淺談分散式水環熱泵分層獨立系統在辦公樓的應用

勞湛生

（福建凱士比機電工程有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

如何發揮分散式水環熱泵空調系統的優勢，不足的地方在實際工程上又該如何去解決？本文簡單介紹分散式水源熱泵分層獨立系統的原理，再結合在實際工程上的案例，重點分析分散式水環熱泵分層獨立系統的優勢、應用技術難點及解決措施。

1 分散式水環熱泵分層獨立系統

分散式水環熱泵系統主要由冷卻塔+冷卻水泵+空調機組組成，每套水環源熱主機自帶冷源、末端及電控。分散水環熱泵布置在各個空調區域，在與空調環境熱交換后，通過循環水把熱量傳遞到大氣中去。夏季制冷時，采用集中冷卻水，分散型機組直接蒸發的制冷方式；冬季制熱時，采用水環熱泵+輔助熱源或直接PTC電加熱或雙盤管+熱源的方式。分散式水環熱泵系統夏季制冷原理如下圖所示（圖1）。

圖1 空調機原理圖

分散式水環熱泵空調系統分層獨立系統，是指一棟高層建筑樓，每層設一個獨立的分散式水環熱泵空調系統，分層單獨布置及控制。各層空調系統可以獨立運行及控制，不受其他層管路及控制回路的影響[1]。

水環熱泵由于采用水冷冷卻方式，系統較風冷系統能效比高；相對傳統螺桿或離心式的水冷冷水機組空調系統，分散式水環熱泵安裝簡單，且可分小區域獨立控制及計費，可以滿足不同時段、需獨立計費的使用需求。因此在空調領域占有一定的市場份額。本文結合實際工程案例，對分散式水源熱泵空調系統分層獨立系統在高層辦公樓的應用進行探討。

2 工程概況

廈門市某20層辦公大樓，用地面積12553.571m2，地上建筑面積45850.55m2，建筑層數：1~3層為裙樓商業、4~20層為SOHO辦公，建筑高度81.1m，辦公樓內預留有空調機房。辦公樓開發商要求為每層出售，空調的使用由使用方自由支配，需滿足上班及不定時加班的需求。因此要求該工程要求滿足夏季供冷，冬季新風，且每層空調能獨立運行及計費。

3 負荷配置

3.1 室外設計參數

夏季空調室外計算干球溫度：33.4℃/夏季空調室外計算濕球溫度：27.6℃。

3.2 室內設計參數

表1 室內設計參數

3.3 設計負荷要求

本次設計空調區域為：辦公樓四至二十層，總空調面積約:20461m2，設計空調冷負荷為:3580kw；單位面積負荷：175W/M2；辦公大樓為節能建筑。

4 方案的選擇

4.1 空調系統的選擇

本設計為辦公樓地上四層～二十層單冷型中央空調系統的設計。考慮到建筑功能為辦公場所且開發商對于空調節能有要求，因此在系統選擇上，既要滿足使用要求、也要滿足節能要求。因此在空調系統選擇上優先采用水冷系統，辦公樓存在上班時間不同且加班時產生的部分負荷使用的情況出現，如何保證部分負荷運行時的一個節能效果問題，也是系統選擇的一個重要因素。綜合考慮，本項目選用分散式水源熱泵空調系統。且做到分層設計獨立控制，每一層為一個獨立系統，互相之間沒有影響。冷卻塔、冷卻水泵放于每層的機房內，冷卻水泵通過管道把水送到各個空調區域的水環熱泵機組，充分吸收熱量后的循環水再回到機房冷卻塔進行散熱，散出的熱量排至大氣中去。空調水系統原理圖布置如圖2：

圖2 空調水系統原理圖

4.2 分散式水源熱泵空調系統分層控制的優勢

采用分散式水源熱泵空調系統分層控制的優勢：①采用水冷冷卻方式的空調系統，相比風冷系統，能效更高，綜合能效在3.5以上。②能滿足部分負荷使用時，系統依然能保證系統的節能效果，且不會影響到其他業主。③可以分層獨立控制，滿足辦公樓對空調不定時使用的需求。

項目其他方面采用的節能措施：①冷凝水回收，由于冷卻塔為每層設計一個，因此上層的冷凝主水管可以連接至下一層的冷卻塔水盤，作為冷卻塔補水之用同時降低冷卻水溫，提高水環熱泵的制冷能效。②系統采用分層設計，簡化的系統管路，管路阻損能耗減小，同時保證了系統管路的平衡，保證每臺水源熱泵的制冷效率。③水泵變頻節能。末端安裝電動二通閥，水泵根據管路壓力變化進行采用變頻控制。④冷卻塔變頻節能。冷卻塔電機采用供回水溫差控制，部分空調運轉時電機的功率也相應地降低，有效降低部分負荷時，冷卻塔的運轉能耗。

分散式水源熱泵空調系統分層控制的技術難點及解決措施

（1）冷卻塔放于每層預留機房，冷卻塔的散熱通風問題。如何避免因為混風造成的冷卻塔散熱效果不好的問題[2]。

解決措施：機房位置設于每層辦公樓的角落，每個機房都有兩面外墻，因此設計上進風面及出方面分開；不會造成混風問題。冷卻塔出風面選擇要避開項目所在地的夏季風向。以免氣流對沖，造成冷卻塔熱風散不到機房外面的大氣中去。冷卻塔出風設導風管，緊貼外墻百葉窗。讓冷卻塔出風直接排至室外而不會回流到機房。

（2）機房設于辦公場所隔壁，如何避免機房噪聲對辦公場所造成的影響。

解決措施：①設備降噪及減振處理。水泵采用1450r/min的4級電機低噪音水泵，減少噪聲源的分貝數。水泵、冷卻塔采用變頻啟動，降低設備啟動所造的噪聲影響。水泵設減振臺座，冷卻塔設減振墊片，防止水泵、冷卻塔振動引起的樓板噪聲傳遞。②機房隔音處理。機房四周墻體做隔音處理，加設一層消音隔墻，墻體內部充滿消音棉，外側用微孔板壓封。機房門采用特制的隔聲密閉門。

（3）本項目水源熱泵采用開式系統，空調冷卻水應如何處理，才能保障水環主機的正常散熱。

解決措施：空調冷卻水管路安裝完比后，在灌水試壓之前需關閉水環熱泵進出水閥，待管路徹底清洗干凈后方可打開；水環熱泵進水端需加裝Y型過濾器。對冷卻水系統需加裝水質處理系統設備，定時對冷卻塔的水進行循環處理，并對水質進行監測，當水質滿足不了使用要求時，需對冷卻水系統進行大清洗，以保證循環冷卻水的水質要求[3]。

水質處理系統設備需滿足以下要求：可長效降低水中的鈣鎂離子及其他有害重金屬離子。防止垢的生成。自動生成堿性環境，有效保護金屬管路。

（4）水環熱泵對水流量有嚴格要求，否則會影響設備的正常運行，如何保證冷卻水管路的水力平衡。

由于空調系統為每層一個系統，冷卻水管路簡單且管路短，這大大減低管路的水力平衡要求。冷卻水系統同時采用環路同程管路設計，管路主管盡量靠近水環熱泵主機設置，對部分末端離環路同程主管較遠的設備支管需加大一到二級的管徑。

5 結語

系統現已投入使用，在調試過程中雖然也存在一些意想不到的小問題，如電動二通閥選用的時候沒有考慮到與管同樣大小的電動二通閥實際接口處口徑會變小問題，造成在運行過程中局部流速過快產生流動噪聲，更換與管同口徑的電動二通閥問題即可解決。目前系統整體運行良好。

在部分業主分批進駐的時候，分層系統的作用馬上顯示出來，裝修好的業主可以馬上使用。不用像傳統空調（水冷螺桿或離心空調系統）一樣，需綜合考慮整棟大樓的空調需求比例來決定空調是否投入運行，且不會造成能源浪費。分層系統管路簡單，解決了水源熱泵最怕的水力不平衡所造成的設備多故障等問題，調試簡單。

因此，水源熱泵分層獨立系統設計雖然會受到諸多條件約束，但它的優勢也是很明顯的。分散式水源熱泵獨立系統在高層辦公場所應用是一種不錯的選擇。