1空調負荷與容量的確定

空調負荷包括空調冷負荷和空調熱負荷?？照{冷(熱)負荷指為將室內的空氣參數維持在設計參數狀態(tài)，單位時間內需向建筑提供的冷(熱)量。這是一個受室內設計參數、室內人員、設備等散熱、散濕量、圍護結構性質、室外空氣環(huán)境參數(包括溫度濕度、氣流速度等)、太陽輻射強度等諸多因素影響的變量。在室內外設計計算參數條件下的空調冷(熱)負荷為建筑物之空調設計計算冷(熱)負荷。讓空調系統(tǒng)恰如其分地提供冷(熱)量，以滿足設計計算狀態(tài)下建筑物的需求，并隨時適應建筑物空調冷(熱)負荷及其變化的需要是空調設計的根本目的。

在空調系統(tǒng)設計過程中，空調負荷計算是第一步，空調負荷的計算應包括空調設計計算負荷的確定和各時段負荷的分析。其次，設備的容量必須滿足空調設計計算冷(熱)負荷的要求，另外設備的配置應適應空調負荷變化的特點。在以空氣源熱泵型冷熱水機組為冷源的空調系統(tǒng)設計中熱泵機組的容量既要考慮到大樓各部分的同時使用系數，還應考慮到熱泵的實際制冷量、實際供熱量會因設備間距限制等原因造成通風不暢，部分氣流短路(這部分的出力損失約占5%左右)而受到影響,和室外換熱器因表面積灰、換熱器表面結垢、設備衰減等因素的影響,故所選擇的熱泵機組尚應考慮安全系數。由公式來表示：

Q=β1·β2·QD。

式中，Q——熱泵機組在設計工況下的制冷(供熱)量KW

QD——設計計算負荷，KW

β1——同時使用系數，由具體工程定，一般為0.75~1.0

β2——安全系數，一般取1.05~1.10。

另外，熱泵機組既要滿足系統(tǒng)夏季的供冷要求，又要滿足系統(tǒng)冬季的空調供暖要求。各不同供應商的熱泵機組的額定制冷量，額定供熱量的參數不盡相同，與各地區(qū)空調室外設計參數不一定一致。對南京而言，一般供應商所提供的熱泵機組額定制冷工況條件與實際一致或相近，一般空氣干球溫度為35℃，空調冷媒水進出水溫度分別為12℃、7℃左右。而冬季制熱熱泵的額定工況條件為室外空氣溫度7~8℃，進出水水溫為50-55℃。這一條件與南京地區(qū)冬季空調設計計算溫度相差甚遠。南京氣候特征為冬冷夏熱。對于一般辦公、酒店為主的綜合樓，冬季空調供暖設計計算熱負荷約為夏季空調設計計算冷負荷的70-85%。在熱泵機組選擇時，應查看熱泵機組對應于當地設計計算氣象參數條件的真實出力。如果熱泵機組在設計計算室外參數條件下的制冷量大于設計計算冷負荷，而制熱量等于熱負荷，則應以熱負荷為準選擇熱泵。反之，如果制冷量滿足設計計算冷負荷要求，而供熱量大于所需熱量，則可考慮部分選用風冷型冷水機組，部分選用熱泵機組，以減少投資。一般情況下，按夏季負荷選定的熱泵，能滿足冬季供暖的要求。

2機組類型與臺數的確定

3熱泵的位置

熱泵的位置有下列幾種，一是置于裙樓頂，二是置于塔樓頂，三是置于窗臺，四是置于凈高較高的室內?？紤]到吊裝及日后更換等原因，熱泵被較多的置于裙樓頂。當熱泵置于裙樓頂時，要評估其對主樓及周圍環(huán)境的影響，較大的熱泵機組(≥200RT)，單機噪音在75~85db(A)左右。有必要時可加隔音屏障，或在主樓靠熱泵側避免開門，做雙層窗或高質量中空玻璃取代普通單層玻璃窗。布置于窗臺的熱泵往往是每層要求獨立配置、單獨計量的場所，只限于較小容量的熱泵，宜采用側進風側排風的形式。選用上排風熱泵時應安裝導流風管，改成側排風。即使室內有較高凈空，熱泵置于室內是不可取的，受條件限制必須設于室內時，室內應有穿堂風可利用，要有足夠的進風面積，并將排風通過風道有組織排至室外，防止氣流短路。加接排風管時，對風機應作相應調整，避免因阻力的增加而減少通風量。比較理想的方法還是將熱泵機組置于塔樓頂，以使熱泵有良好的通風條件并使噪音影響面降為最小。。但應注意，熱泵不能臨近住宅或其他對噪音要求較高的房間布置，不得緊貼住宅(客房)上面或下面布置熱泵及水泵。熱泵機組宜采用彈簧減振器隔振，減振器型號及布置點經計算確定。熱泵靠女兒墻及主樓的距離大于3m，熱泵間間距不宜小于3m，有條件時距離應加大。熱泵的布置除考慮對周圍影響小，通風好外，還應考慮管線布置、設備吊裝及以后的更換等因素，有條件時留出1~2臺熱泵位置，為發(fā)展留下余地，并為設備安裝及更換考慮足夠的荷載條件。

4水泵的選擇與布置

水泵的數量宜與熱泵的臺數相對應。熱泵與水泵的連接方式宜采用一對一串聯(lián)的方式，熱泵與水泵聯(lián)動。熱泵數量較多時，水泵可貼臨熱泵布置，水泵應具有防水性能并加擋雨吸音罩，熱泵數量較少時，水泵宜集中布置于室內。備用水泵可采用先不安裝臨時替換的方法。如果水泵采用先水泵組并聯(lián)再與并聯(lián)的熱泵組相串聯(lián)的方式，則并聯(lián)的熱泵數量不宜超過6臺，并應有可靠的水力平衡措施。這種連接方式應將水泵布置于臨近熱泵的室內，也可以置于地下室，水泵的臺數應考慮1~2臺的備用泵。在選擇水泵規(guī)格時，盡可能選低轉速泵，以減低噪音，水泵的流量可按系統(tǒng)所需流量的1.1倍選取，水泵的揚程應等于系統(tǒng)所需克服的總阻力。水泵的功耗應控制在熱泵出力的1/30之內。水泵的布置要有一定的間距，有條件時預留1~2臺水泵的安裝位置以備發(fā)展之需。水泵也應有可靠的隔振措施。

5熱泵空調系統(tǒng)末端設備的選擇

夏季工況條件下，熱泵機組額定供回水溫度分別為7℃和12℃，這與一般空調器的額定工況相一致，空調器的選擇計算與其他形式的空調系統(tǒng)一致。冬季工況條件，熱泵空調系統(tǒng)在額定條件下(室外空氣8℃)，熱泵機組的額定供回水溫度一般分別在47℃、42℃。而當室外溫度較低時，熱泵空調系統(tǒng)的供水溫度一般維持在39~40℃。這一水溫條件明顯低于鍋爐供熱系統(tǒng)的額定供回水溫度(分別為60℃和50℃)，也即低于一般空調器性能參數表中給出的額定進出水溫度(也分別為60℃和50℃)，由于水溫不一樣，空調器的散熱量有明顯差異。有學者因此認為熱泵空調系統(tǒng)末端設備應在夏季工況計算選擇結果的基礎上有所放大。但根據我們的計算，南京地區(qū)熱泵空調系統(tǒng)的末端可以采用夏季制冷工況條件下的計算選擇結果。這一方面是由于南京地區(qū)一般建筑物的供暖熱負荷小于夏季供冷冷負荷，另外，同樣的空調器，60℃進水溫度條件下的供熱量明顯大于7℃進水條件下的制冷量。冬季當進水溫度降至39~40℃時，空調器的散熱量能滿足室內供暖的要求。另外，習慣上按中檔參數選擇空調器，本身就有一定的裕量。如果熱泵空調系統(tǒng)有4個以上的制冷回路，化霜對水溫不會造成明顯的波動，故一般不會影響室內溫度的波動。但當系統(tǒng)熱泵只有1~2個回路時，為減少化霜對室內溫度的影響，有條件時，可將空調器啟?？刂婆c水溫同步，如當水溫低于35℃時，空調器風機停止運轉，當水溫高于35℃時風機恢復運轉。這樣可有效提高室內的舒適性。

6熱泵空調水系統(tǒng)

較大的空調系統(tǒng)，或一個大樓中有運行時間不一致的不同功能部分，或有若干需獨立計量的部分，或存在阻力相差較大的若干部分，空調水系統(tǒng)宜通過分集水器分設若干個子系統(tǒng)，熱泵和水泵的配置應與之相適應，以保證系統(tǒng)始終處在較高工作效率狀態(tài)。系統(tǒng)劃分時應滿足各部分計量與維護的要求，應滿足不同功能部分不同時運作要求，要盡可能將同一性質的空調器歸劃為一個子系統(tǒng)，而將阻力特性相差較大的空調器(如風機盤管空調器與組合式空調器，或風機盤管空調器與新風機組等)分劃成不同子系統(tǒng)。各系統(tǒng)設備只要條件允許，盡可能采用同程布置方式。并聯(lián)的水泵，并聯(lián)的熱泵或并聯(lián)的水泵-熱泵組之間的連接也盡可能采用同程布置形式，各不同的水路系統(tǒng)宜通過分集水器連接，在集水器各分支管上宜設溫度計和平衡閥。各并聯(lián)環(huán)路的回水管上有條件時也宜設溫度計和平衡閥，以利觀測及水力平衡。各主要設備(熱泵、組合式空調器、柜式空調器)進入口宜設溫度計、軟接頭、過濾器、壓力表。系統(tǒng)中熱泵與水泵的連接宜采用壓入式連接，即水泵往熱泵供水。水泵與熱泵相距不遠時，可只在水泵吸口裝過濾器。采用板式換熱器的熱泵入口應裝不少于60日/吋的過濾器。組合式空調器、柜式空調器進水口應裝過濾器，垂直系統(tǒng)的客房內的風機盤管空調器入口應設水過濾器、水平式系統(tǒng)的風機盤管，可只在每層的進水次干管處設過濾器。水泵的出入口均應裝壓力表。系統(tǒng)定壓點應設于集水器或回水管上。系統(tǒng)膨脹水箱底應高出系統(tǒng)最高點1米以上。水箱高出生活水箱時，應采用水泵機械補水。膨脹水箱應設信號管以便觀測其中的水位。膨脹水箱的位置應避免由于各種原因出現(xiàn)的溢水可能造成的對電梯等造成影響。有條件時空調水系統(tǒng)宜采用變水量控制以有效解決水力失衡和減少部分負荷情況下水泵的消耗。當系統(tǒng)中熱泵與水泵采用各自先并聯(lián)后串聯(lián)的方式連接時，為減少水泵的消耗，各熱泵機組的出水口應裝置與熱泵機組聯(lián)動的電動閥。

7減少熱泵機組噪音影響的措施

減少熱泵機組噪音的影響，一方面應從熱泵機組著手，如壓縮機加消音套，風機采用靜音型，即盡可能選用低噪音的熱泵機組。熱泵機組除自身內部壓縮機臺座有良好減振外，熱泵整機底座也應有減振措施，盡可能選用彈簧減振器，彈簧減振器應通過認真計算確定。另外，在布置上，熱泵機組應盡可能遠離房間，或與相鄰的房間之間加隔聲屏，但應注意隔聲屏不應阻礙通風氣流的流通。一般說來，將熱泵機組布置于主樓頂影響面最小。從樓內走向熱泵所在屋面平臺的出入口應做隔音門并設隔聲套間，或熱泵機組與大樓核心筒之間有輔助房間(如水泵間、配電間)等隔斷。水泵也是主要的噪音源，水泵的減振隔噪同樣重要。置于屋面的水泵宜設帶配重平衡塊的彈簧減振臺座。有條件將水泵置于室內，既可防雨，又可隔音，水泵間應做吸音處理，如水泵置于室外，防雨罩內貼吸音材料對降噪有效果。另外，水泵宜選用低轉速泵，水泵房通向內走道的門應做隔音門，有條件時設隔音門套。

8空氣源熱泵空調系統(tǒng)節(jié)能措施

就熱泵空調系統(tǒng)而言，其額定電耗超過了整個建筑額定耗電量的50%?？照{系統(tǒng)有效的節(jié)能措施對于減少建筑能耗，減少大樓的營運成本有明顯的效果與意義。熱泵空調系統(tǒng)耗電的部分有：熱泵機組包括壓縮機和冷卻風機、末端空調器、水泵。熱泵空調的節(jié)能措施可分下列幾個方面。

(1)選用高效率低能耗的熱泵，合理確定熱泵臺數。

在熱泵空調系統(tǒng)中，熱泵機組在額定制冷工況下的功耗占整個空調系統(tǒng)總能耗的78~90%(根據末端空調器的形式不同而不同)，其中壓縮機的能耗約占系統(tǒng)總能耗的74~84%，風機能耗占4~6%。所以熱泵機組效率的高低對空調系統(tǒng)能耗有決定作用。熱泵機組的效率包括額定工況下的效率和部分負荷工況下的效率。從各供應商提供的資料看，熱泵效率高低差異明顯，高者額定工況制冷系數達到3.7左右，低者在2.8左右。采用高效熱泵節(jié)能意義明顯。個別熱泵還可根據室外環(huán)境參數改變風機的轉速，以減少風機的能耗。建筑物的空調負荷是隨著外界氣象參數和內部使用情況變化而變化的，熱泵機組臺數及大小應充分考慮滿負荷效率及部分負荷的特點與效率，經優(yōu)化使全年能耗最低。原則上，熱泵機組不少于2～3臺，獨立的制冷循環(huán)數不少于4～6個。

(2)合理選配水泵

額定工況下水泵的能耗占空調系統(tǒng)總能耗的5~9%左右，在部分負荷情況下，如果選配不當，水泵的能耗不會減少，占整個系統(tǒng)能耗的比例會明顯提高。另外，工程中普遍出現(xiàn)的所選水泵過大，水溫差過小的現(xiàn)象。所以水泵側節(jié)能很有潛力可挖掘。水泵臺數盡可能與熱泵臺數匹配，以便部分熱泵停機時，水泵相應停機，以減少水泵的消耗。所選水泵也應為高效之水泵，所需水泵的流量、揚程應與實際一致。另外，如果水泵能采用變頻泵，使其額定工況下的水溫差達到5℃，同時在部分負荷下，水泵流量也相應改變，當然不應小于熱泵機組的最小限定流量，則其節(jié)能效果會更顯著。用變頻技術改造現(xiàn)有工程大有可為。

(3)采用自動控制方法

部分負荷情況下，熱泵機組投入臺數的合理確定，需要對熱泵機組進行群控，要使水泵的運行臺數與熱泵機組同步，需要對系統(tǒng)采取變水量自控方式。讓水泵在限定的范圍內變水量也需要可靠的熱泵與水泵聯(lián)控。新風量的組織與控制(根據室外環(huán)境參數或二氧化碳濃度控制新風量)，可以將新風能耗降為最小，有時還可利用室外新風進行自然降溫，最大限制地減少能耗。

(4)末端空調器節(jié)能

末端空調器所消耗的能量約占整個空調系統(tǒng)能耗的5~17%，當末端空調器以風機盤管為主時，其能耗所占的份額變小，以組合式空調器為主時，其能耗所占總能耗的比例增大。因此，從減少能源消耗角度，小而分散的空調器更節(jié)能。另外，高焓差低風量的空調器耗電少于低焓差大風量空調器。對氣流組織無嚴格要求的舒適性空調場所，尤其是商場等人員聚集較多的場所，大焓差空調器既可減少能耗，又可減小風道面積，節(jié)省風道系統(tǒng)的投入和建筑空間。一般柜式、組合式空調器常有四排管、六排管和八排管之分。從節(jié)省角度，盡可能少用四排管空調器，多用六排管空調器，對組合式空調器可考慮用八排管空調器。另外，由于空調器能耗占不少比重，部分負荷情況下，盡可能減少空調器的能耗有明顯價值。不管水系統(tǒng)是否變水量，空調器設三檔變速是需要的。在定水量系統(tǒng)中，有條件對空調器采用變頻等調速方法恒溫控制可最大限度地減少末端空調器的能耗。采用以空調器耗電為標準的計量空調系統(tǒng)，風側變速控制可使計量更客觀。末端空調器的節(jié)能還可體現(xiàn)在當室外空氣焓值低于室內空氣焓值的情況下，盡可能利用室外空氣冷卻室內空氣。雙風機組式空調器系統(tǒng)或分立但聯(lián)動控制的變新風和變排風系統(tǒng)都可實現(xiàn)這一效果。

(5)改善環(huán)境通風，防止氣流短路

熱泵所處環(huán)境的通風情況是熱泵機組能否高效運行，甚至是能否正常運行的相當重要的條件。通風良好的標準是，進入熱泵的空氣為環(huán)境空氣，而熱泵排出的氣流又能及時排走、排遠，熱泵機組排氣與吸氣不短路。為實現(xiàn)這一目標應努力做到熱泵與女兒墻的足夠距離，或女兒墻上開足夠面積的進風口，其次，熱泵離核心筒和主樓應有足夠的距離，熱泵與熱泵之間也應有一定的空間距離，這些距離一般應在3米以上。為了美觀及布置方便，熱泵機組大多對齊并列布置，為改善通風，熱泵機組可錯列。另外，應注意風向的影響，盡可能避免將熱泵機組布置于主風向下建筑物45°陰暗區(qū)內。在熱泵機組并排布置時，在熱泵之間搭涼柵，可較有效地減少短路，另可改善吸氣環(huán)境，對冬季雨雪天減弱積霜程度有良好效果，這一措施也可減少夏天熱泵吸入氣流的溫度，減少太陽輻射對換熱器表面溫度的不良影響。涼柵下可設置水泵，也為日常檢查維修創(chuàng)造了好的環(huán)境。

熱泵機組不應置于室內，不宜布置于對齊的每層的陽臺上。如布置于陽臺上，陽臺宜突出整體平面，宜設于通風良好的轉角處，宜選用側排風形式，或對豎排風的熱泵加接風管水平排風，但風機應作相應調整。不得已置于室內的熱泵必須加接排風管，將排氣引出室外，且避免排風口與進風口過近形成短路現(xiàn)象。同樣由于加接風管，熱泵所配風機應予調整，以適新的通風工況。

熱泵周圍的氣流情況很復雜，可以通過計算流動動力學方法模擬氣流狀態(tài)，以求得最佳通風布置方式。

(6)排風與節(jié)能

空調建筑中新風負荷占相當的比重，額定工況下，辦公、旅館等建筑新風負荷占空調總負荷的30%左右，商業(yè)建筑中新風負荷占50%左右。新風在數量上等于排風和滲透風及侵入風等風量之和。將滲透風、侵入風降到最小程度，將排風組織起來，通過全熱熱交換器回收其中的能量，具有明顯的節(jié)能意義。由于目前國內空氣品質差，空氣含塵量大，給全熱換熱器的管理帶來麻煩，也縮短了全熱換熱器的使用年限，從而影響了全熱換熱器的大量推廣。對于熱泵空調系統(tǒng)，如能將排風有組織地排至熱泵機組入口，也是有利于提高熱泵機組效率的，不失為一簡便有效的節(jié)能措施。

(7)其他措施

在炎熱的夏天，不少工程的熱泵機組由于通風不良或機組質量上的問題，出水溫度很難得到保證，這種情況下在進風側往換熱器噴水的方法可收到明顯效果。噴水的不利后果是可能導致?lián)Q熱器表面積垢，而影響換熱，但由于盤管表面還有一定的灰塵，水垢也許不會直接在盤管表面形成甚至造成影響傳熱之程度。為了防止結垢，噴軟化水是解決問題的根本方法，但會增加費用。為提高噴水效率，應改噴水為噴霧，噴多少量恰到好處、怎樣噴效率最高、非軟水噴有何不良影響及其影響程度多少都是值得深一步研究的課題。

(8)運行與節(jié)能

從前面討論的熱泵特性曲線可知，熱泵機組出水溫度的改變可以改變熱泵機組的效率。比如在環(huán)境溫度為30℃，出水溫度為12℃時，熱泵機組的效率要比出水溫度7℃時高出6%，環(huán)境溫度為30℃時，出水溫度為15℃時熱泵的效率為出水溫度為7℃時的1.07倍左右。水溫的變化會降低末端空調器的換熱效率，但在部分負荷條件下，適當降低水溫同樣能滿足室內要求。冬天的情況也有類似結果，在室外溫度為-6℃時(南京空調設計室外計算溫度)，熱泵機組出水溫度為40℃時的效率，比出水溫度為50℃時的效率高出13%左右，在0℃時，熱泵機組出水溫度40℃時的效率是出水50℃時的1.14倍。南京及有相近氣候條件的地區(qū)，冬季40℃水溫能滿足末端空調供暖要求。

除此以外，空調系統(tǒng)在上班人員到達前提前開啟，有利于節(jié)能，另外由于圍護結構及家具等的蓄熱特性，空調系統(tǒng)熱泵機組比下班時間提前關閉半小時至1小時，既不影響整體舒適，又有明顯節(jié)能效果。提前開機，提前關機的確切時間根據建筑圍護結構，室內家具特性、使用功能等因素而定，因工程而異一般提前半小時左右開、停熱泵機組的方案是有效可行的。

化霜是熱泵機組不得于而為之的動作，化霜期間不但不供熱，反而制冷，對供熱效率影響明顯。改善化霜控制方式，提高智能化化霜控制的精確性是熱泵機組改進性能的重要課題之一。在采用非智能化霜控制器的熱泵的運行管理中，管理人員根據氣候特點，隨時根據氣候的變化調整化霜間隙及化霜時間可明顯提高熱泵機組的供熱效率，減少能源浪費。

另外，熱泵與蓄冷空調技術結合起來，可起到對電網削峰填谷作用，具有明顯的社會效益和良好的市場前途。熱泵機組冷凝熱的回收也應成為制造商、業(yè)主、工程設計人員共同關心的節(jié)能課題。

總之，熱泵空調系統(tǒng)運用面廣量大，節(jié)能的空間很大，可節(jié)省的能量可觀。推廣節(jié)能技術改良既有的熱泵空調系統(tǒng)，優(yōu)化設計新的熱泵空調系統(tǒng)，可節(jié)省巨大能源，具有顯著的經濟效益、節(jié)能效益、環(huán)境效益和社會效益。