现代商贸工业 Ｍｏｄｅｒｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０１２年第１５期 水源热泵多联空调机组节能运行范围研究 黄 春 曹 勇 宋培刚 陈泽彬 （珠海格力电器股份有限公司，广东珠海５１９０７０） 摘 要：运行范围更广。更加节能、稳定是水源热泵多联空调机组的突出特点，提出了新的水源热泵多联空调机组运行 范围评价方法，分析了这种机组在一５～５ｏ￣Ｃ全工况务件下运行的节能水平，还给出了机组在低水温和高水温条件下的可 靠性解决方案，并通过实验进行了验证。 关键词：水源热泵；多联机组；运行范围；节能；可靠性 中图分类号：ＴＢ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—３１９８（２０１２）１５—０１９６—０２ Ｏ 引言 种机组的实际运行范围评价方法和在不同负荷条件下的节 随着经济和社会的快速发展，建筑能耗在我国总能源 能水平，提出并通过实验验证了一些扩宽机组运行范围的 消耗中的比例已超过１／３，成为关系国计民生的重大问题， 方法。而采暖、空调能耗又约占建筑总能耗的６Ｏ 以上，因此积极 １ 水源热泵多联机特点分析 推广和使用高效节能、环保型空调产品已成为制冷空调行 业发展的方向。 我们首先在表１中对比了传统水冷机组，风冷多联机 组和水冷多联机组在各方面的特点以及相应评价。 通过对比我们可以总结出水源多联机的如下特点。 １．１结合可再生能源。高效节能 将热泵技术与水／地可再生能源结合，将免费且可再生 水源热泵多联空调机组是集水源系统和多联机组的特 点于一体的新型空调系统方案，它既有水冷机组利用可再 生能源和高效节能的优势，又有多联机组的舒适性和灵活 和提倡环保的今天受到了国内外政府部门和相关研究人员 的普遍关注，并在实际工程上得到了应用。 本文主要从水源热泵多联机组的特点人手，分析了这 性，并且使用环保冷媒Ｒ４１０Ａ作为制冷剂，在降低建筑能耗 的低品位热量转化为生活可使用的高品位热量，不仅可使 制冷系统本身能耗显著降低，还可以有效的减少温室效应 和热岛效应，另外采用水／地源作为制冷系统的冷／热源，系 统运行更加稳定不受气候条件影响。 表１ 建筑空调解决方案技术对比 对比项 传统水冷机组（Ａ） 风冷多联机组（Ｂ） 电 风冷 水冷多联机组（Ｃ） 电、热水 水冷 评价 Ｃ更适合国家热电冷联产的能源政策 水冷可利用多种可再生能源并可实 现零排放能源利用率高 ，能源适应性 电、热水、蒸汽 外部冷却形式 风冷、水冷 机组安装 需要较大设备间和复杂的 外机置于室外通过冷媒管 只需要较小设备间和简单 Ｃ在安装上不破坏建筑外观，适应性 水系统管路 单压缩机容量 心式压缩机 冷媒流量调节 水力平衡阀、连接室内，管长度受限制 水系统管路，无需长冷媒管 强 机。３０ｋＷ以上的螺杆式或离 ７ｋＷ以下的涡旋式压缩 ７ｋＷ以下的涡旋式压缩 Ｂ。Ｃ按模块数组合有利于组织生产， 按模块数组合 机，按模块数组合 降低制造成本和供货周期，降低库 存；Ａ压缩机ＣＯＰ高 基于计算机控制技术的电 基于计算机控制技术的电 Ａ无自动调节功能；Ｂ，Ｃ能适应用户 管路阀门调节 子膨胀阀 子膨胀阀 负荷运行户数变化 、制冷剂种类 Ｒ４０７Ｃ，Ｒ２２，水 Ｒ４１０Ａ Ｒ４１０Ａ Ａ采用非环保冷媒Ｂ，Ｃ冷媒环保性 好 Ａ全负荷运行费用低，无能量调节； ＩＰＬＶ ４～８ ３～４ ５～６ Ｂ，Ｃ有能量调节，部分负荷运行费用 低 一控制水泥生产线，将温度热偶信号通过Ｋ分度元件直接 优势，促进水泥企业发展。 参考文献 ［１］唐召风．集散控制系统（ＤＣＳ）抗干扰措施分析［Ｊ］． 化工建设工 程，２００４．（０６）． 送入ＤＣＳ系统采集温度模件中，使不必要的设备采购应用 资金成本得以减少。ＤＣＳ在水泥企业的应用通过采用双绞 线和一般网线来构建网络，这样会产生很大威胁，最终导致 系统停运产生 为了避免这一状况的出现，建设组网可以 采用多模光纤来进行，进而使系统传输信号遭受不良干扰 ［２］许平海．大型水泥厂新建工程的施工电源设计［Ｊ］ ２０１０，（０９）． 这一现象得以有效避免和防止。 ＤＣＳ在水泥企业中的应用虽然赢得了广大水泥企业的 中国水泥 ［３］张强，程妹丹．现场总线技术及其在水泥厂中的应用［Ｊ］．水．泥技 术，２００６，（０４）． 信赖，但是其也存在一些问题，因此，在未来的工作中，还必 须根据实际情况更深入地研究ＤＣＳ系统，使其充分发挥其 一［４］曾庆伟．水泥生产线中ＤＣＳ系统选型及应用探讨［Ｊ］．机电信息。 ２０１１，（３０）． １９６一 现代商贸工业 Ｍｏｄｅｒｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０１２年第１５期 续表 冬季化霜问题 使用外界热源，无化霜问题 需要定时或按需化霜并辅 以电加热的使用 无化霜问题 Ｃ体现了水冷系统稳定的优势，持 续供暖 白控完善度 设计配套 除制冷机外，自控需第三方 整个系统自控 机组系统自控辅以第三方 设计配套 Ｂ，Ｃ有利于建设单位设计选择 机组服务范围 主要适于高冷热量需求大 最远配管１５０ｍ，最大落差 通过水系统连接避免长冷 Ｃ具有适用场合的独特优势 型建筑 ５０ｍ，适用范围受限 媒管使用，场合无限制 制冷机、空调器、安装三方 Ｂ，Ｃ有利于保证Ｔ程质量，提高自 承包方式 或更多方Ｔ程承包 一体化 程总承包 一体化Ｔ程总承包 控水平，降低自控系统造价，对建 设方管理要求低 新风系统 可按需要设置 可以设置一定比例的新风，但总量受限制 可以设置一定比例的新风，但总量受限制 Ａ室内空气质量好 故障检测技术 仅制冷机组有计算机检测 全机组计算机在线检测 冷媒侧全机组计算机在线 计算机检测对售后服务有利 检测，水侧无检测 室外机纽噪声 水冷型声压级噪音＞７０ｄＢ 声匝级噪声５２ｄＢ 声压级噪声５８ｄＢ Ｃ噪音更低 室内冷凝水 冷凝水排水泵需要另配，仅 ０．５ｍ扬程冷凝水排水泵是 ０．５ｍ扬程冷凝水排水泵是 Ｂ，Ｃ配套排水泵使安装形式更加 排放 少数丁程使用 标准配置 标准配置 灵活，便于与装潢配套 Ｔ程造价 ＜８５ １００ １１０ Ｃ有机组本身的价格优势，但是ｌＴ （相对值） 程上需要增加水系统，造价稍高 １．２设计和安装更加自由 内负荷又包括室内温度负荷和室内需求运行的机组负荷两 水源热泵多联机组通过水配管与冷／热源连接，扩宽了 部分。而且运行范围主要的是体现机组运行的边界运行条 多联柳 直用范围，并延续了多联机使用灵活，设计简单， 件，因此应该有明确的确定依据，对于水源多联机组来说， 计 ∞鳞点，可以轻松应对超大型建筑。设备机房置 边界运行条件应该区分制冷和制热，并主要体现在高低水 于跫≯船鄱，多放自由，为创意建筑外观设计提供了便利条 温和高低负荷等边界情况下，在这些边界条件下，机组是否 件。主机结构 巧紧凑，可以两层叠放形式有效提高机房 能运行，本文的确定依据主要有以下几个方面。 空间利用率，为寸土寸金的大型建筑释放宝贵的空间，这些 ２．１ 系统运行的温度压力 是传统的风冷多联机和大型冷水机组无法实现的。 在边界条件下，系统实际运行温度和压力可能超出压 １。３通过水系统实现建筑区域热回收 缩机的允许运行范围，因此此点主要参照压缩机运行范围 通过水系统设计，可实现建筑内部在同一时间不同区 判断，当超出压缩机运行范围时应该对边界条件进行限制 域的同时制冷和制热，将内部热量转移到需要制热的区域， 或者采取适当的措施改变系统运行状态使温度压力在压缩 满足现代建筑舒适性的需求，同时节省辅助加热费用，实现 机运行范围之内。 最大程度的节能。 ２．２压缩机实际运行的压缩比 １．４需要较高的初投资 对于水源热泵多联机来说，压缩机采用涡旋式以满足 由于冷媒系统的基础上要增加水系统，工程上相对风冷 较高能力和能效，涡旋压缩机的压缩比一般以１．８和８作为 多联机需要额外考虑水系统的设计，设备和安装费用也相应 最低限值和最高限制。 增加，但是从长期运行和维护角度看，这个投资是值得的。 ２．３系统能力输出 ２水源热泵多联机运行范围分析 在边界条件下，系统能力输出会因为压力温度的影响 目前空调行业设计和生产水源热泵多联机的其他厂家 而降低，应考虑在这些条件下的能力输出须满足室内舒适 主要有：大金、海信日立、麦克维尔、美的等，各厂家对机组 性的要求。 运行范围的描述各有不同，下图ｌ是现有各厂家体现机组 ２．４环境因素 运行范围的典型表示方法 主要依据实际可能遇到的温度条件以及一些特殊处理 方式，比如地下环路式水系统可能用到防冻液以满足更低 的运行水温。 按照以上思路和确定依据，本文提出了下图２所示的 水源热泵多联运行范围表示方法，该评价方法包括了进水 温度、水流量、室内负荷和防冻液等因素，这种方法更加有 效的体现了水源热泵多联空调机组的实际可运行范围，可 以更明确的指导机组的选型和使用。 ３水源热泵多联机在不同工况下的运行分析 蜜内猛痿，℃黜 ３．１ 水源热泵多联机在不同工况下的节能水平 图１机组运行范围图 空气源多联机制冷进风温度范围一般标称ｌＯ～４８℃， 本文作者认为，水源热泵多联机运行范围的影响冈素 其在这个范围内，系统实际冷凝温度范围在２５～６０￣Ｃ，而水 应包含以下几个部分：进水温度、水流量、室内负荷，这里室 源多联机制冷进水温度范围标称可达到５～５Ｏ℃，系统实际 一】９７～一 ＮＯ．１５，２Ｏ１２ 、现代商贸工业 Ｍｏｄｅｒｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０１２年第１５期 制撒 》蛩砖日錾遣 撂 秽 运行扭蔚 遥｛ 茄ｉ；＝｝ 蓝水 鳝麓ｆ一 一 堑精 著 ：＃阐舛 量麓 柱杯珂 箍， ｒ： 图２新的机组运行范围图 冷凝温度范围在２０～５５￣Ｃ。实际运行中，空气源多联机冷 凝温度一般比进风温度高１Ｏ～２０￣Ｃ，而水源多联机冷凝温 度一般只比进水温度高５～１５℃，这主要是因为采用水作为 冷却剂时换热器传热系数比风冷大很多，这也是水源多联 机在全工况下能效均比空气源多联机高很多的原因，下图 是根据压缩机规格书作出的不同冷凝温度和蒸发温度对系 统能效的影响曲线，如图３。 图３ ＥＥＲ与冷凝温度和蒸发温度关系图 我们以一套１ＯＨＰ一拖四的水冷多联机和一套１０ＨＰ 一拖四的风冷多联机作为对象，分析两套机组在不同工况 下的运行参数、能效水平以及制约其运行范围的因素，这两 套机组的室内机是完全相同的，区别只是室外机冷却方式 不同。通过实验我们获得表２所示的试验数据，数据一方 面体现了水冷多联机因为冷凝温度上的绝对优势，在能效 上明显优于风冷机组，另一方面体现了水冷机组在能力输 出上的稳定性，风冷机组在高温和低温工况下能力能效都 明显降低，受环境温度影响很大 表２不同工况下测试数据对比 空气源（内机全开） 水源（内机全开） １ｏ℃ ３５℃ ５０℃ １ｏ℃ ３ｏ￣Ｃ ５Ｏ℃ 对比项 制冷 制冷 制冷 制冷 制冷 制冷 冷凝温度（℃） ３５ ５２ ５８ ２５ ４５ ５Ｓ 蒸发温度（℃） ２ ｌＯ １５ ２ １ｏ １５ 能力（ｗ） ２３ ２８ ２２ ２５ ２８ ２４ 能效（ｗ／ｗ） ４．１ ３．５ ２．１ ５．０ ４．５ ３．Ｏ ３．２ 制约水源热泵多联机运行范围的因素 水源热泵多联机采用水作为冷凝介质，运行范围相对 风冷机组大幅扩宽，但是机组在边界条件下的运行也受到 一些因素的制约，这些因素在实际运行中体现为系统温度、 压力、压比等参数，控制并保持这些参数在合理的范围内是 确保机组稳定可靠运行的关键。 本文所述水源热泵多联机采用直流变频压缩机，节流 一１９８一 采用电子膨胀阀，主机可连接水系统上的流量调节阀控制 水流量，因此在应对运行范围边界条件下的运行时可调节 压缩机控制，电子嘭胀阀控制，水流量以及其他辅助措施实 现机组在这种条件下的运行。 需要考虑的运行情况主要包括以下几个方面： （１）高水温制冷时，室内负荷越高，水流量越低，系统压 力和温度越高，可能超过压缩机运行范围，对于本文所述水 源多联机，室外换热器采用板式换热器，其体积虽小，但内 部换热面积大而且换热效率高，即使进水水温在５０￣Ｃ，实际 运行高压也只会比水温高５～８度，这个范围包括了室内负 荷变化和水流量变化对高压的影响，在这种条件下系统运 行是稳定的。 （２）低水温制冷时，室内负荷越低，水流量越大，系统压 力和温度越低，可能超过压缩机运行范围，并且压比是需要 考虑的一个重要因素，实际运行发现当进水温度低于１０＂（２ 时，系统压比可能出现低于ｌ＿８的情况，此时可采取调节水 流量、通过电子膨胀阀调节系统冷媒流量以及采取高压旁 通等辅助措施保证系统压比。当室内运行负荷低于３Ｏ 的 情况下，水流量调节是必须的。 （３）高水温制热时，室内负荷越低，水流量越大，系统压 力和温度越高，此时主要需要考虑的是低压过高导致排气 温度过高的问题，针对这种情况，可采取旁通少量液体到吸 气侧的方法降低吸气温度和低压，在控制上应注意旁通液 体的流量和状态，避免直接回液。 （４）低水温制热时，室内负荷越高，水流量越小，系统压 力和温度越低，此时主要要考虑的是系统低压持续较低时， 室外换热器水侧会有冻结的风险，而且吸气过热度较低时 可能造成压缩机待液运行，此时解决措施主要是进行水流 量调节和提高压缩机频率输出的方法解决，当进水温度低 于５度时，必须添加防冻液 表２中的数据就是通过采取以上措施后机组的实际运 行参数，这些方法可扩宽水源热泵多联机的运行范围，提高 机组的环境适应能力，并保证机组在边界条件以内都可以 正常稳定的运行，在５～５０℃的全工况运行条件下，水冷机 组的能效均比风冷机组高２Ｏ 以上。 ４结语 水源热泵多联机作为一种结合了水源系统和多联机特 点的新型空调系统解决方案，正越来越受到业界关注，国内 对这种空调系统的研究还处于起步阶段，本文主要对水源 热泵多联机的特点，运行范围及节能水平进行了初步探讨， 希望能为正在进行类似研究的同行提供一些参考，目前水 源热泵多联机的国家标准还未推出，本文作者也希望能通 过这些研究推动国家标准的制订，加快发展和推广这种新 型节能空调产品，为国家节能减排建设做出贡献。 参考文献 ［１］黄德中，沈吉宝．建筑节能技术综述［Ｊ］．太阳能学报，２００７，２８ （６）． ［２３周鹏晨．多联机与水系统集中空调技术差距及对策［Ｊ］．暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ，２００７，３７（３）．