风冷热泵型空调系统的设计探讨

　1 引言
随着社会经济的发展，人们对居住环境的要求越来越高。在对建筑结构进行空调方案设计过程中，不仅要满足空调设计的合理性和经济型，而且还要满足建筑物内居民的舒适度要求。在此背景下，风冷热泵空调系统不仅具有较低的运行成本，而且安全性能较好，便于后期的管理和使用，在现代建筑中的应用日渐广泛。因此，研究分析风冷热泵型空调系统的设计具有重要的现实意义。
2 项目概述
某市办公楼建筑，该办公楼共四层，总建筑面积为2900m2。房间类型包括：一层大厅，二、三层办公室，会议室，接待室，大厅，套间，盥洗室，卫生间等，本工程主要是针对该栋办公楼建筑进行中央空调系统的设计。
由于本工程的建筑规模较小，没有地下室建筑结构，无法采用螺杆式冷水机组。所以统筹考虑之下，空调冷热源优先选用风冷热泵机组，也减少了冷却系统的安装，机组安装在建筑物的屋顶平台之上。作为办公楼，本工程每层的楼层高度较低，如果安装全空气系统风管，风管较大，会占据办公室较多的上部空间，给室内造成压抑的感觉。同时不同办公区域的作息时间也存在一定的差异，需要对不同空间的办公区进行不同的控制和调节。
结合以上实际情况，本工程空调冷热源采用模块式风冷热泵系统，空调末端采用风机盘管加新风系统。这样不仅可以实现空间的灵活布置，而且还能满足不同办公区域的独立温度条件控制。当办公区无人时，可以单独关闭该区域的末端风机盘管，并不会影响其他房间空调的使用。
3 风冷热泵型空调系统的设计
3.1 各房间冷负荷计算
所谓空调负荷，包括空调的冷负荷和热负荷两种，其主要是指当确保室内的空气相关参数指标满足设计要求时，单位时间内需要给建筑物提供的冷量或者热量数值。空调负荷的高低很容易受到外界因素的影响，例如室内人员的数量、室内设备的数量和散热情况、建筑结构的围护结构性质以及室外温度情况等。
在对风冷热泵型空调系统进行设计过程中，最重要的目的是实现空调系统在提供冷量或者热量过程中，正好满足建筑物的需求，并可以随着建筑物冷（热）负荷的变化，随时做出相对应的调整。
此外，在计算过程中，要注意风冷热泵机组不仅要满足夏季的供冷需求，而且还需要满足建筑冬季的供暖需求。而不同的热泵机组在制冷量和供热量的参数方面也存在着较大的差异。一般情况下，对于办公为主的建筑结构，在进行冬季供暖设计时，其供热负荷应为夏季制冷量的70～85%。
本工程根据国家规范及相关规定，并结合办公室各功能区负荷，最终逐项计算出本工程夏季冷负荷为435kW；空调热负荷为467.2kW。
3.2 机组的选择
常见的风冷热泵型空调系统的机组，根据机组结构大小、组合规模不同可分为以下几种类型：
（1）模块式热泵：由若干个热泵单元并联组成的热泵机组，相对个单元的增加组合较为灵活，任何一个热泵单元出现故障，都不会影响其他单元的正常工作。其优点是噪音较低、振动幅度小，在运输安装过程中，操作方面快捷。但缺点是故障率较高，对水质的要求较高。一般适用于一些特殊要求的场所。
（2）整体式热泵：从外观上来看，基本和模块式热泵没有本质的区别，虽然其内部依然存在多台压缩机以及多个制冷回路，但是无法对其进行分解处理。
因此，在进行风冷热泵型空调系统的机组选择过程中，应结合工程的实际情况进行选择，本工程选用3 台模块式风冷热泵冷热水机组，标准工况下单台制冷量为150kW，制热量为158kW。
3.3 空调风系统设计
根据本工程各房间风机盘管汇总表及风冷热泵型机组的相关技术参数，计算得风量680m3/h，室内风管风速3m/s，所以设计送、回风管尺寸500×120，风送风百叶尺寸500×160，回风百叶尺寸为500×200。新风管尺寸160×120。
3.4 空调水系统
本工程在进行空调水系统设计时，采用了闭式、异程、双管制、单式泵系统，这样的设置，可以确保在空调淡季可以为建筑提供新风，便于系统进行调节，达到了节能降排的效果。
（1）空调水系统的布置：采用两管制供应冷冻水，该种空调水系统的设计不仅结构简单，而且投资成本较低。在进行设置过程之，为了提升节能的效果，同时避免管道内出现较多的杂物，对系统采用封闭式，减少和大气的接触面积。对于风冷热泵机组，则设置在建筑的屋顶平台上，采用异程式进行供水、立管以及各层水管的布置。
（2）冷冻水泵的选择：在进行冷冻水泵设计之前，根据设备蒸发器的标准水力量，以及基于最差环境条件下实现水循环泵的扬程数据，所选择的冷冻水泵需满足每小时的流量不低于130m3，扬程不低于30m。所以最终本工程采用了输入功率为22kW 的卧式离心泵。为了平衡两水泵的压力，采用两根同程式实现冷冻循环水泵的连接，一根作为正常连接使用，一根作为备用。
（3）水泵配管布置：①为了避免水泵在运行过程中，产生的噪音和振动传递到配管上，对连接水泵的管道都安装了软性接管。②通过在水泵的出口设置了止回阀，有效的避免了断电发生时水逆流所造成的损害。③为了确保水泵在非工作状态检修过程中，无需对系统内的存水进行排空，在水泵的吸入管处设置了进口阀，在压出管处设置了出口阀。④为了便于后期的检修和维护，还设置了温度计、压力表以及真空表等检测仪表。
3.5 冷冻水供回水管、冷凝水管
（1）管道安装要求：在进行供回水管安装过程中，应适当的设定一定坡度，便于回水可以顺利的回流到机组当中。
（2）冷凝水管径确定：风冷热泵机组在运行过程中，会产生冷凝水，为了确保冷凝水的及时排除，应注意以下设计要点：
①应将风机盘管凝结水盘的进水坡度应高于0.01，对于其他处于水平方向的支干管，在水流的方向方面，也应当设置高于0.003 的坡度，确保整个管道没有任何一处产生积水的问题。
②为了避免当机组运行过程中，出现负压时，冷凝水出现倒流的问题，应在机组的末端，设置冷凝水回水弯。
③结合本工程的实际情况，在进行冷凝水管道的材料选择是，为选用焊接钢管，而是采用聚乙烯塑料管或镀锌钢管，如果管道材料为前者，无需增加保温层；如果管道材料为后者，为了防止二次结露的问题，应对镀锌钢管增加保温层的施工。
3.6 水管系统中的阀门
（1）放气阀：放气阀应设置在管路末端的最高处。当冬天采用风冷热泵对建筑进行供暖时，由于水流速度较慢，热水中可能会夹杂着大量的气泡，为了避免这些气泡影响供暖的效果，应借助水管的放气阀将其排除。
（2）蝶阀与球阀：为了实现各个办公区域、楼层的单独供回水控制，在每个楼层和房内呢，设置了蝶阀与球阀，当需要进行检修时，可以单独关闭该楼层或者该房间的供回水。
3.7 管道保温、防腐
（1）对本建筑物内的所有的风管都采用专用带防潮铝箔贴面超细玻纤毡的方式进行保温处理，对于室内的风管，采用的25mm 厚度的保温层；对于室外的风管，采用40mm 厚度的保温层。需要注意的是，保温层应确保符合相关防火规范要求。
（2）在对管道施工之前，应首先将其表面的杂物和污垢进行全面的清洁，然后进行防锈漆的涂刷，最后进行保温层的设置。对于非保温管道或者管道支（吊）架，也应当采用同样的方式，避免管道出现腐蚀问题。
4 结束语
综上所述，随着社会经济的高速发展，人们对建筑的功能性要求也越来越高。相比较其他系统，风冷热泵空调系统的优势十分明显，特别适用于一些中小型建筑和家庭用户。因此，相关工作者应当提升自身专业能力，充分掌握风冷热泵空调系统的设计要点，从而确保风冷热泵空调系统可以安全稳定的为人们提供所需的服务，提升建筑物的舒适性。