浅谈分散式水环热泵分层独立系统在办公楼的应用

劳湛生

（福建凯士比机电工程有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

如何发挥分散式水环热泵空调系统的优势，不足的地方在实际工程上又该如何去解决？本文简单介绍分散式水源热泵分层独立系统的原理，再结合在实际工程上的案例，重点分析分散式水环热泵分层独立系统的优势、应用技术难点及解决措施。

1 分散式水环热泵分层独立系统

分散式水环热泵系统主要由冷却塔+冷却水泵+空调机组组成，每套水环源热主机自带冷源、末端及电控。分散水环热泵布置在各个空调区域，在与空调环境热交换后，通过循环水把热量传递到大气中去。夏季制冷时，采用集中冷却水，分散型机组直接蒸发的制冷方式；冬季制热时，采用水环热泵+辅助热源或直接PTC电加热或双盘管+热源的方式。分散式水环热泵系统夏季制冷原理如下图所示（图1）。

图1 空调机原理图

分散式水环热泵空调系统分层独立系统，是指一栋高层建筑楼，每层设一个独立的分散式水环热泵空调系统，分层单独布置及控制。各层空调系统可以独立运行及控制，不受其他层管路及控制回路的影响[1]。

水环热泵由于采用水冷冷却方式，系统较风冷系统能效比高；相对传统螺杆或离心式的水冷冷水机组空调系统，分散式水环热泵安装简单，且可分小区域独立控制及计费，可以满足不同时段、需独立计费的使用需求。因此在空调领域占有一定的市场份额。本文结合实际工程案例，对分散式水源热泵空调系统分层独立系统在高层办公楼的应用进行探讨。

2 工程概况

厦门市某20层办公大楼，用地面积12553.571m2，地上建筑面积45850.55m2，建筑层数：1~3层为裙楼商业、4~20层为SOHO办公，建筑高度81.1m，办公楼内预留有空调机房。办公楼开发商要求为每层出售，空调的使用由使用方自由支配，需满足上班及不定时加班的需求。因此要求该工程要求满足夏季供冷，冬季新风，且每层空调能独立运行及计费。

3 负荷配置

3.1 室外设计参数

夏季空调室外计算干球温度：33.4℃/夏季空调室外计算湿球温度：27.6℃。

3.2 室内设计参数

表1 室内设计参数

3.3 设计负荷要求

本次设计空调区域为：办公楼四至二十层，总空调面积约:20461m2，设计空调冷负荷为:3580kw；单位面积负荷：175W/M2；办公大楼为节能建筑。

4 方案的选择

4.1 空调系统的选择

本设计为办公楼地上四层～二十层单冷型中央空调系统的设计。考虑到建筑功能为办公场所且开发商对于空调节能有要求，因此在系统选择上，既要满足使用要求、也要满足节能要求。因此在空调系统选择上优先采用水冷系统，办公楼存在上班时间不同且加班时产生的部分负荷使用的情况出现，如何保证部分负荷运行时的一个节能效果问题，也是系统选择的一个重要因素。综合考虑，本项目选用分散式水源热泵空调系统。且做到分层设计独立控制，每一层为一个独立系统，互相之间没有影响。冷却塔、冷却水泵放于每层的机房内，冷却水泵通过管道把水送到各个空调区域的水环热泵机组，充分吸收热量后的循环水再回到机房冷却塔进行散热，散出的热量排至大气中去。空调水系统原理图布置如图2：

图2 空调水系统原理图

4.2 分散式水源热泵空调系统分层控制的优势

采用分散式水源热泵空调系统分层控制的优势：①采用水冷冷却方式的空调系统，相比风冷系统，能效更高，综合能效在3.5以上。②能满足部分负荷使用时，系统依然能保证系统的节能效果，且不会影响到其他业主。③可以分层独立控制，满足办公楼对空调不定时使用的需求。

项目其他方面采用的节能措施：①冷凝水回收，由于冷却塔为每层设计一个，因此上层的冷凝主水管可以连接至下一层的冷却塔水盘，作为冷却塔补水之用同时降低冷却水温，提高水环热泵的制冷能效。②系统采用分层设计，简化的系统管路，管路阻损能耗减小，同时保证了系统管路的平衡，保证每台水源热泵的制冷效率。③水泵变频节能。末端安装电动二通阀，水泵根据管路压力变化进行采用变频控制。④冷却塔变频节能。冷却塔电机采用供回水温差控制，部分空调运转时电机的功率也相应地降低，有效降低部分负荷时，冷却塔的运转能耗。

分散式水源热泵空调系统分层控制的技术难点及解决措施

（1）冷却塔放于每层预留机房，冷却塔的散热通风问题。如何避免因为混风造成的冷却塔散热效果不好的问题[2]。

解决措施：机房位置设于每层办公楼的角落，每个机房都有两面外墙，因此设计上进风面及出方面分开；不会造成混风问题。冷却塔出风面选择要避开项目所在地的夏季风向。以免气流对冲，造成冷却塔热风散不到机房外面的大气中去。冷却塔出风设导风管，紧贴外墙百叶窗。让冷却塔出风直接排至室外而不会回流到机房。

（2）机房设于办公场所隔壁，如何避免机房噪声对办公场所造成的影响。

解决措施：①设备降噪及减振处理。水泵采用1450r/min的4级电机低噪音水泵，减少噪声源的分贝数。水泵、冷却塔采用变频启动，降低设备启动所造的噪声影响。水泵设减振台座，冷却塔设减振垫片，防止水泵、冷却塔振动引起的楼板噪声传递。②机房隔音处理。机房四周墙体做隔音处理，加设一层消音隔墙，墙体内部充满消音棉，外侧用微孔板压封。机房门采用特制的隔声密闭门。

（3）本项目水源热泵采用开式系统，空调冷却水应如何处理，才能保障水环主机的正常散热。

解决措施：空调冷却水管路安装完比后，在灌水试压之前需关闭水环热泵进出水阀，待管路彻底清洗干净后方可打开；水环热泵进水端需加装Y型过滤器。对冷却水系统需加装水质处理系统设备，定时对冷却塔的水进行循环处理，并对水质进行监测，当水质满足不了使用要求时，需对冷却水系统进行大清洗，以保证循环冷却水的水质要求[3]。

水质处理系统设备需满足以下要求：可长效降低水中的钙镁离子及其他有害重金属离子。防止垢的生成。自动生成碱性环境，有效保护金属管路。

（4）水环热泵对水流量有严格要求，否则会影响设备的正常运行，如何保证冷却水管路的水力平衡。

由于空调系统为每层一个系统，冷却水管路简单且管路短，这大大减低管路的水力平衡要求。冷却水系统同时采用环路同程管路设计，管路主管尽量靠近水环热泵主机设置，对部分末端离环路同程主管较远的设备支管需加大一到二级的管径。

5 结语

系统现已投入使用，在调试过程中虽然也存在一些意想不到的小问题，如电动二通阀选用的时候没有考虑到与管同样大小的电动二通阀实际接口处口径会变小问题，造成在运行过程中局部流速过快产生流动噪声，更换与管同口径的电动二通阀问题即可解决。目前系统整体运行良好。

在部分业主分批进驻的时候，分层系统的作用马上显示出来，装修好的业主可以马上使用。不用像传统空调（水冷螺杆或离心空调系统）一样，需综合考虑整栋大楼的空调需求比例来决定空调是否投入运行，且不会造成能源浪费。分层系统管路简单，解决了水源热泵最怕的水力不平衡所造成的设备多故障等问题，调试简单。

因此，水源热泵分层独立系统设计虽然会受到诸多条件约束，但它的优势也是很明显的。分散式水源热泵独立系统在高层办公场所应用是一种不错的选择。