風(fēng)冷熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

張倩

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 貴州貴陽 550000）

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求越來越高。在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行空調(diào)方案設(shè)計(jì)過程中，不僅要滿足空調(diào)設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)型，而且還要滿足建筑物內(nèi)居民的舒適度要求。在此背景下，風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)不僅具有較低的運(yùn)行成本，而且安全性能較好，便于后期的管理和使用，在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用日漸廣泛。因此，研究分析風(fēng)冷熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 項(xiàng)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(huì)議室，接待室，大廳，套間，盥洗室，衛(wèi)生間等，本工程主要是針對該棟辦公樓建筑進(jìn)行中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

由于本工程的建筑規(guī)模較小，沒有地下室建筑結(jié)構(gòu)，無法采用螺桿式冷水機(jī)組。所以統(tǒng)籌考慮之下，空調(diào)冷熱源優(yōu)先選用風(fēng)冷熱泵機(jī)組，也減少了冷卻系統(tǒng)的安裝，機(jī)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(tǒng)風(fēng)管，風(fēng)管較大，會(huì)占據(jù)辦公室較多的上部空間，給室內(nèi)造成壓抑的感覺。同時(shí)不同辦公區(qū)域的作息時(shí)間也存在一定的差異，需要對不同空間的辦公區(qū)進(jìn)行不同的控制和調(diào)節(jié)。

結(jié)合以上實(shí)際情況，本工程空調(diào)冷熱源采用模塊式風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)，空調(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)空間的靈活布置，而且還能滿足不同辦公區(qū)域的獨(dú)立溫度條件控制。當(dāng)辦公區(qū)無人時(shí)，可以單獨(dú)關(guān)閉該區(qū)域的末端風(fēng)機(jī)盤管，并不會(huì)影響其他房間空調(diào)的使用。

3 風(fēng)冷熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 各房間冷負(fù)荷計(jì)算

所謂空調(diào)負(fù)荷，包括空調(diào)的冷負(fù)荷和熱負(fù)荷兩種，其主要是指當(dāng)確保室內(nèi)的空氣相關(guān)參數(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)需要給建筑物提供的冷量或者熱量數(shù)值?？照{(diào)負(fù)荷的高低很容易受到外界因素的影響，例如室內(nèi)人員的數(shù)量、室內(nèi)設(shè)備的數(shù)量和散熱情況、建筑結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及室外溫度情況等。

在對風(fēng)冷熱泵型空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，最重要的目的是實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)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(fù)荷的變化，隨時(shí)做出相對應(yīng)的調(diào)整。

此外，在計(jì)算過程中，要注意風(fēng)冷熱泵機(jī)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(jī)組在制冷量和供熱量的參數(shù)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(jié)構(gòu)，在進(jìn)行冬季供暖設(shè)計(jì)時(shí)，其供熱負(fù)荷應(yīng)為夏季制冷量的70～85%。

本工程根據(jù)國家規(guī)范及相關(guān)規(guī)定，并結(jié)合辦公室各功能區(qū)負(fù)荷，最終逐項(xiàng)計(jì)算出本工程夏季冷負(fù)荷為435kW；空調(diào)熱負(fù)荷為467.2kW。

3.2 機(jī)組的選擇

常見的風(fēng)冷熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的機(jī)組，根據(jù)機(jī)組結(jié)構(gòu)大小、組合規(guī)模不同可分為以下幾種類型：

（1）模塊式熱泵：由若干個(gè)熱泵單元并聯(lián)組成的熱泵機(jī)組，相對個(gè)單元的增加組合較為靈活，任何一個(gè)熱泵單元出現(xiàn)故障，都不會(huì)影響其他單元的正常工作。其優(yōu)點(diǎn)是噪音較低、振動(dòng)幅度小，在運(yùn)輸安裝過程中，操作方面快捷。但缺點(diǎn)是故障率較高，對水質(zhì)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(zhì)的區(qū)別，雖然其內(nèi)部依然存在多臺壓縮機(jī)以及多個(gè)制冷回路，但是無法對其進(jìn)行分解處理。

因此，在進(jìn)行風(fēng)冷熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的機(jī)組選擇過程中，應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，本工程選用3臺模塊式風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組，標(biāo)準(zhǔn)工況下單臺制冷量為150kW，制熱量為158kW。

3.3 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程各房間風(fēng)機(jī)盤管匯總表及風(fēng)冷熱泵型機(jī)組的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，計(jì)算得風(fēng)量680m3/h，室內(nèi)風(fēng)管風(fēng)速3m/s，所以設(shè)計(jì)送、回風(fēng)管尺寸500×120，風(fēng)送風(fēng)百葉尺寸 500×160，回風(fēng)百葉尺寸為 500×200。新風(fēng)管尺寸 160×120。

3.4 空調(diào)水系統(tǒng)

本工程在進(jìn)行空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用了閉式、異程、雙管制、單式泵系統(tǒng)，這樣的設(shè)置，可以確保在空調(diào)淡季可以為建筑提供新風(fēng)，便于系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到了節(jié)能降排的效果。

（1）空調(diào)水系統(tǒng)的布置：采用兩管制供應(yīng)冷凍水，該種空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且投資成本較低。在進(jìn)行設(shè)置過程之，為了提升節(jié)能的效果，同時(shí)避免管道內(nèi)出現(xiàn)較多的雜物，對系統(tǒng)采用封閉式，減少和大氣的接觸面積。對于風(fēng)冷熱泵機(jī)組，則設(shè)置在建筑的屋頂平臺上，采用異程式進(jìn)行供水、立管以及各層水管的布置。

（2）冷凍水泵的選擇：在進(jìn)行冷凍水泵設(shè)計(jì)之前，根據(jù)設(shè)備蒸發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)水力量，以及基于最差環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)水循環(huán)泵的揚(yáng)程數(shù)據(jù)，所選擇的冷凍水泵需滿足每小時(shí)的流量不低于130m3，揚(yáng)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(shí)現(xiàn)冷凍循環(huán)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(yùn)行過程中，產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)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(shè)置了止回閥，有效的避免了斷電發(fā)生時(shí)水逆流所造成的損害。③為了確保水泵在非工作狀態(tài)檢修過程中，無需對系統(tǒng)內(nèi)的存水進(jìn)行排空，在水泵的吸入管處設(shè)置了進(jìn)口閥，在壓出管處設(shè)置了出口閥。④為了便于后期的檢修和維護(hù)，還設(shè)置了溫度計(jì)、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(jìn)行供回水管安裝過程中，應(yīng)適當(dāng)?shù)脑O(shè)定一定坡度，便于回水可以順利的回流到機(jī)組當(dāng)中。

（2）冷凝水管徑確定：風(fēng)冷熱泵機(jī)組在運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生冷凝水，為了確保冷凝水的及時(shí)排除，應(yīng)注意以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

①應(yīng)將風(fēng)機(jī)盤管凝結(jié)水盤的進(jìn)水坡度應(yīng)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(yīng)當(dāng)設(shè)置高于0.003的坡度，確保整個(gè)管道沒有任何一處產(chǎn)生積水的問題。

②為了避免當(dāng)機(jī)組運(yùn)行過程中，出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，冷凝水出現(xiàn)倒流的問題，應(yīng)在機(jī)組的末端，設(shè)置冷凝水回水彎。

③結(jié)合本工程的實(shí)際情況，在進(jìn)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(jié)露的問題，應(yīng)對鍍鋅鋼管增加保溫層的施工。

3.6 水管系統(tǒng)中的閥門

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

（2）蝶閥與球閥：為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)辦公區(qū)域、樓層的單獨(dú)供回水控制，在每個(gè)樓層和房內(nèi)呢，設(shè)置了蝶閥與球閥，當(dāng)需要進(jìn)行檢修時(shí)，可以單獨(dú)關(guān)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(nèi)的所有的風(fēng)管都采用專用帶防潮鋁箔貼面超細(xì)玻纖氈的方式進(jìn)行保溫處理，對于室內(nèi)的風(fēng)管，采用的25mm厚度的保溫層；對于室外的風(fēng)管，采用40mm厚度的保溫層。需要注意的是，保溫層應(yīng)確保符合相關(guān)防火規(guī)范要求。

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

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對建筑的功能性要求也越來越高。相比較其他系統(tǒng)，風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)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(guān)工作者應(yīng)當(dāng)提升自身專業(yè)能力，充分掌握風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從而確保風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)可以安全穩(wěn)定的為人們提供所需的服務(wù)，提升建筑物的舒適性。