风冷热泵型家用中央空调系统研究

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　　1、家用空调和绿色建筑

　　近几年来，随着人民群众生活水平的大幅度提高，上海市人均居住面积从4㎡持续增长到10㎡持续增长到，人民的生活质量有了极大的提高。对住宅需求猛增且不再满足于60～70㎡持续增长到类似的二房一厅范畴，而是朝着90～250㎡持续增长到多居室、小别墅的方向发展，在小区绿化环境、文化氛围、房型设计、功能要求和室内装修均已达到小康水平的条件下，空调成了家居、办公楼、娱乐场所必备的电器设备并对空调的应用方式提出了更高的要求。据统计到2000年上海每百户居民拥有的空调数已达90%左右，许多家庭已实现一户多机或一室一机，使上海的空调拥有量已超过了一些发达国家，不仅如此，房地产开发商还适时提出了“绿色建筑”的新概念。所谓“绿色建筑”，就是“资源有效利用（ResourceEfficientBuildings）”的建筑。即具备“Reduce”，减少建筑材料，各种资源和不可再生能源的使用：“Renewable”，利用再生能源和材料：“Recycle”，利用回收材料和“中水”，设置废弃物回收系统：“Reuse”，重新使用旧材料的4“R”建筑。总起来说，“绿色建筑”就是综合利用资源、节能、环保、亲近、回归自然和健康，是一种可持续发展的建筑。由于“绿色建筑”对室内环境品质给予特别的重视，要求室内声、光、热等环境物理因素和室内空气品质中诸多物理和化学因素都能达到洁净、清新、安全的标准，显然所有建筑都单一使用分体式空调不能适应绿色环保的要求。家用分体式空调存在一些弊病：

　　1）目前市场供应的空调整机性能系数COP比较低，只能在2.7～3.1之间俳徊。家用空调器是一般家庭中能耗最大的电器。以上海为例，上海有400万个家庭，空调拥有量应不少于360万台，耗电量较大。如COP值降低0.1，总耗电量就增加3.4%.

　　2）由于分体式空调的空气只能在室内循环，没有新风供应，致使室内空气品质难以保证，CO2量增加使室内的空气污染。而且空调器的过滤效率不高，尤其是对粒径在10μm以下的可吸入粉尘几乎不起作用，因此易导致空调综合症和某些疾病的交叉感染，对人体健康产生不利的影响。

　　3）对老式建筑，分体式空调的室外安装机一般在墙体立面上竖架悬挂，既破坏了墙体，又有碍观瞻。且冷凝水随处排放，室外机的噪声和废气也对环境造成污染。大量的悬挂室外机对人身安全也存在着隐蔽的威胁。

　　根据上述分析，对某些大面积、多居室的住宅建筑一室一机，一户多机的模式已违背绿色建筑的要求，发展小型的家用中央空调系统势在必行。

　　 2、家用中央空调系统的特点

　　家用中央空调系统是一种新概念的超微型中央空调。采用家用中央空调系统的建筑需专用管道，所以较适合相对独立（使用面积在90～250㎡持续增长到，至大到1000㎡持续增长到）的住房、别墅、办公室、餐厅和娱乐场所。本设计采用空气-水热泵型家用中央中调系统，其优点是：

　　1）整套或整幢建筑中央空调有一台主机带动多台末端设备，夏天制冷，冬天供热。机组可根据负荷变化自动调节，在满负荷运行条件下比普通分体式空调节能20%左右。

　　2）机组可安装在阳台屋顶和庭院中，无须另设机房，不用破坏墙体立面，灵活方便。

　　3）综合利用资源，可利用制冷时排出热量供应热水。

　　4）设置节能型新风系统，给室内送清新空气，改善室内空气质量，提供舒适健康的生活环境。

　　5）由于该系统专属于每家每户，不存在住宅集中空调的收费问题。避免了由于计费方式和使用情况的不同引发的矛盾，有利于物业管理。

　　3、风冷热泵型家用中央空调系统的设计

　　风冷热泵型家用中央空调是以室外空气为“热源”，通过机械做功，输出热量，解决中央空调的冷热水供应，调节室内空气温度。所谓“热泵”，凡是可以在低温环境下吸收热量，并将其位能提高后，向高温环境输出热量的装置机械，都可称作“热泵”。其优点是不用水冷，可省略冷却塔，水泵组成的冷却水循环系统，节能、节水还可降低总投资。

　　风冷热泵型家用空调系统的应用条件为：

　　①冬季室外空调计算温度应在-10℃以上，机组蒸发温度<-8℃，连续运作时间<110h.②冬季空气温度较低，即每年累计除霜时间500～1000h，每kg干空气累计除霜量7～20kg.对长江中下游地区此条件比较适宜。热泵型空调系统见图1.风冷热泵型家用中央空调系统的主机是风冷式冷（热）水机组，其配置系统见图2.

　　对一般使用面积在100～120㎡房间，机组功率采用3kW主机，以每增加20～30㎡递增0.75kW计算，就可初步确定机组选用功率，其制冷能力10.8～19.5kW，热能力达11.5～21.3kW，其配管情况见图3。

　　风冷热泵空调系统的设计关键是必须按最佳平衡点温度（即风冷热泵的传热量等于建筑物耗热量的室外计算温度值）来选用热泵。是否增设辅助热源，要视冬季室外温度而定。如果室外温度在平衡点以下，要添加辅助热源。辅助热源一般采用电加热器。其制冷工况为环境温度35℃，回水温度12℃，出水温度7℃；制热工况为环境温度7℃，回水温度40℃，出水温度45℃。

　　其次，设计的关键是防霜和除霜。现在常用的防霜办法是增设辅助室外换热器；常用的除霜方法是用电子膨胀阀来转换工况用热气反冲。由于除霜必然引起能耗加大和热水温度的波动，因此要合理安排除霜周期。

　　另外，设计时也必然考虑机组的安装位置和噪声控制。一般机组安装位置要进风通畅，风速控制在3～4m/s，排风不受阻挡，尤其是出风口的上方不应有阻挡物，否则会引起排风气流短路，热保护动作而停机。

　　4、结束语

　　以上分析了风冷热泵家用中央空调系统的特点，应用和设计应注意的问题。风冷热泵空调系统与其它类型的空调系统相比热效率稍低，但由于其自身独特的分体结构，组合比较方便，机组可根据负荷变化，尤其在部分负荷运行工况下，自行调节，有显著的节能功能，具有冷、暖、洗浴供水功能，适合于中小型建筑和一般家庭使用，应得到更多的推广和使用。