應用于公共場所及居民家庭中，其主要由壓縮機、儲液罐、蒸發器、冷凝器、過濾器等部件組成，這種設備在應用過程中具有熱泵熱水系統的全天候使用和智能化控制等優點。風冷熱泵廣泛應用于民用建筑空調及生活熱水供應，熱泵有不同的運行方式。目前，主要有四種熱泵，分別是僅用于冬季供暖的熱泵，冬季供暖夏季制冷的熱泵，冬季供暖夏季制冷以及生活熱水三用熱泵，冬季供暖夏季制冷以及生活熱水、熱回收方式用熱泵四種。

圖1 風冷熱泵型空調機組實物圖

2 風冷熱泵型空調系統設計

2.1 各房間冷負荷分析

空調負荷主要包含空調的熱負荷和冷負荷兩種，主要是在保證室內空氣參數指標符合設計要求的條件下，依照實際情況給建筑物提供相應的冷熱負荷輸出，空調負荷的高低很容易受到外部因素的影響，如室內設備的散熱情況、室內人員的數量、外部結構的情況以及室外溫度等均會影響空調的負荷。

對各房間的冷負荷進行分析，首先要計算空調負荷，了解當地的氣候參數，日平均溫度，以便后期進行室內外溫度設計。通過相關的空調負荷計算軟件來模擬計算該動態空調負荷，并對全年空調負荷進行分析，發現建筑中滿負荷的比例相對較低，大部分時間空調負荷低于最大負荷的50%，因此在空調冷熱源配置時需要對冷熱負荷的全年分布情況進行充分分析，另外還需要考慮全年冷熱不平衡的問題。

在設計風冷熱泵型空調系統時需要重視空調系統，在提供能量和熱量時符合建筑物的要求，控制建筑的冷熱負荷，并進行相應的調整和操作。

熱泵機組的容量既要考慮大樓各部分同時使用的系數，還要考慮熱泵的實際制冷量和實際供熱量會因設備間距限制等原因造成通風不暢，另外，還需要注意室外換熱器表面積灰和表面結垢、設備衰減等因素的影響，故所選擇的熱泵機組應考慮安全系數。可用如下公式表示：

式中：Q為熱泵機組在設計工況下的制冷（供熱）量，kW；Qd為出廠設計計算負荷，kW；B1為同時使用系數，由具體工程定，一般取0.75～1.0；B2為出廠安全系數，一般取1.05～1.10。

在計算時，需要注意風冷熱泵機組的綜合應用，不僅要符合夏季的制冷需求，還要重視冬季供暖，不同熱泵機組在制熱和制冷方面的參數相差較大，通常以辦公室為主體的建筑在設計冷熱功能時，需要保證其供熱負荷在夏季制冷量的75%～80%[1]。熱泵機組冬季制熱工況下需要考慮熱泵的結霜影響，適當增加一定容量。

2.2 機組的選擇

常見風冷熱泵型機組運行過程中，需要依照組合規模和基礎結構大小進行分類，具體的類型有以下兩種。

（1）模塊式熱泵。模塊式熱泵是通過多個熱泵單元并聯而產生的熱泵機組。這種熱泵機組在運行過程中，任何一個單元出現故障都不會對其他單元的工作產生影響，優點在于振動幅度小，而且噪聲低，安裝和運輸操作方便，缺點在于對水質的要求較高，故障率較高，通常適合一些特殊的場所。

（2）整體式熱泵。從外觀來看，整體式熱泵和模塊式熱泵之間沒有較大的差別，但是內部具有多個制冷回路和壓縮機，無法有效地對其進行分解處理。因此，在選擇風冷熱泵型空調系統時需要與實際情況相結合，并進行有效控制。

2.3 空調水冷系統

（1）空調水冷系統的布置。通過雙管供應冷凍水，該系統運行設計結構較為簡單，而且不需要投入大量的資金來進行建設和維護，在設計之初，為了能夠保證節能的效果，防止管內出現過多雜物，使用封閉式系統讓管道和大氣接觸面積降低，減少灰塵的堆積。在風冷熱泵機組中，使用異程式系統進行立管供水，并且合理布設各層水管[2]。

（2）冷凍水泵的選擇。在選擇冷凍水泵時，需要根據蒸發器的標準和循環泵的揚程數據進行選擇。同時，需配備合理的控制系統，這樣可以達到較好的節能效果。

（3）水泵配管的布置。為了防止水泵運行時出現震動和噪聲，將這些噪聲振動傳遞到配管上，需要使用軟管連接各水泵管道。通常在出水口的位置設置止回閥，這樣可以有效防止出現水逆流等問題。為了保證在非工作狀態不需要排空系統中的純水，在水泵吸入口的位置設置進口閥，在壓出管的位置設置出口閥，這是為了方便后期進行維護和管理，還需要配備壓力表、溫度計和真空表等檢測設備，以滿足整個系統正常運行的需要。

2.4 冷凍水供回水管、冷凝水管

在安裝供回水管時，注意適當設定一定的坡度，以便順利回水。在設計冷凝水管管徑時需要注意，為了保證及時排除冷凝水，設計時風機盤管凝結水盤的進水坡度需要超過0.01，另外，在水流方向方面也需要設置相應的坡度，坡度一般要超過0.003，這樣可以保證整個管道中不會出現積水的問題。為了防止機組運行時產生負壓冷凝水倒流，需要在基層末端設置冷凝水回水彎。

2.5 水管系統中的閥門

（1）放氣閥。放氣閥主要設置在管道末端的最高位置，在冬天使用時熱水中可能會出現一定的氣泡，氣泡會對供暖的效果產生影響，需要及時通過水管放氣閥將其排出。

（2）蝶閥與球閥。為了保證各樓層和辦公區域之間能夠單獨控制供回水，需在每個房間和樓道內設置球閥和蝶閥，這樣在檢修時可以單獨將某一區域的供回水關閉，以便后續排查，從而有利于提高系統運行的穩定性。

2.6 管道保溫、防腐

空調風管需要考慮采取保溫措施，另外需要注意保溫層的防火規范，在管道施工時需要全面清潔表面的雜物和污垢，并且做好防銹漆的涂刷工作。空調水管也需要根據不同的環境采取保溫措施[3]。

2.7 冬季風冷熱泵新技術應用

冬季開啟空調水側換熱器和空氣側換熱器能夠實現制熱效果；開啟全部熱回收器和空氣側換熱器能夠實現熱回收效果。不可同時開啟熱回收模式和制熱模式，需要借助分時啟動控制，先開啟熱回收模式，等到水溫滿足一定的要求之后再開啟制熱模式。如果在過渡季節運行，需要開啟全部熱回收器和空氣側換熱器，以此實現熱回收效果。通常情況下，需要將空調水側熱交換器和全部熱回收器進行并聯安裝，因為需要將系統的全部冷凝熱吸收，所以需要全部的空調水側熱交換器和熱回收器的換熱效率以及換熱面積相似。隨著技術的進步，應用于低溫工況下的低溫空氣源熱泵已經解決了在低溫條件能高效制熱、融霜除霜控制問題，同時具有低成本、運行可靠的特點。此外，吸收式空氣源熱泵技術、無霜型空氣源熱泵技術目前也處于應用研究階段中。

3 結束語

隨著當前社會經濟的快速發展，人們對建筑環境舒適性的要求也逐步提高，與其他空調系統相比，風冷熱泵空調系統具有非常明顯的優勢，比較適合小型建筑。因此，相關工作人員需要對風冷熱泵空調系統的設計要點進行深入學習，熟悉相關的設計要點和施工規范，以保證風冷熱泵空調系統能夠有效工作，進而提升建筑物的舒適度。