變流量多聯式冷水（熱泵）空調機組在別墅中的應用

申廣玉，卜巍，曠玉輝

（開利空調冷凍研發管理(上海)有限公司，上海 201206）

變流量多聯式冷水（熱泵）空調機組在別墅中的應用

申廣玉*，卜巍，曠玉輝

（開利空調冷凍研發管理(上海)有限公司，上海 201206）

在滿足建筑用戶對室內舒適需求的同時，最大限度地降低建筑空調能耗對我國實現節能減排目標具有重要意義。本文通過上海某別墅建筑的系統設計方案，介紹了變流量多聯式冷水（熱泵）空調機組系統化實現綜合節能的方法和手段，揭示變流量變水溫冷/熱水空調系統在高端住宅建筑應用中的優勢和效果。

變流量；變水溫；冷/熱水空調系統；節能減排；按需新風控制

0 引言

隨著人民生活水平的日益提高，別墅越來越受到人們的青睞。別墅目前屬于高端住宅，選擇何種空調系統與之相匹配，既滿足業主對房間舒適性的需求，又能減少空調系統的能源消耗及運行費用，一直是暖通空調設計師討論、研究的熱點問題之一。王士巖[1]介紹了中小型別墅空調的兩種解決方案；陳焰華[2]介紹了兩種不同使用功能的別墅建筑和一個大型住宅小區的空調設計方案,并就實際使用情況和設計注意事項進行了分析探討。吳挺[3]通過具體實例項目，介紹了采用多功能VRV空調系統在別墅中應用過程的一些設計經驗，并分析了和傳統空調的區別；郭敬紅[4]等對別墅冷熱源方案的確定，空調方式的選擇進行了深入分析，提出了適合別墅采用的空調系統形式，以滿足用戶和房地產開發商的利益要求；馬瑞華[5]分析了目前別墅消費群體對空調系統節能性需求的趨勢，提出了VRV空調系統加跨區新風系統的別墅空調系統設計方案，并詳細介紹了方案的設計要點和實例節能分析。

雖然采用空氣源熱泵配風機盤管是目前別墅建筑的常規解決方案，在夏季也可以達到較好的空調效果，但是在供熱工況下卻存在熱延時短、舒適度低等缺陷，且高能耗一直是常規別墅空調的詬病。

針對目前居民冬季空調采暖現狀，張春盈[6]介紹了發達國家以和西安市的采暖現狀，闡述了采暖方式的選擇與節能的關系。

采用低溫地板輻射采暖與高效空氣源熱泵相結合的系統解決方案，既可實現高效節能又可提高采暖的熱舒適性，是一項值得研究的課題。王子介[7]對空氣源熱泵在住宅地板輻射供暖的應用進行了實測研究，通過在南京一所住宅實測數據證明：在南京地區采用地板輻射供暖方式是經濟、舒適和可行的。

開利VWV（Variable Water Volume）多聯式冷水（熱泵）空調機組采用變水量技術[8-9]和聯網控制技術，把室外高效主機、水力模塊和室內新風機和風機盤管聯控起來，不但可以應用在商用辦公樓、商場和超市等商用領域，而且可以應用在別墅領域，尤其是與地暖結合，具有非常明顯的舒適性和節能優勢。

此外，開利VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組還可以與其它小溫差末端結合，作為一種新型的采暖模式，幫助解決上海及長三角地區建筑尤其是居住建筑的冬季采暖問題。

1 VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組的原理和特點

開利VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組是一個系統解決方案，它把風冷式單冷/熱泵機組（室外主機）、通信型風機盤管（室內機）、熱回收新風空氣處理機（新風機）、集中式水力模塊、溫控器和系統控制器組成一個整體，為商場、辦公和酒店等商業場所提供舒適的空調系統。用戶和設計師可根據需要，選擇系統各型號進行組合。其系統組成原理如圖1所示。

圖1 VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組系統組成原理圖

開利VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組所有標準部件都預先配置完畢，從而大大縮短項目設計周期，降低方案成本。其主要特點介紹如下。

1）控制靈活

a) 通過溫控器控制室內機的啟停和運轉模式，從而自動決定室外主機的啟停和運轉模式；

b) 通過系統控制器，可實現對每個室內機、新風機及室外主機的操作；

c) 系統控制器支持TCP/IP協議，可通過局域網與電腦連接；

d) 可通過電腦的網頁瀏覽器（如IE）對系統控制器進行操作。

2）節能高效

a) 全系列室外主機國家一級能效，通過國家節能認證；

b) 系統可根據室內負荷實際變動情況，適時調整室外主機運行狀況，始終保持節能運行；

c) 系統可集中監控分散的室內機工作狀態，并可進行分區及時間表定時啟停控制，防止因室內機因不必要的開啟和室內溫度超設，而造成系統不必要的能量消耗；

d) 系統提供自適應變水溫控制：根據室內狀況自動調節空調出水溫度，既保障了室內舒適性，過渡季節又節省了運行費用；

e) 系統提供變流量控制：系統運行時，根據水系統的壓差變化，自動調節水力模塊中變頻水泵的頻率，部分負荷時極大地降低系統運行費用；

f) 新風機采用熱回收式，充分利用室內余熱，可降低新風負荷50%以上，降低室外機等設備容量，節省初投資；

g) 新風按需提供：內置CO2濃度探測儀，根據室內CO2濃度，決定新風機的啟停，進一步降低系統運行費用；

h) 相對于傳統的無熱回收、定風量新風、不帶系統控制功能的空調系統，該系統節能可達40%。

3）安裝調試簡便

a) 標準化設備，可全部電梯運輸；

b) 系統水力部件集成于水力模塊內部，節省了安裝空間，縮短了安裝周期；

c) 一鍵式清除水系統雜質，降低人工工作量；

d) 系統擴容、室內機重新劃分方便。

2 工程概況

上海某三層家用別墅建筑，其中一層建筑平面長19.7 m，寬19.3 m；二層建筑平面長19.3 m，寬18.5 m；三層建筑平面長18.5 m，寬17.3 m。總共21個獨立控制房間，總共空調面積為460 m2，室內峰值負荷約為94 kW。

該別墅采用開利VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組系統，夏天采用該系統制冷，冬季采用風機盤管和地暖供熱。

3 VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組系統設計

前期經過與業主多次溝通和交流，該別墅業主需求和VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組解決方案對照表如表1所示。

表1 別墅業主需求和VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組解決方案對照表

3.1 室外主機低開啟率設計

常規VRV內外機最大配置率僅為130%，而開利VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組系統，最大配置率200%，可以滿足別墅這種空調配備面積大，但內機開啟率低的需求。根據有無新風，可有兩種配置方案：

方案一（無新風配置）：采用VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組SHSRQ060 (系統制冷量57.8 kW，制熱量60 kW)；主機 (30RQM030) 2臺；水力模塊 (HK080) 1臺；臥式暗裝低噪聲風機盤管(42CN002～42CN008) 17臺；天花嵌入式風機盤管(42GWC005) 2臺；掛壁式風機盤管 (42CM002) 2臺。

方案二（帶新風配置）：VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組SHSRQ070(系統制冷量67.8 kW，制熱量69.6 kW)；主機（30RQM035）2臺；增加熱回收新風處理機（BFP1）1臺；其余同方案一。

因無管長衰減，內機超配容量大，從而為降低室外主機容量提供了可能，具體室內開啟率示意圖如圖2所示。因全熱回收機組可回收室內冷量或熱量，就進一步降低了主機容量。具體主機容量和VRV方案對比如圖3所示。從圖3可以看出，采用VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組無新風方案可以比VRV節省26%主機配置容量，采用VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組帶新風方案可以比VRV節省33%主機配置容量。

圖2 室內開啟率示意圖

圖3 主機配置冷量對比圖

3.2 室內舒適性設計

要滿足業主客房噪聲標準，客房室內機采用開利CN系列低噪音風機盤管室內機，局部吊頂，不但可降低客房壓抑感，而且該款內機適合各種裝修風格，噪音可降低至(34～36) dB(A)。大起居室采用開利卡式內機，四面出風，并引入新風，滿足舒適度要求。

3.3 新風設計

為滿足房間舒適性要求，配置開利最新研發的新/排風熱回收機組，不但能為房間提供新風，而且能夠回收室內冷熱量，提高系統能效。該新風機還配置了CO2濃度感測器，可根據室內CO2濃度自動開啟新風機，避免無謂的能量消耗。新風機還能定時控制，可根據業主自身情況、節假日安排，設置定時控制，實現自動管理空調。圖4是周定時實例。

3.4 地暖需求

目前長江流域冬季主要采暖方式有空調+電地暖、空調+燃氣水地暖和空調地暖一體系統，其各自特點如表2所示。空調和地暖采暖形式室內溫度分布圖如圖5所示。

別墅，首先是一種生活方式，其次才是建筑類別。對于別墅業主來講生活品質非常重要，因此對生活的舒適度要求很高，為別墅提供采暖其節能性和舒適性就顯得格外重要，地暖的諸多優點正好符合別墅采暖的要求。

圖4 系統周定時實例

表2 不同采暖形式各自特點對照表

圖5 空調和地暖采暖形式室內溫度分布圖

VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組空調+地暖方案如圖6所示。為防止夏季制冷時，空調冷凍水流入地暖回路導致地板結露現象發生，開利VWV系統為地暖水回路提供一個總電磁閥輸出控制點，制冷模式時，電磁閥關閉，保證地板不會結露。同時建議在地暖回路另配一個手動關斷閥，起二重保護作用，而且便于系統維護管理。

VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組空調+地暖系統一共有四種運轉模式：風機盤管制冷、風機盤管制熱、地暖制熱和地暖風機盤管聯合制熱，具體如圖7所示。地暖制熱和地暖風機盤管聯合制熱可以使房間溫度迅速達到設定值，在強制熱場合下使用。

當運轉地暖制熱模式時，一般地暖所需供暖溫度比風機盤管制熱低，冷凝壓力也低，主機能效高，是一種比較節能的運轉模式。

圖6 VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組空調+地暖方案圖

圖7 VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組空調+地暖運轉模式示意圖

3.5 人機界面設計

VWV系統操作十分方便，可通過系統集中控制器對整個系統進行操作和管理，也可用PC機或IPAD實現全部的操作功能，VWV系統控制圖如圖8所示。

圖8 VWV系統控制圖

4 系統成本分析

在上海的氣候條件下，不同“空調+采暖”系統的全年能耗及運行費用的對比如表3所示。通過分析和比較，顯示“VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組+水地暖”比常規的“VRF+燃氣壁掛爐水地暖”可節省10%采暖年運行費和37%空調年運行費用；比“VRF+電加熱地暖”可節省69%采暖年運行費用和39%空調年運行費用。“VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組+水地暖”比常規的“VRF+燃氣壁掛爐水地暖”全年總運行費用可節省26%；“VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組+水地暖”比“VRF+電加熱地暖”全年總運行費用可節省69%；而其整個系統的初投資比“VRF+燃氣壁掛爐水地暖”降低了21%；比“VRF+電加熱地暖”降低了17%。由此可見，在保證較高室內舒適性的同時，VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組空調+地暖系統可為別墅用戶提供最大化的經濟效益。

表3 不同系統全年運行費用及初投資比較

5 結束語

綜上所述，本次針對上海某別墅的空調采暖系統方案進行分析和比較，介紹了VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組系統化實現綜合節能的方法和手段，揭示變流量變水溫冷/熱水空調系統在高端住宅建筑應用中的優勢和效果。該系統的節能主要體現在三個方面：第一、系統管控節能，系統化的控制手段通過系統控制器集中管理，從而減少系統能量的浪費，降低建筑的能量消耗；第二、系統協調配合節能，子系統之間的不協調也是傳統空調系統能耗偏高的一個主要原因，本案例通過系統控制器統一協調各個子系統的運行以適應變負荷工況，系統通過變流量，變水溫手段來提高部分負荷時能源使用效率，進而達到節能目的；第三、系統引入新技術節能，通過引入高效的機組、新的熱回收技術，以及根據CO2濃度按需提供新風等手段來實現系統節能。

開利VWV多聯式冷水（熱泵）空調機組是一個系統解決方案，在當今節能減排的大背景下，符合產品發展方向，不但在商用領域可以應用，而且在家用別墅中也有很大的發展空間，尤其是地暖的應用，不但能夠節省能量，而且可以提高舒適度。如今后有熱水選項，可提供集采暖、空調、熱水三項功能為一體的高效空氣源熱泵集成系統，不僅可以滿足家庭冷、暖和熱水三合一需求，還將會進一步提高系統利用率及總體能效，是今后別墅空調的發展方向。

[1] 王士巖. 淺析中小型別墅的空調方案[J]. 制冷與空調, 2000(4): 55-57.

[2] 陳焰華. 住宅建筑的三種空調設計方案[J]. 暖通空調, 2009, 32(3): 60-66.

[3] 吳挺. 多功能VRV空調系統在別墅中的應用[J]. 住宅科技, 2013(1): 39-42.

[4] 郭敬紅. 高檔別墅空調系統形式應用分析[J]. 制冷與空調, 2010, 24(6): 63-66.

[5] 馬瑞華. 高檔別墅空調系統形式應用分析[J]. 制冷空調與電力機械, 2009, 30(6): 39-40.

[6] 張春盈. 采暖方式的選擇與節能[J]. 供熱制冷, 2009(8): 52-55.

[7] 王子介. 空氣源熱泵在住宅地板輻射供暖的應用[J]. 暖通空調, 2003, 33(1): 8-11.

[8] 高養田. 空調變流量水系統設計技術發展(之二)[J]. 暖通空調, 2009, 39(1): 92-101.

[9] 袁莉莉. 水冷熱泵機組熱回收系統的節能效益分析[J].制冷技術, 2013, 33(3): 65-69.

Application of Variable Water Volume Multi-connected Water Chilling (Heat Pump) in Villas

SHEN Guang-yu*, BU Wei, KUANG Yu-hui
(Carrier Air-conditioning & Refrigeration Management (Shanghai) Co., Ltd, Shanghai 201206, China)

Energy saving of air conditioning system in buildings is significantly important for achieving the emission reduction goal while improving the indoor comfort for the occupants in buildings. This paper analyzes a successful energy saving case of villa project in Shanghai, which applies variable water volume (VWV) multiconnected water chilling (heat pump) and its system solution comprehensive control methods to optimize energy efficiency of air conditioning system. It also reveals the effect and benefit of variable water flow volume and water temperature heat pump air conditioning system for the high-end residential building application.

Variable water flow volume; Variable water temperature; Heat pump air conditioning system; Energy saving and emission reduction; Fresh air control by requirement

10.3969/j.issn.2095-4468.2014.01.205

*申廣玉（1973-），男，高級工程師，碩士。研究方向：空調設計。聯系地址：上海市申江路3239號，郵編：201206。聯系電話：021-38603344。Email：guangyu.shen@carrier.utc.com。