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          新建別墅要不要裝空氣能熱泵兩聯供?來看看設計和運行分析

          2021-09-10 人氣:-



          摘要:本文詳細介紹了空氣能戶式兩聯供產品在江西該別墅項目中央空調和地暖系統中的應用。比較了我國目前常規戶式中央空調和采暖系統冷熱源設備的選擇方案及其各自的優勢和劣勢,提出了適用于夏熱冬冷地區別墅、住宅類項目最經濟、合理的獨立中央空調系統配置方案,給出空氣能熱泵在其適用設計工況下機組、末端的容量配比建議,并詳細闡述了空調水管路系統各部件的設計關鍵點和后期的使用建議。


          關鍵詞:空氣能熱泵 、兩聯供、空氣能熱水器


          1、工程概況


          1.1工程簡介


          本項目為一套五層別墅建筑,6房2廳5衛,建筑面積為362.1㎡,空調面積約為154㎡,位于江西省贛州市大余縣南安鎮。


          該工程自2014年8月開始討論中央空調及采暖方案,2014年12月份開始設計及工程安裝,2015年7月份空調系統竣工調試運行結束。


          1.2空調方案選取


          在方案確定之初,業主方提出了以下要求:冬夏季兼顧使用;冬季采暖舒適度高,意向采用地暖方式;操作方便可靠,運行費用低。


          根據甲方要求并結合本項目的建筑條件,水地源熱泵的系統完全不可行,將可用的家用中央空調的各種形式進行了分析比較。目前市場上常用的家用中央空調系統主要有以下三種形式:


          A、制冷劑式系統:制冷劑戶式中央空調系統是直接蒸發式空調,此系統可以實現分室控制、滿足運行費用低的要求。但由于系統冷媒是氟利昂,冬季效率低、舒適性差,且如果安裝地暖,則需要另外配置一臺供暖熱源設備。


          B、風管式系統:風管式戶式中央空調是由室內機、室外機和風管組成,可以做到冬夏兼顧,但由于該系統屬于一開全開的系統、運行費用較高。


          C、水管式系統:水管式戶式中央空調系統是由空調主機、風機盤管、水管和附件組成,系統冷媒是水,這種系統可以和冬季地板采暖系統完美配合,一機多用,初投資不高、運行費用低。


          通過以上分析比較,可知“一源、兩末端”式系統也即水管式戶式中央空調+地暖的方案是本別墅工程的最佳選擇。


          2、設計規范規定


          《采暖通風與空氣調節設計規范》(GB50019-2012);《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(GB50736-2012);《實用供熱空調設計手冊》;《簡明空調設計手冊》;《通風與空調工程施工規范》GB50738-2011;《通風與空調工程施工質量驗收規范》GB50243-2011;《輻射供暖供冷技術規程》JGJ 142-2012;《熱泵熱水系統設計、安裝及使用規范》CRAA311-2009;《全國民用建筑工程設計技術措施/暖通空調?動力》2009版


          3、氣象參數


          3.1室內主要空調設計參數


          表1:空調設計室內計算參數

          新建別墅要不要裝空氣源熱泵兩聯供?來看看設計和運行分析_2

          3.2項目所在地室外氣象條件參數


          通過查暖通設計規范知,江西贛州市所屬建筑熱工氣候分區為夏熱冬冷地區,其室外設計計算參數如下表:


          表2:室外計算氣象參數

          新建別墅要不要裝空氣源熱泵兩聯供?來看看設計和運行分析_3


          4、負荷計算及末端選型


          4.1空調負荷計算


          空調區域的夏季冷負荷由以下各部分組成:人體冷/濕負荷、燈光/設備冷負荷、新風冷/濕負荷、滲透冷/濕負荷、外墻和屋面冷負荷、外窗和天窗冷負荷、內圍護結構冷負荷等。影響建筑物室內溫度變化的主要因素是室外溫度,考慮到了其隨著時間的變化負荷也隨之變化的這一現象,空調負荷計算時是對每個時間的負荷分別進行計算匯總,并比較逐時冷負荷的最大值作為空調計算負荷。


          本工程中缺少建筑外圍護結構的熱工性能資料,故根據工程經驗采用估算指標值進行了負荷計算。需要指出的是,戶式中央空調系統的風機盤管選型與商用中央空調選擇略有不同。商用中央空調的使用率比較高、末端設備同時開啟率比較高。而戶式項目不同,由于家庭成員個體感官的差異比較大,另外節能意識會更高,空調系統一般會處于間歇運行狀態,所以在一定時間內這樣會加大單個房間的負荷。因此在風機盤管選型上,較常規大型中央空調負荷應大30%~40%。


          4.2風機盤管選型


          本項目風機盤管選型結果如下表:


          表3:各房間的風機盤管機組選用表

          新建別墅要不要裝空氣源熱泵兩聯供?來看看設計和運行分析_4


          本別墅項目中風機盤管設備選用國際知名品牌、3排管、帶回風箱的機組,噪聲低、換熱效率高。


          風機盤管機組一般與書柜、衣柜及吊柜配合裝修安裝,氣流組織方案采用“側送上回”的方式,其具體安裝圖詳見施工圖。


          4.3地暖末端選型設計


          應該別墅的業主方要求冬季采暖要求舒適性和節能性,因此末端設計采用低溫熱水地板輻射采暖系統。


          本別墅的空間較大,落地窗較多且房間功能不同地面材質也有區別,因此地暖盤管間距設計很重要。因此為保證的地暖房間室內溫度分布的均勻性,設計采用“回”字形管路鋪設方法,且在冷墻和落地飄窗處的地暖盤管局部加密采用間距為15cm,其他位置為20cm。每層設置單獨的分集水器,每一回路的地暖盤管長度均保持在100米以內,并進行了詳細的水力平衡計算。


          根據房屋的使用性質和甲方的要求、結合工程實踐經驗,設計成為區域控制和分層分室控溫相結合的溫控方式。臥室等主要房間設計為分室控溫,客廳、餐廳等區域采用了區域控制。具體的設計和施工工藝詳見圖紙。


          4.4 水系統設計


          本工程地處大余高檔別墅小區,業主方單位要求所選工程材料必須是綠色環保材料;根據目前有關規范再加上冬季需要制熱,空調供回水管設計采用無規共聚聚丙烯(PP-R)熱水管、冷凝水管采用PVC硬質塑料管,保溫材料采用B1級橡塑保溫管殼、外包白色塑料空調用膠帶。


          空調水系統采用異程兩管制水系統,系統補水口在水泵吸水口處或蓄能水箱上,采用自來水補水,在補水管上設有過濾器和自動補水閥(具有壓差控制和止回功能)。


          由于戶式中央空調管路系統的水容量較小,系統熱穩定性差、水溫波動大,會造成主機得起停過于頻繁,影響空調效果及主機壓縮機壽命。根據熱平衡原理,此時應加大系統水容量,手段有兩種一是采用增加蓄水水箱、二是增大系統管徑。本項目中我司設計采用增設蓄水水箱的方案,這樣既可以增加系統水容量,也可以做成二次水系統,運行更加可靠節能。


          風機盤管末端、地板采暖末端的水流量控制選用的是變流量的方式,主管道之間增加安裝壓差旁通閥來滿足二次水系統管路中的最小水流量需求。


          4.5冷熱源選型


          本工程經過前述設計計算,可知空調冷負荷/地暖熱負荷分別為27.5kW/19.3kW。


          別墅建筑的居住空間較多,家庭成員入住又不集中,造成同時使用率會時高時低,所以主機選型很重要。主機選型過小,會造成前期投資偏高,性價比下降;主機選型過小又會使機組長期處于運轉狀態,影響主機壽命。


          本項目甲方家庭成員較多,且無380V三相電源條件,綜合分析后冷熱源機組選用空氣源兩聯供機組,設備的主要技術參數見下表:


          表4:二聯供空調機組技術參數表

          新建別墅要不要裝空氣源熱泵兩聯供?來看看設計和運行分析_5


          本項目中按空調夏季冷負荷初選機組。


          取本工程空調系統間歇負荷增加系數為1.1、同時使用系數為80%,可計算得知空調機組匹配容量應為:27.5*1.15*0.8=24.2kW,則主機臺數n(=24.2/12.6)≈2臺。


          眾所周知,隨著室內溫度的降低,建筑物的熱負荷也逐漸增大。但同時空氣源熱泵受氣候條件影響特別大,尤其是在機組結霜工況下運行時機組效率會下降很多。因此,必須空氣源二聯供機組的實際供熱量進行校核分析,合理確定熱泵主機以及輔助熱源的容量。


          冬季主機制熱量校核計算:查該二聯供產品樣冊及實驗室測定數據,可知在贛州市環境溫度為室外空調計算干球溫度0.5℃時、機組出水溫度為45℃、供回水溫差為5℃運行時,機組的實際制熱量約為額定工況條件下的80~85%,即在項目所在地運行在最不利環境條件下2臺機組的制熱量能保證≮24KW(=15.0*0.80*2=24kW),且大于地暖末端系統滿負荷運行時所需的19.3kW的熱負荷。因此不需另外設計輔助熱源。


          綜上所述,所選的2臺機組可以同時滿足夏季空調系統和冬季地暖末端的需求。


          5、系統設計


          5.1 定壓裝置


          空調水系統為閉式系統、且運行過程中伴隨著溫度變化,需要定壓,家裝項目系統較小、且安裝空間不允許高位設置開式膨脹水箱,因此采用隔膜式的氣壓罐定壓方式。


          5.2 排氣裝置


          管路系統的最高點或局部高點都設計并安裝有自動排氣閥;每臺風機盤管設備自帶手動排氣閥;蓄能水箱頂部亦設有排氣裝置。


          5.3 控制系統


          5.3.1主機控制


          空調機組的啟??刂撇捎昧藘煞N方式:一種是機組面板就地控制;另一種是采用室內溫控開關聯動控制??照{機組可根據回水溫度(一般制冷時為12℃、制熱時為40℃)控制機組壓縮機的啟停,目前市場上的戶式冷熱水機組主要是采用壓縮機啟??刂苼磉_到節能的目的。另外,空調機組自帶低水溫保護、缺水保護、高低壓保護等功能。


          5.3.2末端控制


          末端機組的控制器可以根據室溫自動控制風機盤管的運行,還可以做到定時開關功能。


          5.3.3末端與主機的系統連鎖功能


          主機與末端可以實現連鎖控制,當任一個溫控開關(風機盤管機組)開啟時,空調機組自動開啟;當所有溫控開關(風機盤管)都關閉,主機自動關閉。在每個季度只需對空調機組的啟動按鈕操作一次,以后無需用戶對主機直接操作。這種連鎖系統使用戶的使用更加節能、方便。


          5.3.4缺水控制


          主管路設有自力式壓差控制系統,當系統缺水運行時保證主機側有足夠的水流量。當空調主機缺水運行時,會開啟水流故障報警,關閉壓縮機及水泵的運行。


          6、運行效果


          本空調系統自2015年夏天運行至目前的采暖季(截止于2016年2月)運行情況良好,均達到了室內設計溫度、室內噪聲值較小,用戶滿意度很高。


          客廳在第一個采暖季運行初期效果不是很理想,后來通過排氣、支路的流量平衡調節等手段調試后,其所在樓層地暖分集水器覆蓋的各個房間溫度分布均勻、且室內溫度都達到了設計要求。


          空氣源兩聯供機組作為系統冷熱源設備,一機多用,夏季作為空調冷源、冬季為地暖系統的熱源,在該區域夏季冷負荷與冬季熱負荷之比約為1.5,根據夏季冷負荷選擇的機組,冬夏利用率均比較高,相對更加經濟。系統的設計務必根據設備的使用壽命、初投資、設備利用率、對環境的保護等各方面結合實際情況做出最合理、經濟的工程配比。


          經過大量理論和工程實踐可知,空氣源熱泵機組與低溫熱水地板輻射采暖末端系統是一種很好的組合方式。



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