淺談分散式水環(huán)熱泵分層獨(dú)立系統(tǒng)在辦公樓的應(yīng)用

勞湛生

（福建凱士比機(jī)電工程有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

如何發(fā)揮分散式水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢，不足的地方在實(shí)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(dú)立系統(tǒng)的原理，再結(jié)合在實(shí)際工程上的案例，重點(diǎn)分析分散式水環(huán)熱泵分層獨(dú)立系統(tǒng)的優(yōu)勢、應(yīng)用技術(shù)難點(diǎn)及解決措施。

1 分散式水環(huán)熱泵分層獨(dú)立系統(tǒng)

分散式水環(huán)熱泵系統(tǒng)主要由冷卻塔+冷卻水泵+空調(diào)機(jī)組組成，每套水環(huán)源熱主機(jī)自帶冷源、末端及電控。分散水環(huán)熱泵布置在各個空調(diào)區(qū)域，在與空調(diào)環(huán)境熱交換后，通過循環(huán)水把熱量傳遞到大氣中去。夏季制冷時(shí)，采用集中冷卻水，分散型機(jī)組直接蒸發(fā)的制冷方式；冬季制熱時(shí)，采用水環(huán)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(huán)熱泵系統(tǒng)夏季制冷原理如下圖所示（圖1）。

圖1 空調(diào)機(jī)原理圖

分散式水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)分層獨(dú)立系統(tǒng)，是指一棟高層建筑樓，每層設(shè)一個獨(dú)立的分散式水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，分層單獨(dú)布置及控制。各層空調(diào)系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行及控制，不受其他層管路及控制回路的影響[1]。

水環(huán)熱泵由于采用水冷冷卻方式，系統(tǒng)較風(fēng)冷系統(tǒng)能效比高；相對傳統(tǒng)螺桿或離心式的水冷冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)，分散式水環(huán)熱泵安裝簡單，且可分小區(qū)域獨(dú)立控制及計(jì)費(fèi)，可以滿足不同時(shí)段、需獨(dú)立計(jì)費(fèi)的使用需求。因此在空調(diào)領(lǐng)域占有一定的市場份額。本文結(jié)合實(shí)際工程案例，對分散式水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)分層獨(dú)立系統(tǒng)在高層辦公樓的應(yīng)用進(jìn)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(shù)：1~3層為裙樓商業(yè)、4~20層為SOHO辦公，建筑高度81.1m，辦公樓內(nèi)預(yù)留有空調(diào)機(jī)房。辦公樓開發(fā)商要求為每層出售，空調(diào)的使用由使用方自由支配，需滿足上班及不定時(shí)加班的需求。因此要求該工程要求滿足夏季供冷，冬季新風(fēng)，且每層空調(diào)能獨(dú)立運(yùn)行及計(jì)費(fèi)。

3 負(fù)荷配置

3.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度：33.4℃/夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度：27.6℃。

3.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

表1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 設(shè)計(jì)負(fù)荷要求

本次設(shè)計(jì)空調(diào)區(qū)域?yàn)椋恨k公樓四至二十層，總空調(diào)面積約:20461m2，設(shè)計(jì)空調(diào)冷負(fù)荷為:3580kw；單位面積負(fù)荷：175W/M2；辦公大樓為節(jié)能建筑。

4 方案的選擇

4.1 空調(diào)系統(tǒng)的選擇

本設(shè)計(jì)為辦公樓地上四層～二十層單冷型中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？紤]到建筑功能為辦公場所且開發(fā)商對于空調(diào)節(jié)能有要求，因此在系統(tǒng)選擇上，既要滿足使用要求、也要滿足節(jié)能要求。因此在空調(diào)系統(tǒng)選擇上優(yōu)先采用水冷系統(tǒng)，辦公樓存在上班時(shí)間不同且加班時(shí)產(chǎn)生的部分負(fù)荷使用的情況出現(xiàn)，如何保證部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的一個節(jié)能效果問題，也是系統(tǒng)選擇的一個重要因素。綜合考慮，本項(xiàng)目選用分散式水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。且做到分層設(shè)計(jì)獨(dú)立控制，每一層為一個獨(dú)立系統(tǒng)，互相之間沒有影響。冷卻塔、冷卻水泵放于每層的機(jī)房內(nèi)，冷卻水泵通過管道把水送到各個空調(diào)區(qū)域的水環(huán)熱泵機(jī)組，充分吸收熱量后的循環(huán)水再回到機(jī)房冷卻塔進(jìn)行散熱，散出的熱量排至大氣中去?？照{(diào)水系統(tǒng)原理圖布置如圖2：

圖2 空調(diào)水系統(tǒng)原理圖

4.2 分散式水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)分層控制的優(yōu)勢

采用分散式水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)分層控制的優(yōu)勢：①采用水冷冷卻方式的空調(diào)系統(tǒng)，相比風(fēng)冷系統(tǒng)，能效更高，綜合能效在3.5以上。②能滿足部分負(fù)荷使用時(shí)，系統(tǒng)依然能保證系統(tǒng)的節(jié)能效果，且不會影響到其他業(yè)主。③可以分層獨(dú)立控制，滿足辦公樓對空調(diào)不定時(shí)使用的需求。

項(xiàng)目其他方面采用的節(jié)能措施：①冷凝水回收，由于冷卻塔為每層設(shè)計(jì)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(bǔ)水之用同時(shí)降低冷卻水溫，提高水環(huán)熱泵的制冷能效。②系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)，簡化的系統(tǒng)管路，管路阻損能耗減小，同時(shí)保證了系統(tǒng)管路的平衡，保證每臺水源熱泵的制冷效率。③水泵變頻節(jié)能。末端安裝電動二通閥，水泵根據(jù)管路壓力變化進(jìn)行采用變頻控制。④冷卻塔變頻節(jié)能。冷卻塔電機(jī)采用供回水溫差控制，部分空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)的功率也相應(yīng)地降低，有效降低部分負(fù)荷時(shí)，冷卻塔的運(yùn)轉(zhuǎn)能耗。

分散式水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)分層控制的技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

（1）冷卻塔放于每層預(yù)留機(jī)房，冷卻塔的散熱通風(fēng)問題。如何避免因?yàn)榛祜L(fēng)造成的冷卻塔散熱效果不好的問題[2]。

解決措施：機(jī)房位置設(shè)于每層辦公樓的角落，每個機(jī)房都有兩面外墻，因此設(shè)計(jì)上進(jìn)風(fēng)面及出方面分開；不會造成混風(fēng)問題。冷卻塔出風(fēng)面選擇要避開項(xiàng)目所在地的夏季風(fēng)向。以免氣流對沖，造成冷卻塔熱風(fēng)散不到機(jī)房外面的大氣中去。冷卻塔出風(fēng)設(shè)導(dǎo)風(fēng)管，緊貼外墻百葉窗。讓冷卻塔出風(fēng)直接排至室外而不會回流到機(jī)房。

（2）機(jī)房設(shè)于辦公場所隔壁，如何避免機(jī)房噪聲對辦公場所造成的影響。

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

（3）本項(xiàng)目水源熱泵采用開式系統(tǒng)，空調(diào)冷卻水應(yīng)如何處理，才能保障水環(huán)主機(jī)的正常散熱。

解決措施：空調(diào)冷卻水管路安裝完比后，在灌水試壓之前需關(guān)閉水環(huán)熱泵進(jìn)出水閥，待管路徹底清洗干凈后方可打開；水環(huán)熱泵進(jìn)水端需加裝Y型過濾器。對冷卻水系統(tǒng)需加裝水質(zhì)處理系統(tǒng)設(shè)備，定時(shí)對冷卻塔的水進(jìn)行循環(huán)處理，并對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)水質(zhì)滿足不了使用要求時(shí)，需對冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行大清洗，以保證循環(huán)冷卻水的水質(zhì)要求[3]。

水質(zhì)處理系統(tǒng)設(shè)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(huán)境，有效保護(hù)金屬管路。

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

由于空調(diào)系統(tǒng)為每層一個系統(tǒng)，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(tǒng)同時(shí)采用環(huán)路同程管路設(shè)計(jì)，管路主管盡量靠近水環(huán)熱泵主機(jī)設(shè)置，對部分末端離環(huán)路同程主管較遠(yuǎn)的設(shè)備支管需加大一到二級的管徑。

5 結(jié)語

系統(tǒng)現(xiàn)已投入使用，在調(diào)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(shí)候沒有考慮到與管同樣大小的電動二通閥實(shí)際接口處口徑會變小問題，造成在運(yùn)行過程中局部流速過快產(chǎn)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(tǒng)整體運(yùn)行良好。

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

因此，水源熱泵分層獨(dú)立系統(tǒng)設(shè)計(jì)雖然會受到諸多條件約束，但它的優(yōu)勢也是很明顯的。分散式水源熱泵獨(dú)立系統(tǒng)在高層辦公場所應(yīng)用是一種不錯的選擇。