变制冷剂流量空调系统在实际应用中的几个设计问题

变制冷剂流量空调系统在实际应用中的几个设计问题

摘要:文章围绕商用多联机空调系统设计中存在的新风机组选择、外机容量的确定、冷媒管长的修正、系统施工安装控制等问题,剖析了多联机在实际应用中存在的问题,并探讨了解决这些问题的对策。

关键词:多联机系统;溶液除湿新风机组;外机容量;冷媒管长;水冷多联系统

可变制冷剂流量空调系统,因采用变容技术实现了部分负荷下的高能效比,制冷剂在室内机中直接与房间空气进行热交换,避免了传统空调中的制冷剂冷量通过水再传给空气的二次传热损失,节能效果明显,并且有布置简单节省空间、超长冷媒管设计、内机形式新颖美观、高可靠的设备、简捷的系统设计、人性化的系统控制,以及不断下降的设备投资而为社会所青睐,为暖通设计师所认可,并在办公、商业类等建筑中得到广泛的使用。但变制冷剂流量空调系统由于其自身的缺陷,也存在使用局限性,如在2005年版《公共建筑节能设计标准宣贯辅导材料》第90页就认为“大面积大批量采用多联机会造成能源的巨大浪费”,这也是困扰暖通工程师的地方。下面就其几个方面的问题进行探讨。

1新风的选择

在可变制冷剂流量空调系统中常规做法,是配以全热交换器,让室外新风在全热交换器中通过与室内排风的热湿交换,回收排风中能量,为新风预冷或予热。这种做法在补充了室内新鲜空气同时,又排出了室内废气,而且还节省了能耗。但全热交换器是一种不具冷源的换热设备,受换热效率的限制,处理后的新风参数无法达到室内状态,仍对室内形成负荷。同时全热交换器的换热效率决定了送入室内新风的状态,也直接影响了空调内机容量的配置,所以《公共建筑节能设计标准》中也对全热交换的效率做了具体要求,不低于60%,市场上大多数厂家均能满足此要求。而且其风压较低,解决高湿场所能力不足,如餐厅、会议室等人员密集场所。

如采用全新风处理机组即采用直接膨胀制冷法,通过变频控制为基础,加热和冷却处理接近室温的室外空气。优点:风压较高,基本能解决室内湿负荷。缺点:室内机与室外机之间的冷媒配管实际长度在100 m以内,高低差为50 m(室外机高于室内机),当室内机高于室外机时,高低差为40 m,因而受外界的限制。另外冷媒配管垂直距离超过50 m时,需修正制冷容量,全新风机组采用独立的制冷系统,故耗电量比较高。而且价格较贵,故障率较高。

上述两种方式均有较大缺陷,结合目前市场设备情况,文章推荐以下几种方式提供新风:①带热泵的全热交换新风机组。②溶液除湿新风机组。③蒸发冷凝式全热回收新风机组。

这几种新风机组都有一个共同点,带有热泵并采用热回收方式,而且基本都能将室外新风直接处理到室内工况点等焓线上,甚至可以到等湿线,承担室内的湿负

荷,做到温湿度独立控制。在实际工程中,已有相关案例,比如深圳龙岗某大型甲级医院,就是采用了多联机系统承担室内显热,蒸发冷凝式全热回收新风机组承担了新风负荷及湿负荷,房间内处于干工况,室内机盘管没有大量的冷凝水,一定程度上保证了房间内卫生环境。

这类新风机组其实还有一个好处,就是在过渡季节的应用,尤其是在南方地区,室外环境温度在过渡季节相对较低,但室内仍需一定的降温,而要开启空调系统,如此时开启新风机组的热泵提供的冷量就已经可以使室内环境感觉舒适,所以过渡季节就可以关闭能耗较大的多联系统的室外机,做到节能。

2空调系统形式的多样化

在《公共建筑节能设计标准》第5.3.2条,明确提出大空间场所如商场、餐厅等宜采用全空气系统,这对于风冷多联机空调系统来说,是无法实现的。尤其是无法实现过渡季节全新风运行。这对多联机空调系统提出了新的要求。现代的建筑,综合性又越来越强,办公楼中经常有餐厅、商场、大型会议室、多功能厅等,一些设计师想用多联机系统,但这些区域受制于系统形式而不好解决。

目前一些厂家推出了水冷多联空调系统,这种系统最大的变化是采用了冷却塔提供冷却水代替了常规多联机系统的外机排风扇,利用水系统有较大的输送能力,直接扩大了多联机系统的容量,而且室外机占用地方小,但文章认为这种系统最大的好处其实是扩大了多联机的应用范围,比如结合其他空调设备,需要全空气空调系统的地方,采用水冷柜机,其他可以采用多联内机的地方依然采用常规多联机系统设计方法,同时利用冷却塔提供的冷却水来排热,不失为一个两全其美的方案。系统示意图可参考图1,和多联机系统共用冷却塔的水冷柜机,其水阻与水冷多联室外机相差无几。

3制冷量的修正

简单讲,多联机系统是由一台或数台空调外机带上许许多多的室内机,通过冷媒管路将制冷压缩机、室内外换热器、节能装置和其它辅助部件及自控调节模块连接而成,依靠冷媒流动进行冷量转换和传输的一个庞大闭式管网系统,必须通过系统各部分的良好匹配才可发挥出设备的性能,而在这过程中冷媒管的敷设长度以及室外环境温度成了系统的比较重要偶合因素,它们对多联机系统总的制冷量有较大影响,实际设计应用中必须要考虑。

3.1冷媒管的影响修正

目前所有品牌多联机样本上额定冷量对应的冷媒管均为高差0 m、管长5 m,与实际工程情况相差较大,实际冷媒管的长度、分支、室内外机组高差以及弯头配件都对制冷量有较大影响。如深圳某工程单层平面管长40 m、最小高差3 m,其对应不同长度空调内机冷量修正系数查相关样本资料后汇总见表1(冷媒R410A、室内机处于下方)。

上表头尾栏系数相差0.1,也就意味同型号内机在建筑中虽然布置平面方位相同,但由于所处的层数不同,实际运行冷量要相差8%左右。所以设计者一定要注意对冷媒管长和高差的调整,只有这样才能对因冷媒管过长、管道阻力增加,冷媒供液不足予以合理的补偿。当然内机容量系数和冷媒管长的修正,累计到一定程度也可能引起外机的调整,从而构成系统的最优匹配。

3.2环境因素的影响

多联机系统室外机受环境温度的影响较大,尤其是在高层楼宇中,下层室外机的出风温度对上层室外机的影响是巨大的,尤其是一些建筑为了追求外立面的美观,将室外机放在机房内,如下图,是深圳市某大楼的室外机(在机房内)通风模拟图见图2。

从图2可以看出, 从3层开始,每层的1号室外机已经不能正常散热。机房环境温度已经超过了室外机的回风极限43℃,显然是不可行的。

在这种情况下,已经不是考虑对系统的修正能解决的问题,必须采取有效措施,如更改室外机出风方式增加导流管、提高出风静压,更改室外机位置等等,文章也在此建议,如多联机位置比较集中,楼层位置都一致,而且楼层数较多时,做CFD通风模拟是必要手段之一。

4结语

随着人们对多联机空调系统的青睐和市场竞争的需要,多联机空调系统近些年取得长足进步,市场份额也逐渐超过了传统中央空调系统,与传统空调系统相比,是一个相对年轻的系统,但正因为年轻、充满活力,有很好的市场前途,但也有很多亟待解决的问题,设计工程师应根据多联机空调设备的特点,从建筑节能和增强空调系统可靠性的角度考虑,理智、科学地对待市场的变化,适当控制使用多联机空调系统工程的规模,慎重采用大容量(大匹数)多联机组合的系统,不可盲目追求多联机的大容量、大系统。当然也需要规范的施工、科学的监理、完善的管理,只有这样让她很好地服务我们社会。

参考文献:

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