0 引言 水源多联机是多联机产品一种新的形式,自国内第一台水源多联机在市场上正式推出到 现在已有6年之余,越来越多的品牌加入到该产品的开发和推广中来,使得水源多联机在国 内中央空调市场愈加活跃。目前,水源多联机产品从适用水温范围上大致分为两种:一种为常温型,其运行水温要求范围为 10~45℃;另一种为低温型,运行水温要求范围为-5~40 ℃。产品容量从 3~60 HP,应用范围涵盖了办公、公寓、别墅等建筑类型。
0 引言
水源多联机是多联机产品一种新的形式,自国内第一台水源多联机在市场上正式推出到 现在已有6年之余,越来越多的品牌加入到该产品的开发和推广中来,使得水源多联机在国 内中央空调市场愈加活跃。目前,水源多联机产品从适用水温范围上大致分为两种:一种为常温型,其运行水温要求范围为 10~45℃;另一种为低温型,运行水温要求范围为-5~40 ℃。产品容量从 3~60 HP,应用范围涵盖了办公、公寓、别墅等建筑类型。
1 水源多联机工作原理
水源多联机是以水作为冷热源的多联机空调系统,由水源主机和室内机部分组成。水源多联机的室内机是普通的制冷剂直接蒸发式室内机,在室内机里流动的是制冷剂;
水源多联机主机是将传统的风冷换热器改为水冷换热器,一般采用的是板式换热器或套管换热器。水源多联机是从室内侧通过制冷剂吸收空气中的热量(与普通风冷多联式空调相同),经由制冷剂传递到水源多联机主机,在主机换热器里将热量传递给水(这个过程和普通水源热泵相同),从而达到室内侧制冷降温的目的。室内侧制热是利用四通换向阀来改变制冷剂的流向,是从主机换热器的水中吸取热量,通过制冷剂传递到室内机内向空气放热,从而达到制热的目的。
2 水源多联机水系统设计注意事项
2.1 水源多联机主机循环水的设计流量
同普通中央空调系统设计一样,采用水源多联式空调系统,首先要依据建筑所在地的室 外气象参数和室内要求的空气参数及建筑、照明、人员等条件,按照设计规范计算各个分区或房间的空调冷负荷和热负荷,这是计算空调系统循环水流量的基本依据。
夏季供冷时,需要根据整个空调系统需要释放的总热量来计算循环水量。最大释热量发生在与建筑最大冷负荷相对应的时刻,包括各空调分区内水源多联机系统释放到循环水中的热量(包括空调冷负荷以及水源多联机机组的耗功)、循环水在输送过程中的得热量、循环水泵等耗电附件释放到循环水中的热量。将上述三项热量相加就可得到供冷工况下整个空调系统释放到循环水中的热量。
最大释热量=∑[空调分区冷负荷×(1+1/EER)]+∑输送过程得热量+∑水泵等释热量 其中,EER为对应空调分区内所有水源多联机的平均制冷性能系数。冬季制热时,需要根据整个空调系统需要吸收的热量来计算循环水量。最大吸热量发生在与建筑最大热负荷相对应的时刻,包括空调分区内水源多联机系统从循环水中的吸收热量(空调热负荷,并扣除水源多联机机组的耗功)、循环水在输送过程中的失热量并扣除循环水泵等耗电附件释放到循环水中的热量。将上述三项热量相加就可得到供热工况下需要从循环水中吸收的总热量。
最大吸热量=∑[空调分区冷负荷×(1-1/COP)]-∑输入过程得热量-∑水泵等释放热量。
其中,COP 为对应空调分区内水源多联机的制热性能系数。水源多联机不管是应用在水环工况、地下环路工况还是地下水工况中,其主机循环侧的最大水流量,皆应按照上述要求去计算,并校核单台水源主机的水量是否满足主机要求。
2.2 水源多联机主机对循环水水流量的要求
水源多联机在冬季制热时,冷媒需要从循环水中吸取大量的热量,如循环水量过小,水流速过慢,极易造成换热器内水的结冰膨胀,对换热器内部结构造成极大的损坏,甚至开裂。其后果不仅损坏换热器本身,还可能导致水系统与制冷剂系统连通,水进入制冷剂系统,损坏压缩机等核心部件。因此要求水源多联机单台主机在运行过程中其水流量必须满足设计要求,并保持稳定,即单台主机定流量运行。此外要特别注意安装在最不利环路末端的主机流量。
对于整个水循环系统来说,规模较小的建筑,当水源多联机主机台数较少(GB50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》规定设计冷负荷不超过527kW),循环水系统较小时,为节省初投资,可直接采用定流量运行;规模较大的建筑,水源多联机主机台数较多,主机同时开启率较低,为了节省循环水泵的能耗,循环水系统宜采用变流量系统。为保证水源多联机主机定流量的要求,在各层支管主管道上设置定压差阀(压差控制器),确保各支路的压差稳定。水源多联机主机入口或出口管段上还应安装与主机启停连锁控制的电动二通阀,且电动二通阀先于机组打开,后于机组关闭。
同时,为了防止流量异常对主机换热器造成损坏,须在水源多联机主机出水管上安装水流开关,水流开关与主机连锁,当水量减少、水流开关动作后,主机停机保护。变流量系统水源多联机主机接管如图1所示,定流量系统水源多联机主机接管如图2所示。
图1变流量系统水源多联机主机接管大样图
2.3 水源多联机主机对循环水水温的要求
国内水源多联机目前有常温型和低温型水源多联机两大系列,具体的产品类别如表1所示。
表1 某品牌两种水源多联机的适用水温和特点
产品类型 |
适用水温 |
机组特点 |
常温水源多联机 |
制冷运行 10~45℃ 制热运行 7~45℃ |
机组结构小巧,能效比高,适用水环和地下水工况 |
低温水源多联机 |
制冷运行 7~40℃ 制热运行-8~30℃ |
低水温制热能力强劲,适用地下水和地埋管工况 |
常温型水源多联机和低温型水源多联机的运行水温基本涵盖了 GB/T19409—2013《水(地)源热泵机组》中规定的所有工况,如表 2 所示,因此,水源多联机可在水环工况、地下水工况和地下环路(地埋管)工况下长期稳定运行。
表2 使用容积式制冷压缩机的机组正常工作的冷(热)源温度范围
机组形式 |
制冷 |
制热 |
水环式机组 |
20 ~40 ℃ |
15 ~30 ℃ |
地下水式机组 |
10 ~25 ℃ |
10 ~25 ℃ |
地埋管式机组 |
10 ~40 ℃ |
5 ~25 ℃ |
地表水(含污水)机组 |
10 ~40 ℃ |
5 ~30 ℃ |
在进行系统设计时,设计供水温度宜在机组额定供水温度附近,以保持系统高效、可靠、节能;当水温偏离标准工况时,应按照厂家技术资料对主机能力进行修正。 应该注意的是,对于低温型水源多联机,当制热运行设计出水温度低于4℃时,须在循环水中添加乙二醇防冻液,以降低水的冰点,防止结冰对主机造成损坏。在使用乙二醇等 防冻液时,注意使用缓蚀剂以保证循环水的pH值在7.5左右。应避免使用盐水作为防冻液加入循环水中,因为盐水对管路和主机具有较大的腐蚀性。
2.4 整个水系统的平衡与承压问题
水源多联机整个水系统的设计方法与传统水源热泵及冷水机组类似,分为同程式布置和异程式布置。 不同之处在于,传统水源热泵及冷水机组,其单台主机制冷量大,且主机一般与水处理设备、循环水泵、中间换热器等安装在地下室的特定机房内。 而水源多联机主机与风冷多联机类似,受末端氟系统管道长度的限制,主机一般就近安装在空调区内的分散机房内,或每层一个小面积机房,或三两层一个机房,主机数量可达几十台甚至上百台。 对于有些项目,主机过于分散放置带来的一个问题就是,管路设计时平衡难度增加,多数项目普遍需要在支路上安装必要的水力平衡阀,一是增加了项目成本,二是增加了运行调试的难度。
由于水源多联机要求单台主机定流量运行,且多联式空调系统自动化程度高,对运行过程中流量波动非常敏感,在现有项目中,经常出现由于水系统设计不良,导致的水源主机流量不达标,水流开关动作,主机停机影响使用的情况,因此必须做好整个水系统的水力平衡设计。
目前已有很多超高层项目应用了水源多联机,特别要注意在此类建筑中,底部设备的静水压力和运行压力过高,可能会超过主机的最大承压能力,因此必须对设备的承压能力进行校核,这是系统安全运行的必须要求(GB50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第8.1.8条强制性要求设备和管路及部件的工作压力不应大于其额定工作压力)。
这里需要特别注意的是,地埋管土壤源热泵系统,由于系统循环水直接送入水源多联机主机进行循环,地埋管最低点承受的水压力不仅仅是图3所示H1,还包括地面至最高点主机的静水压力H2,这与地下集中式制冷机房的土壤源热泵系统有所区别。因此,地埋管设计时应着重考虑地埋管的承压能力,必要时,应设中间换热器将地埋管系统与主机水系统分开。
3 工程案例分享
“李兆基科技大楼”位于清华大学校园南门东侧的显著位置,是值清华大学百年校庆之际,由香港恒基兆业地产集团主席李兆基先生捐资两亿人民币与清华大学共同建造。该项目地下4层为各类型科学实验室,空调系统采用日立水源变频多联式空调系统,仅用于夏季制冷,冬季由市政热网供暖。水源主机分布在每层4个角落的机房内,由地下4层机房内的分 集水器统一供回水,在6层室外平台放置两台开式横流冷却塔,为空调系统提供冷源,冷却塔供回水温度 35℃/30℃。设置两台板式换热器,进行中间换热,换热温差取2℃。整个 系统采用变流量运行,循环水泵两用一备,变频控制,循环水流量640m 3 /h,在分集水器间设置压差旁通控制阀,当水泵频率变化到最小限定值时动作以控制供回水压差。空调水系统原理图如图 4 所示。
图4 空调水系统原理图
4 结语
在国内,越来越多的高端项目选择或考虑采用水源多联机,其应用案例在国内已小有规模。作为一种相对较新的技术形式,解决好水源多联机水系统的设计问题之后,将能最大程度地发挥其系统优点,水源多联机将会有更为广阔的市场前景。
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