摘要：本文依据某空调工程设计实例，对空调系统设计中模块热泵机组、电补热装置选型进行了分析，提出了风冷模块热泵机组变水流量运行模式，实际运行效果良好。
关键词：风冷模块制冷机组；空调系统；经济效益；变水流量
前言
涡旋式风冷模块冷热水机组具有运转平稳、振动和噪音低。无需专用机房、无冷却水系统的特点。采用分级启动避免对电网造成冲击。运行期间能根据实际负荷的大小自动调节模块开启的个数，即自动调节压缩机开启的个数,机组运行节能，且保持高效率工况，因而得到广泛使用，特别适合于中小型中央空调工程。其缺点是冬季机组供热量随室外温度的降低而减少，因而冬季使用必需有补热系统。另外模块机组空调水系统往往设计为定流量系统，水泵能耗不因空调负荷减少而降低，造成水泵能耗占整个空调系统能耗比例过高。如何在不增加空调系统投资又能降低运行费用，在空调系统设计中进行经济效益分析十分必要。本文依据空调工程设计实例对风冷模块热泵机组及相关设备选型进行了分析，并提出风冷模块热泵机组的变水流量运行的模式。
1.工程概况
某综合办公楼位于河南省开封市郊区，建筑面积共3850 m2，空调面积为3200 m2，建筑高度为16.5m，共四层，空调总冷负荷为340 kw，热负荷为295 kw。本空调工程中，首层和四层的会议室采用全空气系统，其余层采用风机盘管加独立新风系统；空调末端水系统化分为两个小系统，首层营业大厅作为一个空调水系统(因星期六、星期天照常营业),第二、三、四层作另一个空调水系统,两个空调水系统均能独立控制调节。
2.风冷模块机组及其相关设备选型
2.1风冷模块热泵机组选型
由于该办公楼位于郊区，没有城市集中供热系统，考虑到环保的要求，空调冷、热源的首选方案是风冷模块机组，本空调工程选用美国麦克维尔公司生产的MAC210AR型模块机组，模块机组额定制冷量为63kw/块，制热量66 kw/块(用户所在地冬季室外空调计算温度为- 7℃，模块机组供热量约为40 kw/块，机组除霜耗热又占15%，机组实际供热量约为34 kw/块)。根据该办大楼总冷负荷的需要选择了6块风冷模块机组，依据总热负荷的需要应选择9块风冷模块机组，为了减少工程总投资设计中选择了6块风冷模块热泵机组，通过设置电补热装置以补充冬季风冷模块机组热量的不足。
2.2电补热装置的选型
在冬季，由于用户室外空调计算温度- 7℃，6块风冷模块机组供热量小于办公大楼的总热负荷，因而必须采用补热装置，综合环保、投资、安全等因素优先选用电补热装置。但风冷模块机组在冬季运行时，由于电补热装置输入电功率较大，故整个机组的cop值较小(把补热装置与模块机组视为供热机组来考虑)，能耗相对较大,运行费用较高,投资也大.结合该综合办公楼只有白天上班和冬季人们穿衣较厚的特点,在冬季将首层营业大厅及四层会议室室内设计参数由原来的18～20℃降低为16～18℃，空调系统的总热负荷由295 kw降低为245 kw，这样6块风冷模块热泵机组及电补热装置的总制热量能够满足冬季运行的要求。
2.3循环水泵匹配选型
因为夏季冷负荷大于冬季热负荷，所以水泵的选择常以夏季工况选型。MAC210AR型风冷模块热泵机组每块的输入电功率为23.5 kw，制冷量为63 kw(1台涡旋式压缩机情况下)，它的最大的特点在于，每个压缩机都是一个完整的独立制冷系统,机组可由1～8块之间任选块数,组合成大型的风冷模块热泵机组,这种风冷模块热泵机组在运行过程中可根据实际空调负荷的大小自动调节压缩机开启的台数,故机组运行十分节能.但该机组在运行过程中冷媒水实际所需流量发生很大的变化,而空调水系统在设计时往往设计成定水流量系统,水泵能耗不因空调负荷减少而降低,造成水泵能耗过大,且占整个空调系统运行能耗的比例过高,所以合理匹配水泵是节约投资和运行费用的最佳选择。
在该大楼的空调系统中,首层营业大厅作为一个空调分区,第二、三、四层作为另一个空调区域.首层营业大厅空调冷负荷为105 kw,办公区域空调冷负荷为235 kw,在周六、周日期间,主要是首层营业大厅工作,其余办公场所停止运行,故两块风冷模块热泵机组运行即可满足空调温度的要求,此工况下实际冷媒水循环量为21.7 m3/h;而平时(除周六、周日外)模块机组将全部开启,冷媒水所需循环水量为65 m3/h,由于二者相差较大,显然再按定流量系统匹配水泵是不合理的。
传统选型是按照最大流量(满负荷情况)选择水泵,系统应为两台型号相同的水泵(一备一用)。而该大楼周六、周日营业厅营业时模块机组只有两个模块运行,结合该工程的实际情况,考虑系统在运行时冷媒水流量的变化、投资及运行费用等因素,选择了一大一小两种规格的水泵,小流量水泵用于周六、周日首层营业大厅使用,平时办公时间采用大流量水泵,非并联使用，两者经济比较见表1.水泵配置见图1,系统不设备用泵.本工程实施的一大一小的定流量系统与较传统的定流量系统相比有以下优点:(1)节约工程投资、降低运行费用;(2)无需在屋顶机房设集水器、分水器及压差控制器。
1.供回水立管接口;2.膨胀水箱接口;3.小流量泵;4.大流
量泵;5.模块制冷机组;6.电补热装置
图1机房设备平面布置
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表1水泵运行费用比较
传统的定流量系统中,周六、周日营业厅营业时,办公室水系统关闭,空调冷媒水全部流经营业厅换热设备,根据水系统水力计算公式：
H= h+ s×Q2
式中:
s———管网特性系数;
H———水系统阻力,Pa;
h———液位开启高度,m(闭式冷冻水系统为零);
Q———流量m3/h.
水系统阻力增大,水泵高效工况点发生偏移,效率降低,能耗增大,为保证营业大厅水系统工况,机房必须设置集水器、分水器及压差控制器;而一大一小的定流量系统,与各空调分区水系统匹配,不需调节,因而省去了集水器、分水器及压差控制器,节省了投资.为保证空调系统清洗、维护方便,在该水系统上设置了旁通装置(如图1所示)。
3 风冷模块热泵机组的变水流量运行可行性分析
一大一小水流量系统的实施,使该工程空调系统投资少,运行费用低,效果良好,深得用户好评,作者就其一大一小定流量水系统能否设计为变流量系统作一分析比较.
3.1 风冷模块热泵机组一大一小定水流量运行实质
风冷模块热泵机组一大一小定水流量运行节能效果较好,其实质就是将风冷模块制冷机组视为2台大小不等制冷量的热泵机组并联使用,相当于空调系统全部投入运行使用时开启大型热泵机组;部分空调系统投入运行时开启小型热泵机组,然而系统在不同分区使用过程中,室内负荷不断发生变化,模块开启个数相应变化,而水系统此时又表现为定流量系统,为使系统进一步节能,显然采用变水流量运行节能效果更加明显.
3.2 风冷模块热泵机组的变水流量运行分析
在一次泵的变流量系统中,一般水冷式冷水机组流量变化范围在60%～100%之间,水冷式冷水机组流量变化范围受到一定的限制,风冷模块热泵机组流量变化范围按以上一大一小流量系统计算,其结果为35.7%～ 100%之间,这是因为水冷式冷水机组运行模式较风冷模块机组复杂,它涉及冷却水系统,流量发生变化范围没有风冷式宽广,另外流量发生变化水冷式机组制冷效率有所下降,而风冷模块制冷机组制冷效率总保持在效率最高点,因此,风冷模块热泵机组较其它类型冷水机组更适合于变水流量系统,风冷模块热泵机组的变水流量运行可行,节能效果显著,工程实际运行效果良好。
结论：
涡旋式风冷模块热泵机组运转平稳、振动小、噪音低、安装简单方便;风冷模块热泵机组较其它类型冷水机组更适合于变水流量系统;根据实际工程需要,应结合风冷热泵机组的特点,合理选择其相关设备并对其冷媒水流量系统具体分析,找出可行的系统运行模式。
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论文作者:张华
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷第21期
论文发表时间:2020/3/13
标签：机组论文; 模块论文; 系统论文; 热泵论文; 流量论文; 水泵论文; 负荷论文; 《建筑实践》2019年38卷第21期论文;