水源多联机原理及设计要点

发布于：2022-08-10 16:48:10 来自：暖通空调/通风排烟 [复制转发]

知识点：水源多联机

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1定义

多联机空调系统是指一台（组）空气（水）源制冷或热泵机组配置多台室内机，通过改变制冷剂流量适应各房间负荷变化的直接膨胀式空气调节系统^[1]。水冷多联机(water cooling variable refrigerant flow,WCVRF)系统是新一代的多联机空调系统，它集合了风冷多联机空调系统和水源热泵空调系统二者的优点，通过高效换热器和中间介质循环水，利用低品位热源（海洋、土壤、工业废热、城市污水等）中的热能进行制冷供暖，极大地节约了能源。它主要由水冷多联机机组、循环水系统、散热设备、辅助加热设备等几部分组成^[2]。

水源多联机由起初的单一热源发展到多种热源可利用，目前可利用的可再生能源包括：江河水、湖泊水、海水、地下水等水源热能、土壤热能、污水废热，甚至是太阳能，也可以利用作为系统热源。

2水源多联机系统组成

水源多联机空调系统可划分为室内侧系统、主机系统、水源侧系统。

2.1室内侧系统

水源多联机室内侧设备与风冷多联机室内侧设备相同，主要有室内机、分歧管、铜管等组成。

多联机室内机包含了制冷机四大件中的蒸发器、节流装置两件，见图一。

图一. 室内机原理图

蒸发器一般为肋片管式换热器，节流装置为电子膨胀阀。制冷时，从室外机冷凝器出来的高温高压液态制冷剂经管道、分歧管进入到各室内机，在室内机内，经电子膨胀阀节流降压进入蒸发器，蒸发器内低温制冷剂与室内空气换热，制冷剂吸热蒸发后经分歧管进入室外机。

室内机形式主要有以下几种：四面出风嵌入式、两面出风嵌入式、落地暗藏式、落地明装式、壁挂式、天花板内藏风管式、薄型天花板内藏风管式等。

四面出风嵌入式的机型为四向气流中间回风的形式，比较适合应用在房型比较规整、对静音要求较高的房间，但对房间的层高有一定的要求。

两面出风嵌入式的机型比较适合使用在较为狭长的空间，如办公室、走到。

天花板内藏风管式可使用在狭长型空间、L型房间、挑高空间、小空间等场合。

薄型天花板内藏风管式一般用在宾馆、住宅以及小型办公室。

落地暗藏式一般使用于层高较高、或层高较低但不适合吊顶的空间。送风方式一般为上送下回。

壁挂式常用于面积较小、不适合做吊顶或不希望内装变化的改造项目中。

2.2主机侧设备

水源多联机室外机系统与风冷多联机室外机系统基本相同，都是由：换热器、压缩机、气液分离器、油分离器、四通换向阀、电子膨胀阀、电磁阀、压力开关、毛细管、压力传感器等组成。但是与风冷多联机不同的是，水源多联机制冷时冷却介质是水，而不像传统风冷多联机的室外机那样冷却介质是空气。因此，冷凝器结构形式不同，风冷多联机系统为强迫对流风冷冷凝器，一般采用肋片管式换热器。水冷多联机系统为套管式水冷冷凝器。

图二. 肋片管式换热器

图三. 板式与套管式换热器

表一. 各厂家水源多联机与空气源多联机尺寸对比

2.2.1安装位置

由于水的比热容和密度远大于空气的比热容和密度，换热器面积大大减少，故水冷多联机系统室外机体积大大减少，并且可安装在建筑物中任何方便的地方，而不像传统的风冷多联机系统室外机必须安装在通风良好的地点^[3]。一般放置在地面、楼顶、通阳台等位置，但往往因连接管长度和落差等因素限制了使用。而水源多联机主机安装灵活，占用空间更少。可根据建筑物特点灵活选择安装方式，例如安装在专用机房、封闭阳台、地下室、仓库、走廊、专用设备间、其它通风、有足够空间的室内区域等，多台机组可叠放，大大节省建筑空间。同时，主机安装也不会影响建筑物外立面的美观。

2.2.2外界气候影响

风冷多联机在恶劣天气情况下运行时，通过调节压缩机频率、室外机风扇转速、电子膨胀阀开度来保证室内设定温度要求，运行复杂。而水源变频多联机，由于采用稳定的水源、地源作为冷热源，运行时受室外环境变化影响较小。

2.2.3制热运行时除霜问题

风冷多联机制热运行需要除霜，从而影响制热效果。而水源多联机制热运行时不需要除霜。在制热运行中由于室外侧热源温度较高，且基本不会随室外环境温度变化而波动，室外侧不存在结霜和除霜的过程，实际制热时间延长，换热稳定效率高，制热强劲，在寒冷地区使用不受环境温度影响，制热效果更好。

2.2.4运行噪音问题

多联机的噪音主要来自于压缩机、制冷剂、风扇电机等。风冷多联机使用风扇电机强迫空气流动从而与制冷剂换热，而风扇电机运行产生的噪音较大，通常情况下是机组噪音的主要来源。而水源多联机系统主机采用板式换热器实现水与制冷剂之间的高效换热，无需风机，减少了噪音的产生，因此运行噪音更低。

2.3水源侧系统

在水环多联机系统中，系统通过水环路将各水冷多联机组的压缩冷凝单元连接起来实现供冷暖和能量转移。

水源侧系统组件一般包括：频定压罐）、换热器、水处理设备、软化水设备、补水泵、补水箱、温度计、压力表、阀门、控制系统等。

水源侧系统一般

水管路的系统形式有以下几种方式：

1）夏季采用水源多联机，冬季采用集中式供暖。

2）夏季冬夏均采用水源多联机。

3）如过渡季节需要同时供热、供冷，水源侧系统可采用热回收式系统，如图四。

图四. 水源侧热回收型系统

3水源多联机设计要点

水源多联机空调系统主要包括冷媒系统设计、水系统设计、新风系统设计等，主要的设计步骤：

1）材料收集，确定初步方案

2）确定室内机形式和容量（可室外机容量）

3）新风系统设计

4）室外机位置及管道布置

5）水源侧系统设计

3.1室内侧设计

设计步骤：

1）设计条件确定和冷热负荷计算

2）暂定室内机容量和形式

3）根据室内机容量总和选择室外机

4）室外机实际制冷/制热容量修正

5）室内机实际制冷/制热容量计算

6）系统所有室内机实际制冷/制热容量≥房间冷/热负荷

3.1.1选择室外机的原则

1）合理的空调分区

a.按照方位分区

b.按照使用时间和使用频率分区

c.按照室内设计条件分区

2）配管系统尽可能优化

3）内外机容量配比

4）室内机数量不能超过室外机所能容许连接的室内机数量

3.1.2选择室外机的原则

同一个系统，室内机的额定容量和应大于或等于室外机的额定容量，室内外机的容量系数比可参照表二^[10] 。

表二. 室内外机容量配比率

同时使用率	最大容量配比率
≤70%	125%-135%
>70%，≤80%	110%-125%
>80%，≤90%	100%-100%
>90%	100%

按照表二选则室外机容量后还需对此容量进行温度计配管长度修正，计算公式如下：

室外机实际制冷/制热容量=容量配备率下的室外机制冷/制热能力*管长修正系数*温度修正系数。

其中：

1.配管长度的修正按照查询时涉及到配管等效长度的计算，等效配管长度=实际配管长度+?（不同管径下的弯管长度*弯管等效长度） +（分歧管个数*分歧管等效长度）

2.温度的修正同样按照各厂家给出的配管修正系数图进行查询。

3.2水源多联机的新风方案

新风系统方案主要有以下四种

1）直接引入新风，有空调室内机承担全部新风负荷；

2）采用热回收新风处理装置承担部分新风负荷，其余负荷有空调室内机承担；

3）多联机配套的新风处理机处理新风负荷，然后送到室内；

4）采用新风空调箱处理新风负荷。

3.3主机安装位置

主机位置安装主要有两方面的要求：

系统连接方式要求：内外机高差、内机高差、外机高差、分歧管长度等需在厂家要求范围内。

系统外部要求：

1.主机应安装在专用机房、封闭阳台、地下室、仓库、走廊、专用设备间、其它通风、有足够空间的室内区域等，多台机组可叠放。

2.预留维修空间（按各厂家规定预留）。

3.室外机安装于阴凉处，避免阳光直射或高温热源直接辐射。

4.室外机应置于无酸、碱性等腐蚀性气体的地方。

3.4水源侧系统设计

水源侧系统设计主要步骤是：确定水系统形式，绘制系统图；计算流量，选定管径；地埋管及冷却塔选型；计算膨胀水量，选定膨胀水箱；计算系统阻力，选择循环水泵。

3.4.1确定水系统形式

同程式布置——水量分配和调节都比较方便，容易达到水力平衡，但需要设回程管、管路长，初投资稍高，要占用一定的建筑空间。

异程式布置——水量分配和调节都比较麻烦，不容易达到水力平衡，需要安装平衡阀，无需回程管，管道长度较短。

图五. 同程式与异程式

他们适用的场合：支管环路的压力降（阻力）较小，而主干管路的压力降起主导作用者，宜采用同程式。支管环路上末端设备的压力降（阻力）很大，支环路的压降（阻力）起主导作用者，或者说支路环路阻力占负荷侧干管总环路阻力的2/3～4/5时，宜采用异程式。如果建筑条件允许，可采用垂直同程和水平同程的布置方式，不仅容易达到水力平衡，而且省去大量的调试工作量。当采用异程时，可以加大干管的管径，以减少阻力的不平衡率。当系统的阻力先天就不平衡或无法调平衡时，可通过安装调节阀或平衡阀予以解决。

水路的管材一般采用焊接钢管、无缝钢管、镀锌钢管、铝塑复合管、PB管、PE-X管、PE-RT管、PP-R管。

常用的水泵有卧式离心泵和立式离心泵，它们都可以用在水系统中。对于机房面积大的地方可以用卧式离心泵，对于机房面积较小的地方可以考虑使用立式离心泵。

一般情况下，水泵需设置一台备用泵。

3.4.2计算系统水流量确定管径

系统水流量等于连接在该回路上所有水源热泵主机冷却水流量之和

一般情况下，主机冷却水流量可按额定流量设计；夏季进水温度偏高或冬季进水温度偏低的地方，可适当增大设计流量，水管管材和规格管径及流速的设计参考见表三^[6]。

管内径（mm）	≤32m	40~63	>63
流速范围（m/s）	≤1.5	≤2.0	≤3.0

表三. 流速范围

注：

a流速不能小于0.45~0.6m/s，否则不利于带走水中的空气，容易引起管道腐蚀。

b为保证水流安静，最大流速宜低于1.8m/s，

3.4.3地源系统及冷却塔系统承担负荷计算

地源系统的冷（热）负荷

Q_r：建筑物最大热负荷

冷却塔的热负荷

Q_f：建筑物总的冷负荷

3.4.4膨胀水箱选型

膨胀水箱的作用：补水、定压、容纳膨胀水量

膨胀水箱容积：

V=аΔtV_c

V——膨胀水箱的邮箱容积，单位L

а——水的体积膨胀系数，0.0006L/℃

Δt——最大水温变化值，单位℃

——系统内的水容量，单位L

3.4.5水泵选型

一般情况下，水泵需设置一台备用泵。

水泵克服系统阻力：

a主机、冷却塔等设备水压降

b水管的阻力损失

水管的阻力损失=沿程阻力损失+局部阻力损失

沿程阻力损失=比摩阻*管长，

h_f=Rl

其中

局部阻力损失=局部阻力系数*动压

以上阻力之和可取1.1保险系数

4案例分析

水源多联机的冷热源方式较多，本文将通过两个案例介绍。

4.1南京骋望骊都项目

本工程为南京骋望置业有限公司骋望骊都华庭住宅楼小区，总建筑面积为22万平方米，此次设计为会所，主要由活动室、茶室、健身房、泳池等组成。活动室、茶室、健身房为水源多联机系统，其新风由热回收式换气机组提供，室内机采用风管暗藏式。冷却水来自设于地下室地源机房内的泵站，在屋顶设一台冷却塔用于调峰和冷热量平衡，空调冷源形式是地埋管与冷却塔结合的方式。

图六. 骋望骊都华庭住宅楼小区