風(fēng)冷熱泵型家用中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析
一、家用空調(diào)和綠色建筑
近幾年來(lái)，隨著人民群眾生活水平的大幅度提高，上海市人均居住面積從4平米持續(xù)增長(zhǎng)到10平米持續(xù)增長(zhǎng)到，人民的生活質(zhì)量有了極大的提高。對(duì)住宅需求猛增且不再滿(mǎn)足于60—70平米持續(xù)增長(zhǎng)到類(lèi)似的二房一廳范疇，而是朝著90—250平米持續(xù)增長(zhǎng)到多居室、小別墅的方向發(fā)展，在小區(qū)綠化環(huán)境、文化氛圍、房型設(shè)計(jì)、功能要求和室內(nèi)裝修均已達(dá)到小康水平的條件下，空調(diào)成了家居、辦公樓、娛樂(lè)場(chǎng)所必備的電器設(shè)備并對(duì)空調(diào)的應(yīng)用方式提出了更高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)到2000年上海每百戶(hù)居民擁有的空調(diào)數(shù)已達(dá)90%左右，許多家庭已實(shí)現(xiàn)一戶(hù)多機(jī)或一室一機(jī)，使上海的空調(diào)擁有量已超過(guò)了一些發(fā)達(dá)國(guó)家，不僅如此，房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商還適時(shí)提出了“綠色建筑”的新概念。所謂“綠色建筑”，就是“資源有效利用”的建筑。總起來(lái)說(shuō)，“綠色建筑”就是綜合利用資源、節(jié)能、環(huán)保、親近、回歸自然和健康，是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑。由于“綠色建筑”對(duì)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)給予特別的重視，要求室內(nèi)聲、光、熱等環(huán)境物理因素和室內(nèi)空氣品質(zhì)中諸多物理和化學(xué)因素都能達(dá)到潔凈、清新、安全的標(biāo)準(zhǔn)，顯然所有建筑都單一使用分體式空調(diào)不能適應(yīng)綠色環(huán)保的要求。家用分體式空調(diào)存在一些弊病：
1）目前市場(chǎng)供應(yīng)的空調(diào)整機(jī)性能系數(shù)COP比較低，只能在2.7—3.1之間俳徊。家用空調(diào)器是一般家庭中能耗最大的電器。以上海為例，上海有400萬(wàn)個(gè)家庭，空調(diào)擁有量應(yīng)不少于360萬(wàn)臺(tái)，耗電量較大。如COP值降低0.1，總耗電量就增加3.4%.
2）由于分體式空調(diào)的空氣只能在室內(nèi)循環(huán)，沒(méi)有新風(fēng)供應(yīng)，致使室內(nèi)空氣品質(zhì)難以保證，CO2量增加使室內(nèi)的空氣污染。而且空調(diào)器的過(guò)濾效率不高，尤其是對(duì)粒徑在10μｍ以下的可吸入粉塵幾乎不起作用，因此易導(dǎo)致空調(diào)綜合癥和某些疾病的交叉感染，對(duì)人體健康產(chǎn)生不利的影響。
3）對(duì)老式建筑，分體式空調(diào)的室外安裝機(jī)一般在墻體立面上豎架懸掛，既破壞了墻體，又有礙觀瞻。且冷凝水隨處排放，室外機(jī)的噪聲和廢氣也對(duì)環(huán)境造成污染。大量的懸掛室外機(jī)對(duì)人身安全也存在著隱蔽的威脅。
根據(jù)上述分析，對(duì)某些大面積、多居室的住宅建筑一室一機(jī)，一戶(hù)多機(jī)的模式已違背綠色建筑的要求，發(fā)展小型的家用中央空調(diào)系統(tǒng)勢(shì)在必行。
二、家用中央空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)
家用中央空調(diào)系統(tǒng)是一種新概念的超微型中央空調(diào)。采用家用中央空調(diào)系統(tǒng)的建筑需專(zhuān)用管道，所以較適合相對(duì)獨(dú)立（使用面積在90—250平米持續(xù)增長(zhǎng)到，至大到1000平米持續(xù)增長(zhǎng)到）的住房、別墅、辦公室、餐廳和娛樂(lè)場(chǎng)所。本設(shè)計(jì)采用空氣水熱泵型家用中央中調(diào)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是：
1）整套或整幢建筑中央空調(diào)有一臺(tái)主機(jī)帶動(dòng)多臺(tái)末端設(shè)備，夏天制冷，冬天供熱。機(jī)組可根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行條件下比普通分體式空調(diào)節(jié)能20%左右。
2）機(jī)組可安裝在陽(yáng)臺(tái)屋頂和庭院中，無(wú)須另設(shè)機(jī)房，不用破壞墻體立面，靈活方便。
3）綜合利用資源，可利用制冷時(shí)排出熱量供應(yīng)熱水。
4）設(shè)置節(jié)能型新風(fēng)系統(tǒng)，給室內(nèi)送清新空氣，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，提供舒適健康的生活環(huán)境。
5）由于該系統(tǒng)專(zhuān)屬于每家每戶(hù)，不存在住宅集中空調(diào)的收費(fèi)問(wèn)題。避免了由于計(jì)費(fèi)方式和使用情況的不同引發(fā)的矛盾，有利于物業(yè)管理。
三、風(fēng)冷熱泵型家用中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
風(fēng)冷熱泵型家用中央空調(diào)是以室外空氣為“熱源”，通過(guò)機(jī)械做功，輸出熱量，解決中央空調(diào)的冷熱水供應(yīng)，調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度。所謂“熱泵”，凡是可以在低溫環(huán)境下吸收熱量，并將其位能提高后，向高溫環(huán)境輸出熱量的裝置機(jī)械，都可稱(chēng)作“熱泵”。其優(yōu)點(diǎn)是不用水冷，可省略冷卻塔，水泵組成的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，節(jié)能、節(jié)水還可降低總投資。
風(fēng)冷熱泵型家用空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用條件為：
1.冬季室外空調(diào)計(jì)算溫度應(yīng)在-10℃以上，機(jī)組蒸發(fā)溫度<-8℃，連續(xù)運(yùn)作時(shí)間<110h。
2.冬季空氣溫度較低，即每年累計(jì)除霜時(shí)間500—1000h，每kg干空氣累計(jì)除霜量7—20kg。對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)此條件比較適宜。
對(duì)一般使用面積在100—120平米房間，機(jī)組功率采用3kW主機(jī)，以每增加20—30平米遞增0.75kW計(jì)算，就可初步確定機(jī)組選用功率，其制冷能力10.8—19.5kW，熱能力達(dá)11.5—21.3kW。
風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是必須按最佳平衡點(diǎn)溫度（即風(fēng)冷熱泵的傳熱量等于建筑物耗熱量的室外計(jì)算溫度值）來(lái)選用熱泵。是否增設(shè)輔助熱源，要視冬季室外溫度而定。如果室外溫度在平衡點(diǎn)以下，要添加輔助熱源。輔助熱源一般采用電加熱器。其制冷工況為環(huán)境溫度35℃，回水溫度12℃，出水溫度7℃；制熱工況為環(huán)境溫度7℃，回水溫度40℃，出水溫度45℃。
其次，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是防霜和除霜。現(xiàn)在常用的防霜辦法是增設(shè)輔助室外換熱器；常用的除霜方法是用電子膨脹閥來(lái)轉(zhuǎn)換工況用熱氣反沖。由于除霜必然引起能耗加大和熱水溫度的波動(dòng)，因此要合理安排除霜周期。
另外，設(shè)計(jì)時(shí)也必然考慮機(jī)組的安裝位置和噪聲控制。一般機(jī)組安裝位置要進(jìn)風(fēng)通暢，風(fēng)速控制在3—4m/s，排風(fēng)不受阻擋，尤其是出風(fēng)口的上方不應(yīng)有阻擋物，否則會(huì)引起排風(fēng)氣流短路，熱保護(hù)動(dòng)作而停機(jī)。
四、結(jié)束語(yǔ)
以上分析了風(fēng)冷熱泵家用中央空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，應(yīng)用和設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題。風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)與其它類(lèi)型的空調(diào)系統(tǒng)相比熱效率稍低，但由于其自身獨(dú)特的分體結(jié)構(gòu)，組合比較方便，機(jī)組可根據(jù)負(fù)荷變化，尤其在部分負(fù)荷運(yùn)行工況下，自行調(diào)節(jié)，有顯著的節(jié)能功能，具有冷、暖、洗浴供水功能，適合于中小型建筑和一般家庭使用，應(yīng)得到更多的推廣和使用。
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