小型風(fēng)冷熱泵冷（熱）水空調(diào)系統(tǒng)蓄能管的研究與應(yīng)用

浙江艾爾柯環(huán)境設(shè)備有限公司方肖輝

本文中敘述的小型風(fēng)冷熱泵冷（熱）水空調(diào)機(jī)組，指制冷量在7~40kw制熱量在7.5~42kw范圍內(nèi)的小型空調(diào)戶用機(jī)；空調(diào)機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)、出水溫度制冷：12-7℃，制熱：40-45℃。空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)使用率范圍在60~100%之間。主要以小型水系統(tǒng)空調(diào)運(yùn)行的穩(wěn)定性和舒適性出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)的水容量進(jìn)行分析，說(shuō)明一般情況下水系統(tǒng)蓄能管選擇容量的參考范圍。筆者在分析時(shí)，過(guò)于主觀性或范圍局限性，請(qǐng)讀者見(jiàn)諒。

對(duì)于戶式中央空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要解決系統(tǒng)溫度波動(dòng)問(wèn)題，獲得良好的熱穩(wěn)定度（也稱(chēng)熱慣性），首先應(yīng)盡量準(zhǔn)確地確定空調(diào)負(fù)荷，并選用裝機(jī)容量相匹配的主機(jī)；其次，系統(tǒng)的水容量越大，系統(tǒng)蓄冷量越大，則系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性越好，反之，系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性越差。因此，水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)校核計(jì)算系統(tǒng)水容量是否滿足系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際水容量不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采取加大系統(tǒng)水量的措施。當(dāng)然，系統(tǒng)水容量也不是越大越好，水容量過(guò)大，其熱穩(wěn)定性毫無(wú)置疑是良好的，但是，較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后，再開(kāi)機(jī)時(shí)將會(huì)延長(zhǎng)空調(diào)預(yù)冷或預(yù)熱的時(shí)間。

綜合室內(nèi)環(huán)境的舒適度、主機(jī)的使用壽命、空調(diào)系統(tǒng)造價(jià)和工程實(shí)施的可能性等因素，對(duì)戶式中央空調(diào)系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求如下：

a）夏季運(yùn)行時(shí)，主機(jī)停機(jī)10min時(shí)，要求供水溫度升高不大于5℃。

b）冬季運(yùn)行時(shí)，主機(jī)除霜時(shí)間為3min時(shí)，要求系統(tǒng)供水溫度降低不大于3℃。

根據(jù)熱平衡方程和熱穩(wěn)定性要求，可按下式分別計(jì)算冬、夏季空調(diào)系統(tǒng)對(duì)水容量的最小要求：

G=Qt/(3.6×Ｃp△t)

式中：G-為系統(tǒng)的最小水容量，kg；

Q-末端設(shè)備的供冷或供熱量，kW；

t-熱穩(wěn)定性時(shí)間要求，夏季取10×60s，冬季取3×60s；

Ｃp-水的定壓比熱，4.187kj/(kg.℃)

△t-水的溫度波動(dòng)要求值，夏季t=5℃，冬季t=3℃。

冬、夏季系統(tǒng)水容量的計(jì)算結(jié)果中，數(shù)值最大的即為空調(diào)系統(tǒng)對(duì)水容量的最小要求。

戶式水系統(tǒng)中央空調(diào)的設(shè)計(jì)對(duì)于室內(nèi)管路部分，考慮安裝條件和層高限制等（戶用空調(diào)面臨的安裝條件是：層高矮，吊頂空間小，梁上開(kāi)孔受限，同一空間存在多種系統(tǒng)），一般管路遵從距離短、異程、管徑小的原則，后果是加劇了整個(gè)系統(tǒng)的水容量減少。造成空調(diào)主機(jī)頻繁的啟動(dòng)和停機(jī)，系統(tǒng)水溫變化大，室內(nèi)空調(diào)出風(fēng)溫度不穩(wěn)定，空調(diào)整體的舒適性下降。而且壓縮機(jī)的壽命也急劇減少，空調(diào)系統(tǒng)故障率明顯提高。成為一個(gè)不合格的中央空調(diào)系統(tǒng)，給以后的使用造成很大程度的影響。系統(tǒng)管路一旦安裝完畢，裝修封頂，更改的風(fēng)險(xiǎn)性和經(jīng)濟(jì)性都較大。

為了解決此類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生或彌補(bǔ)當(dāng)初設(shè)計(jì)的不足，通常在設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)中添加儲(chǔ)能罐或增大管路系統(tǒng)管徑。添加儲(chǔ)能罐的方式，要求儲(chǔ)能罐要有一定的安置空間，相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)感覺(jué)突出，和周?chē)�環(huán)境不容易協(xié)調(diào)，很多用戶不樂(lè)意添置。采用增大管徑的方式，戶用管道考慮安裝和成本的原因也很難實(shí)現(xiàn)。

在房間吊頂區(qū)域允許的空間，水平方向安裝蓄能管，兼作系統(tǒng)的水平管使用，也是一種好的解決方案（如圖2 ）。安裝時(shí)要注意蓄能管的接口位置，按照水流方向，進(jìn)口在蓄能管的上口，出水在蓄能管的下口，避免蓄能管內(nèi)空氣排不盡，或排水排不完。特殊情況應(yīng)設(shè)自動(dòng)排氣閥和排水閥。蓄能管單獨(dú)吊裝固定，自重不可有其它管路承擔(dān)，一段蓄能管不少兩個(gè)支吊架。

為了進(jìn)行水容量研究，選擇了具有代表性的不同負(fù)荷的空調(diào)系統(tǒng)，列表如下：

表1  設(shè)備水容量表

表2  系統(tǒng)管路水容量表

表3  統(tǒng)計(jì)水容量

從統(tǒng)計(jì)與計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)實(shí)際水容量只有設(shè)計(jì)所需水容量的40~60%，需要增加的水容量達(dá)到了40~60%，甚至以上�？梢钥闯觯�系統(tǒng)的穩(wěn)定性運(yùn)行幾率只有50%左右，而大多數(shù)時(shí)間運(yùn)行在不穩(wěn)定的條件下。也就是說(shuō)，系統(tǒng)只按照流量流速確定系統(tǒng)配管，不考慮水容量的設(shè)計(jì)是不可取的。增加水容量應(yīng)用。

下面水容量與使用率關(guān)系圖表，是空調(diào)總負(fù)荷在25KW時(shí)，各種使用率下的設(shè)計(jì)所需水容量。可以看出設(shè)計(jì)所需水容量還和同時(shí)使用率有關(guān)，設(shè)計(jì)同時(shí)使用率越大，系統(tǒng)所需水容量也就越大；反之，所需水容量就小。所以設(shè)計(jì)方案時(shí)，同時(shí)使用率的選擇，是十分重要的，選小了，效果不好不夠用，選大了，系統(tǒng)穩(wěn)定但投資增加，運(yùn)行成本相應(yīng)增加；在滿足使用的前提下適當(dāng)降低同時(shí)使用率，是減少系統(tǒng)水容量有效的方法，同樣蓄能管或其它增加水容量的容器容積可以減小，投資也相對(duì)減少。

在選擇蓄能管裝置時(shí)，可以參照表4進(jìn)行確定管徑：

表4  常用蓄能管管徑與水容量對(duì)照

依據(jù)小型風(fēng)冷熱泵冷（熱）水空調(diào)系統(tǒng)冷量范圍，對(duì)照上表，可以制定出較為常用的蓄能管，標(biāo)準(zhǔn)蓄能管長(zhǎng)度2.8～3米/根，水容量分15L\23L\36L\52L四個(gè)常用規(guī)格。建議根據(jù)冷量范圍按表5進(jìn)行選擇系統(tǒng)使用的蓄能管：

表5  小型風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組系統(tǒng)蓄能管對(duì)應(yīng)表

較大系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)使用率確定幾組蓄能管并聯(lián)，并根據(jù)實(shí)際使用率調(diào)節(jié)蓄能管的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)蓄能量，以使系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到快速制冷制熱及合適的熱慣性，保證空調(diào)末端有舒適的冷熱量輸出。

蓄能管的應(yīng)用是小型水系統(tǒng)空調(diào)在戶用領(lǐng)域的一種解決方法，使室內(nèi)的管道按常規(guī)設(shè)計(jì)無(wú)需放大就可以滿足水容量要求，從而減少室內(nèi)安裝因管道太大造成的安裝不便。