风冷热泵型空调系统设计*

贵州省建筑设计研究院有限责任公司，贵州 贵阳 550081

随着社会经济的快速发展，人们对居住环境的要求越来越高。在设计房间空调时，不仅要保证空调的设计具有经济性和合理性，还要注意提高环境的舒适度。在此条件下，风冷热泵空调由于运行安全性能好、成本低，在后期维护和管理方面不需要花费大量的人力、物力，被广泛应用于现代建筑环境中。

1 风冷热泵概述

风冷热泵空调系统（见图1）因为其适应性高、稳定性高，所以被广泛应用于公共场所及居民家庭中，其主要由压缩机、储液罐、蒸发器、冷凝器、过滤器等部件组成，这种设备在应用过程中具有热泵热水系统的全天候使用和智能化控制等优点。风冷热泵广泛应用于民用建筑空调及生活热水供应，热泵有不同的运行方式。目前，主要有四种热泵，分别是仅用于冬季供暖的热泵，冬季供暖夏季制冷的热泵，冬季供暖夏季制冷以及生活热水三用热泵，冬季供暖夏季制冷以及生活热水、热回收方式用热泵四种。

图1 风冷热泵型空调机组实物图

2 风冷热泵型空调系统设计

2.1 各房间冷负荷分析

空调负荷主要包含空调的热负荷和冷负荷两种，主要是在保证室内空气参数指标符合设计要求的条件下，依照实际情况给建筑物提供相应的冷热负荷输出，空调负荷的高低很容易受到外部因素的影响，如室内设备的散热情况、室内人员的数量、外部结构的情况以及室外温度等均会影响空调的负荷。

对各房间的冷负荷进行分析，首先要计算空调负荷，了解当地的气候参数，日平均温度，以便后期进行室内外温度设计。通过相关的空调负荷计算软件来模拟计算该动态空调负荷，并对全年空调负荷进行分析，发现建筑中满负荷的比例相对较低，大部分时间空调负荷低于最大负荷的50%，因此在空调冷热源配置时需要对冷热负荷的全年分布情况进行充分分析，另外还需要考虑全年冷热不平衡的问题。

在设计风冷热泵型空调系统时需要重视空调系统，在提供能量和热量时符合建筑物的要求，控制建筑的冷热负荷，并进行相应的调整和操作。

热泵机组的容量既要考虑大楼各部分同时使用的系数，还要考虑热泵的实际制冷量和实际供热量会因设备间距限制等原因造成通风不畅，另外，还需要注意室外换热器表面积灰和表面结垢、设备衰减等因素的影响，故所选择的热泵机组应考虑安全系数。可用如下公式表示：

式中：Q为热泵机组在设计工况下的制冷（供热）量，kW；Qd为出厂设计计算负荷，kW；B1为同时使用系数，由具体工程定，一般取0.75～1.0；B2为出厂安全系数，一般取1.05～1.10。

在计算时，需要注意风冷热泵机组的综合应用，不仅要符合夏季的制冷需求，还要重视冬季供暖，不同热泵机组在制热和制冷方面的参数相差较大，通常以办公室为主体的建筑在设计冷热功能时，需要保证其供热负荷在夏季制冷量的75%～80%[1]。热泵机组冬季制热工况下需要考虑热泵的结霜影响，适当增加一定容量。

2.2 机组的选择

常见风冷热泵型机组运行过程中，需要依照组合规模和基础结构大小进行分类，具体的类型有以下两种。

（1）模块式热泵。模块式热泵是通过多个热泵单元并联而产生的热泵机组。这种热泵机组在运行过程中，任何一个单元出现故障都不会对其他单元的工作产生影响，优点在于振动幅度小，而且噪声低，安装和运输操作方便，缺点在于对水质的要求较高，故障率较高，通常适合一些特殊的场所。

（2）整体式热泵。从外观来看，整体式热泵和模块式热泵之间没有较大的差别，但是内部具有多个制冷回路和压缩机，无法有效地对其进行分解处理。因此，在选择风冷热泵型空调系统时需要与实际情况相结合，并进行有效控制。

2.3 空调水冷系统

（1）空调水冷系统的布置。通过双管供应冷冻水，该系统运行设计结构较为简单，而且不需要投入大量的资金来进行建设和维护，在设计之初，为了能够保证节能的效果，防止管内出现过多杂物，使用封闭式系统让管道和大气接触面积降低，减少灰尘的堆积。在风冷热泵机组中，使用异程式系统进行立管供水，并且合理布设各层水管[2]。

（2）冷冻水泵的选择。在选择冷冻水泵时，需要根据蒸发器的标准和循环泵的扬程数据进行选择。同时，需配备合理的控制系统，这样可以达到较好的节能效果。

（3）水泵配管的布置。为了防止水泵运行时出现震动和噪声，将这些噪声振动传递到配管上，需要使用软管连接各水泵管道。通常在出水口的位置设置止回阀，这样可以有效防止出现水逆流等问题。为了保证在非工作状态不需要排空系统中的纯水，在水泵吸入口的位置设置进口阀，在压出管的位置设置出口阀，这是为了方便后期进行维护和管理，还需要配备压力表、温度计和真空表等检测设备，以满足整个系统正常运行的需要。

2.4 冷冻水供回水管、冷凝水管

在安装供回水管时，注意适当设定一定的坡度，以便顺利回水。在设计冷凝水管管径时需要注意，为了保证及时排除冷凝水，设计时风机盘管凝结水盘的进水坡度需要超过0.01，另外，在水流方向方面也需要设置相应的坡度，坡度一般要超过0.003，这样可以保证整个管道中不会出现积水的问题。为了防止机组运行时产生负压冷凝水倒流，需要在基层末端设置冷凝水回水弯。

2.5 水管系统中的阀门

（1）放气阀。放气阀主要设置在管道末端的最高位置，在冬天使用时热水中可能会出现一定的气泡，气泡会对供暖的效果产生影响，需要及时通过水管放气阀将其排出。

（2）蝶阀与球阀。为了保证各楼层和办公区域之间能够单独控制供回水，需在每个房间和楼道内设置球阀和蝶阀，这样在检修时可以单独将某一区域的供回水关闭，以便后续排查，从而有利于提高系统运行的稳定性。

2.6 管道保温、防腐

空调风管需要考虑采取保温措施，另外需要注意保温层的防火规范，在管道施工时需要全面清洁表面的杂物和污垢，并且做好防锈漆的涂刷工作。空调水管也需要根据不同的环境采取保温措施[3]。

2.7 冬季风冷热泵新技术应用

冬季开启空调水侧换热器和空气侧换热器能够实现制热效果；开启全部热回收器和空气侧换热器能够实现热回收效果。不可同时开启热回收模式和制热模式，需要借助分时启动控制，先开启热回收模式，等到水温满足一定的要求之后再开启制热模式。如果在过渡季节运行，需要开启全部热回收器和空气侧换热器，以此实现热回收效果。通常情况下，需要将空调水侧热交换器和全部热回收器进行并联安装，因为需要将系统的全部冷凝热吸收，所以需要全部的空调水侧热交换器和热回收器的换热效率以及换热面积相似。随着技术的进步，应用于低温工况下的低温空气源热泵已经解决了在低温条件能高效制热、融霜除霜控制问题，同时具有低成本、运行可靠的特点。此外，吸收式空气源热泵技术、无霜型空气源热泵技术目前也处于应用研究阶段中。

3 结束语

随着当前社会经济的快速发展，人们对建筑环境舒适性的要求也逐步提高，与其他空调系统相比，风冷热泵空调系统具有非常明显的优势，比较适合小型建筑。因此，相关工作人员需要对风冷热泵空调系统的设计要点进行深入学习，熟悉相关的设计要点和施工规范，以保证风冷热泵空调系统能够有效工作，进而提升建筑物的舒适度。