風冷熱泵型家用中央空調系統的設計分析
一、家用空調和綠色建筑
近幾年來，隨著人民群眾生活水平的大幅度提高，上海市人均居住面積從4平米持續增長到10平米持續增長到，人民的生活質量有了極大的提高。對住宅需求猛增且不再滿足于60—70平米持續增長到類似的二房一廳范疇，而是朝著90—250平米持續增長到多居室、小別墅的方向發展，在小區綠化環境、文化氛圍、房型設計、功能要求和室內裝修均已達到小康水平的條件下，空調成了家居、辦公樓、娛樂場所必備的電器設備并對空調的應用方式提出了更高的要求。據統計到2000年上海每百戶居民擁有的空調數已達90%左右，許多家庭已實現一戶多機或一室一機，使上海的空調擁有量已超過了一些發達國家，不僅如此，房地產開發商還適時提出了“綠色建筑”的新概念。所謂“綠色建筑”，就是“資源有效利用”的建筑。總起來說，“綠色建筑”就是綜合利用資源、節能、環保、親近、回歸自然和健康，是一種可持續發展的建筑。由于“綠色建筑”對室內環境品質給予特別的重視，要求室內聲、光、熱等環境物理因素和室內空氣品質中諸多物理和化學因素都能達到潔凈、清新、安全的標準，顯然所有建筑都單一使用分體式空調不能適應綠色環保的要求。家用分體式空調存在一些弊病：
1）目前市場供應的空調整機性能系數COP比較低，只能在2.7—3.1之間俳徊。家用空調器是一般家庭中能耗最大的電器。以上海為例，上海有400萬個家庭，空調擁有量應不少于360萬臺，耗電量較大。如COP值降低0.1，總耗電量就增加3.4%.
2）由于分體式空調的空氣只能在室內循環，沒有新風供應，致使室內空氣品質難以保證，CO2量增加使室內的空氣污染。而且空調器的過濾效率不高，尤其是對粒徑在10μｍ以下的可吸入粉塵幾乎不起作用，因此易導致空調綜合癥和某些疾病的交叉感染，對人體健康產生不利的影響。
3）對老式建筑，分體式空調的室外安裝機一般在墻體立面上豎架懸掛，既破壞了墻體，又有礙觀瞻。且冷凝水隨處排放，室外機的噪聲和廢氣也對環境造成污染。大量的懸掛室外機對人身安全也存在著隱蔽的威脅。
根據上述分析，對某些大面積、多居室的住宅建筑一室一機，一戶多機的模式已違背綠色建筑的要求，發展小型的家用中央空調系統勢在必行。
二、家用中央空調系統的特點
家用中央空調系統是一種新概念的超微型中央空調。采用家用中央空調系統的建筑需專用管道，所以較適合相對獨立（使用面積在90—250平米持續增長到，至大到1000平米持續增長到）的住房、別墅、辦公室、餐廳和娛樂場所。本設計采用空氣水熱泵型家用中央中調系統，其優點是：
1）整套或整幢建筑中央空調有一臺主機帶動多臺末端設備，夏天制冷，冬天供熱。機組可根據負荷變化自動調節，在滿負荷運行條件下比普通分體式空調節能20%左右。
2）機組可安裝在陽臺屋頂和庭院中，無須另設機房，不用破壞墻體立面，靈活方便。
3）綜合利用資源，可利用制冷時排出熱量供應熱水。
4）設置節能型新風系統，給室內送清新空氣，改善室內空氣質量，提供舒適健康的生活環境。
5）由于該系統專屬于每家每戶，不存在住宅集中空調的收費問題。避免了由于計費方式和使用情況的不同引發的矛盾，有利于物業管理。
三、風冷熱泵型家用中央空調系統的設計
風冷熱泵型家用中央空調是以室外空氣為“熱源”，通過機械做功，輸出熱量，解決中央空調的冷熱水供應，調節室內空氣溫度。所謂“熱泵”，凡是可以在低溫環境下吸收熱量，并將其位能提高后，向高溫環境輸出熱量的裝置機械，都可稱作“熱泵”。其優點是不用水冷，可省略冷卻塔，水泵組成的冷卻水循環系統，節能、節水還可降低總投資。
風冷熱泵型家用空調系統的應用條件為：
1.冬季室外空調計算溫度應在-10℃以上，機組蒸發溫度<-8℃，連續運作時間<110h。
2.冬季空氣溫度較低，即每年累計除霜時間500—1000h，每kg干空氣累計除霜量7—20kg。對長江中下游地區此條件比較適宜。
對一般使用面積在100—120平米房間，機組功率采用3kW主機，以每增加20—30平米遞增0.75kW計算，就可初步確定機組選用功率，其制冷能力10.8—19.5kW，熱能力達11.5—21.3kW。
風冷熱泵空調系統的設計關鍵是必須按最佳平衡點溫度（即風冷熱泵的傳熱量等于建筑物耗熱量的室外計算溫度值）來選用熱泵。是否增設輔助熱源，要視冬季室外溫度而定。如果室外溫度在平衡點以下，要添加輔助熱源。輔助熱源一般采用電加熱器。其制冷工況為環境溫度35℃，回水溫度12℃，出水溫度7℃；制熱工況為環境溫度7℃，回水溫度40℃，出水溫度45℃。
其次，設計的關鍵是防霜和除霜。現在常用的防霜辦法是增設輔助室外換熱器；常用的除霜方法是用電子膨脹閥來轉換工況用熱氣反沖。由于除霜必然引起能耗加大和熱水溫度的波動，因此要合理安排除霜周期。
另外，設計時也必然考慮機組的安裝位置和噪聲控制。一般機組安裝位置要進風通暢，風速控制在3—4m/s，排風不受阻擋，尤其是出風口的上方不應有阻擋物，否則會引起排風氣流短路，熱保護動作而停機。
四、結束語
以上分析了風冷熱泵家用中央空調系統的特點，應用和設計應注意的問題。風冷熱泵空調系統與其它類型的空調系統相比熱效率稍低，但由于其自身獨特的分體結構，組合比較方便，機組可根據負荷變化，尤其在部分負荷運行工況下，自行調節，有顯著的節能功能，具有冷、暖、洗浴供水功能，適合于中小型建筑和一般家庭使用，應得到更多的推廣和使用。
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