家用中央空调及其有关问题讨论

【摘 要】 本文介绍了目前家用中央空调产品的现状及其优缺点的分析，其中包括小型风冷热泵冷热水机组、风冷热泵管道式分体空调系统 (管道机 )、VRV系统、水源热泵系统和燃气中央空调，最后对家用中央空调 的冷热负荷进行了讨论。

【关键词】 家用中央空调 风冷热泵机组 水源热泵机组 VRV系统

家用中央空调主要是指制冷量在8～ 40kW左右 (适用于居住面积100～400m2 使用 )的空调系统而言，它与传统的分散式家用空调器 (房间空调器 )相比，具有节能、舒适、容量调节方便、噪声低、振动小，不破坏建筑外观和由于空调系统“按户集中”，因此具有安装方便，使用比较灵活，计量简单容易等优点，因此受到了市场的青睐和生产厂家的重视。国外在这方面开展较早，美国、日本于二十世纪七、八十年代即已大量地应用家用中央空调系统。从九十年代中期开始，国外产品在国内开始销售，国内厂家也开始了这方面的研究和开发，现已有不少家庭应用实例，据有关文献报导[1]，国内家用中央空调产品的年产量已达 10万台左右。

1 家用中央空调产品的型式

所谓中央空调是指集中处理空调负荷的系统型式，其冷 /热量是通过一定的介质输送到空调房间里去。家用中央空调产品有单冷和热泵型，由于热泵是一种节能产品，可以实现冬夏暖冷联供，在使用中更具有优越性，因此本文主要针对热泵型介绍。根据向空调房间输送的介质不同以及热泵使用的能源及低位热源不同，目前常见的家用中央空调产品可以分成如下五种型式。

1.1小型风冷热泵冷热水机组

风冷热泵冷热水机组属空气—水热泵，其机组室外侧是靠空气进行热交换，室内侧产生出空调冷 /热水，由管路系统输送到空调房间的末端装置，在末端装置处冷 /热水与房间内空气进行热量交换，产生冷 /热风，从而实现空调房间的夏季供冷和冬季供暖效果。它属于一种集中生产冷热水，但分散处理各房间负荷的空调系统型式。

1.2风冷热泵管道式分体空调全空气系统

该系统是用风冷热泵分体空调机组为主机，它包括室外机和室内机，室内机连接风管，属空气—空气热泵。该系统是以空气为输送介质，其原理与大型全空气中央空调系统的原理基本相同。室外机产生的冷热量，通过室内机组将室内回风 (或回风与新风的混合空气 )进行冷却或加热处理后，通过风管送入空调房间消除室内的空调冷热负荷。这种机组有两种型式，一种是室内机组为卧式，可以吊装在房间的楼板或吊顶上，通常称为管道机；另一种室内机为立式 (柜机 )，可安装在辅助房间或房间的走道或阳台上，这种型式通常称为风冷热泵单元式空调机。

1.3多联变频变制冷剂流量热泵空调 (VRV)系统

变制冷剂流量 (Varied Refrigerant Volume，简称 VRV)空调系统，是一种制冷剂式空调系统，它以制冷剂为输送介质，属空气—空气热泵。该系统由制冷剂管路连接的室外机和室内机组成，室外机由室外侧换热器、压缩机和其它制冷附件组成；室内机由风机和直接蒸发器等组成。一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各个换热器的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷热负荷要求。日本 VRV系统技术最先进，大金、三菱、日立等公司均有产品。国内海尔、美的近几年也开发出了类似 VRV的 MRV和 MDV空调系统。日本 VRV技术以大金公司为代表，其系列产品有：

1）VRV多联系统家用空调机，可连接 7台室内机；

2）VRV变频“K”系列 (可连接 1 6台室内机)，其产品按功能分有单冷和热泵系列；按其使用制冷剂不同有 R2 2和 R40 7C系列；

3）VRV系统热回收“K”系列；

4）VRV水冷式变频“K”系列；

5）超级 VRV(VRV Plus)系列 (可连接30台室内机 )；

6）VRV系统冰蓄冷系列等。其室内机有风管连接型 (机外余压40～1 0 0 Pa，1 3 k W的室内机高度3 50 mm)、天花板嵌入式、挂壁式、落地式、落地内藏和天花板悬吊式等多种型式50多个不同规格型号供选用。大金RMX-1 4型 VRV家用多联分体空调系统，制冷剂为 R2 2，制冷量1 4. 5k W，制热量1 6 . 5k W，压缩机输出功率 3 . 5k W，根据室内机的不同型式，室内噪声为3 2～ 3 9d B，其系统中设有 BP装置 (冷媒分配器 )，作用是改变制冷剂流量，满足房间的制冷或供热要求。

1.4水源热泵系统

水源热泵空调系统是由水源热泵机组与水环路组成。根据室内侧换热介质不同，有直接加热或冷却空气的水—空气热泵系统；机组室内侧产生冷热水，然后送到空调房间的末端装置，对室内空气进行处理的水—水热泵系统。水—空气热泵系统根据机组的形式又有整体式和分离式水源热泵机组，整体式是所有制冷、风和水系统的部件均装在一个箱体内，现场连接水管、风管及电路即可实现冷热供应。分离式是把压缩机、水侧换热器及制冷附件等装在室外机组内，然后用两根制冷剂管路与室内机组连接，室内机组由直接蒸发式表冷器和风机等组成，和 VRV系统一样，有多种型式供选择。美国特灵、天龙、怡风、麦克维尔，国内的捷丰、清华同方等有多种型号的整体式水源热泵机组 (有的产品样本称为水气一体化风管空调器 )，在家用中央空调8～ 3 3 k W的应用范围内，名义工况下的制冷系数为3 . 4～ 3 . 8，制热性能系数为4. 1～ 4. 6，室内空气侧余压为50～ 2 0 0 Pa，卧式机组高度在50 0 mm左右。日本大金水冷变频“K”系列 RWX(T型 )分离式水源热泵机组，制冷量2 3～ 8k W；广州中宇公司有多种型号的分离式水源热泵产品。为扩展水源热泵的应用范围，中宇公司还开发了室外机与蒸发式水冷却装置为一体的分离式热泵机组。近年来随着地热源的发展，国外的水—水热泵机组也纷纷进入国内市场，如特灵的CGWA/CGHA型水冷冷水机组和水冷热回收机组，制冷量由10.5～632k W，供热量由180～750 k W，约克的YEWM/ YCWM(A)型水冷冷水机组和水—水热泵机组，冷量由6 1～ 1 47k W，热量由76～ 1 83 k W;怡风 WE型水—水热泵机组，冷量从7. 4～ 2 8k W，热量从8. 6～ 2 4k W，名义工况下的制冷系数为4. 0～4. 3，制热性能系数系数为4.2～4.5。国内上海富田公司开发的 FTW型水—水热泵冷热水机组，冷量从 1 0 6～ 845k W，热量从123～973k W;山东富尔达LSQR型水—水热泵机组 (厂家称为地温中央空调机组 )，制冷量16.38～120.6 k W，供热量12.244～86.5k W;威海济高的 LSR型水—水热泵机组 (厂家称为户式土壤能量中央空调系统 )，制冷量为2 0～3 5k W，制热量为2 2 . 4～ 3 8. 1 k W;秦皇岛松普公司开发了地源热泵智能型水—水热泵机组，按功能分类有标准系列、太阳能辅助加热系列和蓄冰蓄热系列，该产品可用一般水源，也可用海水。其户用产品系列，制冷量由10～60k W，制热量11～70 k W；大型集中空调用系列，制冷量 84～1 0 3 8k W，制热量91～1137 W。以上产品在国内均有应用工程实例。

1.5家用燃气中央空调

日本亚马哈、三洋及国内远大等均有此产品供应。该系统由室外机和室内机组成。室外机用燃气做能源，采用 Li Br吸收式制冷原理，夏天制取1 2 / 7℃冷冻水；冬季利用机组内的热水器，由热水器燃烧器加热其中盘管，产生40 / 45℃热水。室外机产生的冷(热 )水由水泵经冷 (热 )水管路送至室内机 (如风机盘管等 )冷却或加热室内空气，消除空调房间的冷热负荷。室外机需要的冷却水，由冷却水泵送至与机组连接一体的蒸发式冷却器，冷却后送至机组的吸收器及冷凝器，完成冷却水的循环使用。整个机组采用智能变频控制，实现3 0 %～ 1 0 0 %的能量调节。远大 BCT系列户用燃气空调产品，其制冷及制热量由12～70 k W。

2 家用中央空调产品的分析和评价

2.1小型风冷热泵冷热水机组

该机组体积较小，可放置在阳台、屋面，或房前、屋后的地坪上等通风良好位置。由于冷热管较小，占空间小，因此它一般不受层高限制；室内末端装置多为风机盘管，一般风机盘管都有风机调速或通过旁通水阀调节水量的措施，因此该系统可以对每个空 调房间进行单独调节，满足各房间不同的空调负荷要求；室内风机盘管噪声较小，能满足室内静音要求。其主要问题是：

1）性能系数低，调节性能差，部分负荷运行效率低、能耗多、运行费高，机组在名义工况下制冷性能系数COP在2.6 6～ 3.0之间，与家用空调相差无几；绝大多数厂家产品均为开停控制，部分负荷性能系数 APLV会更低，因而造成能耗高、运行费大，一般用户难于承受；

2）噪声大，一般约在53～6 5d BA，高于家用空调器的室外机，特别是应用于集合式建筑，家家户户都安装在阳台上，如果同时开启，那噪声的影响可想而知，特别是在夜晚，难于满足居室 40 d B(A)的要求；

3）很多机组需用户自设膨胀水箱，对于集合式建筑很难找到设置膨胀水箱位置；

4）初投资偏高。

2.2风冷热泵管道式分体空调系统

这种系统最大的优点是可以获得高质量的室内空气品质，同时可利用室外新风实现过渡季的全新风调节；相对于其它几种家用中央空调系统造价较低。其主要问题是：1)由于是全空气系统，空调房间的温度难于实现独立控制，如采用变风量末端装置，会使系统的初投资大大增加；2)全空气系统需要用风管连接至各个空调房间，风管需要占据一定的空间，对房间的层高有要求；3)和热泵冷热水机组一样，性能系数低，调节性能差，能耗高，运行费大；4)室内噪声高，多数产品室内机噪声均在 50d BA以上，室内风系统需采取消声措施。

2.3VRV系统

VRV适合于独立式住宅，也可用于集合式建筑(需要有一个放置室外机组的挑台或阳台 )。VRV系统室内机有多种型式，可适应各种室内装修；制冷剂管路管径小，便于埋墙敷设或进行伪装；该系统能实现变频微电脑控制，可实现节能运行，部分负荷运行效率高，运行费低。因此，VRV系统具有节能、舒适、运转平稳、噪声低等优点，而且各房间独立调节，能满足不同房间不同空调负荷的要求。其主要缺点是初投资高，一般比家用空调器要高 2～ 3倍；房间新风比较难解决，如果再采用带热回收的新风系统，造价会更高；系统的施工要求高，难度大，从管材材质、制造工艺、零配件供应到现场焊接等要求均非常高，否则会对今后的维修管理带来很大麻烦，这方面的教训不是个别现象。

2.4水源热泵系统

水源热泵机组以水作为冷热源，可以应用河、湖及海水、地下水、废水以及地热 (或土壤热 )，其最大特点是能效比高，运行费较风冷低；另外它克服了风冷热泵机组的两大弱点，即一是当室外空气温度较低，蒸发温度低于 0℃时，盘管表面会结霜，结霜不仅增加了能耗，而且降低了机组的可靠性；另一个弱点是它的出力正好与需求量、性能系数 (COP)呈反比，通常按平衡点温度确定热泵型号，当环境温度低于平衡点温度时，需要辅助加热，在北方寒冷以及冬季潮湿地区，这种性能上的缺陷将更加明显。水源热泵系统可以按成栋建筑设置，也可以独家独户设置。对于独立式住宅，采用地源热泵 (有的称大地耦合式水源热泵或土壤源热泵 )有优越性。地源热泵的地下埋管可环绕建筑设置；可布置在花园、草坪、农田下面或湖泊、水池内；可布置在土壤、岩石或地下水层内；也可在混凝土桩基内埋管。不必远距离输送，不必大面积开挖，也不占用地面，地下埋的塑料管寿命可达 50年以上。地源热泵能效比高，节能，据文献 [2 ][3 ]介绍，冬季供热季节性能系数可达3 . 1 7k W/ k W，夏季制冷季节性能系数为 3 . 46 k W/k W。地源热泵系统地面采用的机组，根据用户具体情况，可采用整体式或分离式水源热泵机组，也可采用水—水热泵机组，目前国内均有工程实例。水源热泵系统的主要问题是：

1）要有一定的水源和适合的温度范围；

2）对采用循环水的水源热泵系统，一般冬季需有辅助加热设施；

3）地源热泵系统一般造价较高，按文献 [4]室外采用垂直 U形埋管，d N =2 5mm，每 m孔深造价大约为 40～ 50元 (包括管材钻孔费用等 )，每 1kcal/ h (1 . 1 6 3 W)制冷量，室外埋管费用为 0 . 7～0 . 8元；而且建筑物周围应有适当空地；要充分掌握当地地质水文资料，用计算机程序模拟计算所需埋管长度及冬夏季吸、排热量的平衡，这是地源热泵的关键技术，掌握起来有一定难度。

2.5家用燃气中央空调

这种空调型式具有常规空调的优点。采用燃气做能源，省电 80 %以上。对于供电紧张，电价高，但燃气供应充足，燃气价较低地区有良好的发展前途和应用前景。

本文根据文献[9]方法，对燃气空调与风冷热泵冷热水机组的一次能源效率η0进行比较。其中有关参数取值为：发电 (火力)与输配电效率取目前国内平均值，即η电 =0.31。燃气空调取远大 BCT1 2型户式燃气空调机为样机，其性能指标为：制冷量12kW，最大耗气量1.1 m3/h (燃气热值为 10kW/m3)，耗电量0.85kW；制热量12kW，最大耗气量1.3 m3/h，耗电 0.25kW。风冷热泵机组取不同厂家9种型号机组产品的平均值：夏季制冷量13.6 k W，制冷能效比2.83；冬季制热量15.4k W，制热性能系数3.23。根据如上参数可以计算出：

夏季燃气空调一次能源效率η01：

η01 =12/(1.1×10 +0.85/0.31)=12/13.7=0.876kW/kW

冬季燃气空调一次能源效率η0 2：

η02 =12/(1.3×10 +0.25/0.31)=12/13.81=0.869kW/kW

夏季风冷热泵冷热水机组一次能源效率η01′:

η01′=13.6/(13.6/2.83/0.31)=13.6/15.5=0.877kW/kW

冬季风冷热泵冷热水机组一次能源效率η02′:

η02 ′=15.4/(15.4/3.23/0.31)=15.4/15.38=1.00kW/kW

从消耗一次能源看，夏季两者基本相同；冬季风冷热泵冷热水机组高于燃气空调，其比值为1:0 .877，表明燃气空调消耗的一次能源多。

下面对两种机组运行费用作一简单比较，比较以重庆现行电、气价为准，重庆居民生活用电0.40元/kWh，天然气(热值为10kW/m3 )1.06元 /m3，两者均按满负荷运行1小时计算。

燃气空调：

夏季运行费(1.1m3/h×1.06元/m3+0.85kW×0.40元/kWh)/12=0.126元/h/kW

冬季运行费(1.3m3/h×1.06元/m3+0.25kW×0.40元/kWh)/12=0.1232元/h/kW

风冷热泵冷热水机组：

夏季运行费=[(13.6kW/2.83kW/kW)×0.40元/kWh]/13.6 =0.141元/h/kW

夏季运行费=[(15.4kW/3.23kW/kW)×0.40元/kWh]/15.4=0.1238元/h/kW

从上看出，按重庆居民目前现行电、气价计算，燃气空调的冬季运行费与风冷热泵冷热水机组基本相同，夏季运行费低于风冷热泵机组其比值为0.126/0.141=0.89∶1 (见表 1 )。

需要说明，上述的一次能源效率和运行费均是在名义工况 (100%负荷 )时的值，但实际运行机组绝大部分时间是在部分负荷下运行，因此其实际运行费还与两种型式机组的部分负荷性能系数有关。

上面仅是对重庆现行民用电价、气价的比较结果，由于各地情况不同，其结论也不同，因此表1仅供参考。

3对家用中央空调热泵机组有关问题的讨论

3.1家用中央空调系统负荷的确定居住房间冷热负荷及机组制冷量、制热量的计 算，是家用中央空调系统 设计选型的先决条件。

3.1.1居住房间冷负荷的计算

居住房间的设计冷负荷Φ0设 (k W)按下式计算：Φ0设 =n[(1 +n1 ) (ΣΦ0 +Σq0 ) ]

式中ΣΦ0 ——空调房间逐时冷负荷的综合最大值的总和，k W，由负荷计算确定；

Σq0 ——各房间新风负荷的总和，k W：n1——风机、风管、水管、水泵、水箱等引起的附加冷负荷，一般应根据计算确定，如粗略计算，可取n1 =0.05～ 0.10，直接蒸发式取小值，间接式取大值。

n——同时使用系数，由于国内住户习惯，一般是人在开机，人走关机，因此住宅的同时使用系数必须考虑，根据文献 [5]，n一般取 0.6～0.7。冬季设计热负荷Φh设与Φ0设 计算方法相同。设计中采用冷热负荷概算指标时，附加冷负荷系数 n1可不考虑，但同时使用系数 n应当考虑。

3.1.2热泵机组的制冷量与制热量

机组样本表示的制冷量与制热量均为名义工况下的值，各种机组一般采用的名义工况见表2 (如有不同以产品样本标出值为准 )，但机组不一定在名义工况下工作，此时制冷量、制热量应进行修正。

注：空气温度：分子为干球温度，分母为湿球温度热泵机组制冷量Φ0机 (k W)和制热量Φh机 (kW)按下式计算

Φ0机 =q0 K1 K2

Φh机 =qh K3 K4K5

式中q0 、qh ——产品样本中热泵机组名义工况的制冷量和制热量，kW；

K1 、K3 ——室内侧温度修正系数，按产品样本或技术说明书选取；

K2 、K4——室外侧温度修正系数，按产品样本或技术说明书选取；

K5——机组冬季化霜修正系数，每小时化霜一次取0。9，化霜二次取0。8，每小时化霜次数按机组所选化霜控制方式选取或向厂家查询。在设计选型时，应尽可能使Φ0设 、Φh设 与Φ0机 、Φh机 一致，如不能一致，按夏季Φ0设与Φ0机 一致，校核冬季Φh机。在夏热冬冷地区，一般夏季冷负荷能满足，冬季供热量一般也能满足；在北方地区冬季供热量不足可采用辅助加热措施。（未完待续）

3.2机组的能耗指标

家用中央空调类似于家电产品，必须有高度的可靠性；家用中央空调是耗能大户，必须注意其节能性。多年的实践表明，热泵机组在使用寿命期内的能耗费用，一般是其初投资的5～ 10倍；对用户来讲，运行费的多少牵连到该产品是否得到用户认同的一个关键问题。目前有一种说法，家用中央空调买得起，使用不起。因此，能耗指标是考虑机组可靠性之后的首要指标。热泵机组的能耗指标，按文献 [6]规定有：夏季名义工况制冷能效比 EER,冬季名义工况制热性能系数COP和应用部分负荷性能系数APLV及综合部分负荷性能系数 IPLV,单位均为kW/kW。实践证明，机组实际上均处于部分负荷下运行，按照设计负荷，在满负荷运行的时间很短，特别是家用中央空调系统。因此，考虑部分负荷下的能耗指标已成为热泵机组性能好坏的一项重要指标，即要求机组不仅在满负荷时效率高，在部分负荷下运行时也要高。EER、COP是制冷量与机组总消耗功率之比，按文献[6]规定，风冷热泵机组的总消耗功率应包括压缩机和室外侧风机的输入功率；蒸发冷却式应包括淋水装置水泵的消耗功率；家用小型水 —水和水—空气热泵应包括室外侧水泵的消耗功率。上文讨论统计的9种不同厂家的风冷热泵冷热水机组的平均 EER=2.83，COP=3.23；另外，统计10种不同厂家的风冷管道机和单元式空调机的平均 EER=2.68,COP=2.96。上述能耗指标与家用空调器相比，相差不大甚至有的还小于家用空调器。

2000年笔者调查了重庆市场上销售的 2000～3500W的141种单冷和热泵空调器，其平均制冷EER=2.63；100种型号的热泵空调器，其平均制热COP=2.88kW/kW。按 GB/T772 5-98房间空调器标准的规定，>7100W的空调器，其 EER（COP）应≥2.5,上述机组的个别型号还达不到房间空调器标准要求。

按照文献[6]规定，风冷热泵机组应分别提供名义工况 （100 %负荷）下和部分负荷下的能耗指标，规定了部分负荷性能系数的试验方法和计算公式，并提出厂家应在样本中标注。目前的家用中央空调产品，还没有看到一家提供了部分负荷性能系数。

3.3噪声问题

家用中央空调系统的噪声要考虑室外侧和室内侧。对于热泵冷热水机组主要考虑室外侧噪声；水源热泵机组主要考虑室内侧；对管道机既要考虑室外侧噪声，又要考虑室内侧噪声。从本文 （一）统计的热泵冷热水机组和管道机的室外机组噪声，除个别机型外，一般均为50～ 65d B（A）；大金的RX（Y）和RN（Y）型 VRV室外机 （制冷量23.3～29.1kW）的样本噪声值为57d B（A）；管道机室内机的噪声为50～60dB（A）；整体式水源热泵 （有的称一体化水冷风管空调器）的噪声值，产品样本中均未提供，按实测值一般也在 50～60dB（A）。对于独立式住宅建筑，室外机组可放置在屋面上，对室内噪声影响较小；但对于集合式（公寓式）建筑，一般只能设置在紧邻居室的阳台或挑台上，对室内和邻居影响较大。因此，使用家用集中空调必须考虑噪声对居室和邻居的影响尤其是夜间运行。按国内环境标准，居室内允许噪声白天50dB（A），夜间40dB（A）。若噪声超标不仅影响本户使用，还要影响邻居的安宁，严重者不仅会被投诉，还可能被勒令停止运行。减少噪声的措施，关键是厂家要生产低噪声的产品；其次是设计安装时要注意采取防振和降噪措施。目前不少厂家在产品样本中不提供噪声值，这是违反国家标准的；有些厂家在产品设计和生产中注意了减噪措施，如有的厂采用噪声低、振动小的横置式涡旋压缩机，并采用隔声罩；压缩机、内置水泵采用减振基座；面板内贴13 mm厚的玻璃棉吸音复合材料；风扇采用高效低噪声机翼形叶片，风机转速控制在720r/min以下，并采用变速调节，降低夜间噪声；机组内所有连管及支架均采取减震措施，收到了较好的消声效果。另外，机组在安装时应注意，室外机尽可能落地安装，基座下垫减振块或10～15mm厚的胶皮，保持机组平稳；所有与外间连接的管路均应采用减振软管；进排风要通畅，减少回流，排风口如需接短管应与厂家联系。对不满足室内噪声标准要求的室内机在设计安装时应采取措施，如：室内机用减振支托架，机组下除霜结束后4分钟，电脑记录下室外温度值t室外和 低压值，通过电脑换算出温度值t蒸发，二者差值为△t蒸发=t室外-t蒸发。随后电脑不断测量如上两值，并将其差额的绝对值△t实际与△t标准进行比较，当△t实际≥△t标准+8℃时，系统开始除霜。除霜时当排气压力达到 16.5bar时 （此时盘管上的霜已除净 ），启动风扇1分钟 （以便将盘管上除霜后遗留的水吹干），此后除霜动作结束，转入制热状态运行。

3.4风冷热泵机组的除霜

风冷热泵机组在冬季供热工况运行时，最大的一个问题是当室外气温较低，机组蒸发温度t0 低于0℃时，室外侧空气盘管换热器翅片表面会结霜，需采取除霜措施。根据有关文献报导和现场跟踪测试，其结果是除霜损失约占热泵总能耗损失的10.2 %,而由于除霜控制方法问题，大约27%的除霜动作是在翅片表面结霜不严重，不需要除霜的情况下进入除霜循环的。目前提出的除霜及其控制方法很多，但具体实施起来却或多或少的存在一些问题，如发生多余的除霜动作和需要除霜时而不发生信号等弊病存在。可以说有效的除霜控制方法及措施还在不断地发展和研究之中。目前常用的除霜和控制方法有：

（1）温度t（或压力）—时间法

即利用盘管表面温度 （或吸气压力）和时间控制启动除霜 （即制冷运行 ）或结束除霜模式 （恢复制热运行 ）。

（2）温差 （△t）——时间法

利用盘管表面温度和室外空气温度的温差与时间控制启动除霜，利用温度 （或压力）——时间控制除霜结束。

上述是目前机组使用最多的两种控制方法，主要问题是机组运行中盘管表面温度不均匀，而且与各地气候条件有很大关系，盘管表面温度传感器放置位置难于确定，另外如何根据不同使用地区设定t、△t和时间，设置不好会出现除霜误动作，因此适应性较差，可靠性不高。

（3） MP99电脑除霜

RC专利技术，它配有室外温度、蒸发压力、排气压力三个传感器，当机组进入制热状态或上一次组中采用了此方案，收到了较好的效果。

（4）旁通除霜法 即在压缩机排气管与蒸发器进液管之间连接一旁通管，在管上安装电动旁通阀，需要除霜时，旁通阀开启，使部分高压排气直接进入蒸发器进行除霜。这种控制方法优点是机组在除霜时不间断供热，缺点是工况稳定性较差。

（5）压差控制法 即在室外侧空气换热器两侧装一压差控制器，由于盘管结霜时阻力增加，当阻力增加到一定值 （如初阻力的2倍）时，开始除霜；阻力下降到初阻力时，结束除霜。该方法控制比较简单，主要问题是机组使用一段时间后，室外盘管表面由于污垢等原因，会使初阻力增加，因此如何适应这种阻力变化，达到可靠的除霜是值得注意的问题。

（6）变频压缩机和电子膨胀阀的显热除霜法采用变频压缩机和电子膨胀阀的热泵机组可用此法除霜。它是利用温差—时间法发出除霜信号开始除霜，除霜时四通阀不换向，电子膨胀阀全开，变频压缩机高速运行，系统内大流量制冷剂气体循环，即靠压缩机排出的高温蒸气显热除霜。该方法优点是，不间断供热，室温降低少，除霜时间短，虽然除霜时压缩机高速运转耗能有所提高，但总能耗下降。

3.5机组的节流装置

目前家用中央空调热泵机组的节流装置有：

1）单个热力膨胀阀——即冬夏用同一个热力膨胀阀；

2）用一个双流向的热力膨胀阀——该膨胀阀的正流向 （夏天 ）和反流向 （冬天 ）均可实现节流和调节制冷剂流量；

3）用2个热力膨胀阀——即冬夏分开，各用一个热力膨胀阀；

4）电子膨胀阀。通过热泵系统热力计算可知，冬夏工作工况相差较大。在名义工况下，制冷剂流量冬季比夏季要少20%～40%；压力差冬季比夏季高 10%～30%；蒸发温度t0与冷凝温度tk均有较大的不同。

常规的热力膨胀阀存在着：

1）在低的t0下过热度增大，t0不稳定，制冷效率下降；

2）制冷剂流量调节范围小；

3）允许负荷变动小，不适合用于能量调节的机组。因此，热泵机组冬夏用一个热力膨胀阀不尽合理。双流向热力膨胀阀可使机组管路系统简化，降低流动阻力，但由于阀的构造限制，当反向流动时，导致阀的静装配过热度升高，同时阀的制冷剂流量下降，据厂家介绍约下降20%以上；对于设有贮液器的热泵系统，管路走向比较困难，难于保证冬季进蒸发器的制冷剂以液态为主。综上情况，为适应冬夏季工况的不同，采用2个热力膨胀阀的系统较为合理。电子膨胀阀可以随制冷量的大小精确地调节制冷剂流量；使出蒸发器的蒸气过热度保持很小（0～2℃）；它不受冷（热）水及室外空气温度的影响；在冬季除霜循环中，电子膨胀阀可以及时地达到除霜所需的开度；采用电子膨胀阀可以更有效地适应负荷变化，提高机组部分负荷下的性能系数。日本大金VRV和上海开利的30AQ A风冷热泵冷热水机组采用的节流装置均为电子膨胀阀，据介绍在低负荷下的运转效率较采用热力膨胀阀的机组高28%,温度控制可达±0.1℃精度。关于电子膨胀阀的控制问题，建议在蒸发器出口管上设温度和压力传感器 （可得到对应的t0），其压力、温度信号传至控制器，通过运算在保证蒸发器出口有过热度 1±0.5℃情况下，控制电子膨胀阀的开大、开小，实现制冷剂流量的无级调节。据了解，国外著名公司8～20kW左右的机组使用的电子膨胀阀+2支传感器 +控制器的售价在1500元左右，应该说在家用中央空调上使用电子膨胀阀在经济上是可以接受的。

3.6水—水热泵机组制冷系统流程

水—水热泵机组制冷系统流程有两种形式可供选择：

1）和风冷热泵机组一样，冬、夏采用四通换向阀换向，水系统流向不变；

2）是制冷系统流向不变，冬夏水侧换向。由于制冷剂侧换向，系统复杂，初投资数大，需要部件多、可靠性降低；水系统换向（见图1）制冷系统简单，可靠性高，水系统采用 4个三通电动阀，Honeywell VC60型 d N25三通电动阀每个350元左右，该阀开启或关闭时动作特性柔和，无水锤现象，阀塞结构确保阀门紧闭无泄漏。

利用控制电动三通阀实现冷/热转换，如夏季运行电动阀12通电，34断电；冬季运行12断电，34通电，控制比较简单，作者在家用水—水热泵机面应有 25mm厚的减振吸音板，该板应大于机组底座面积；控制连接风管内风速，最好不大于3m/s；风管的三通、弯头、阀门等零部件之间的长度应有3～5倍风管直径的直线距离；室内机不要安装在人员逗留处，最好安装在走道、贮藏室等地方；有必要时应设置送风和回风消声静压箱。

3.7机组能量调节问题

机组的良好能量调节措施，不仅对提高机组的部分负荷效率，节能和降低运行费用有重要意义；而且对延长机组使用寿命，提高可靠性也有好处。前面介绍的几种家用中央空调机组中，除VRV系统采用变频调速压缩机和电子膨胀阀实现制冷剂流量无级调节外，其它机组控制均比较简单，具体的能量调节方法有：

1）开关控制，即0%、100%调节，目前的机组90%以上是用这种方法，压缩机的频繁起动，大量增加能耗，而且降低压缩机的使用寿命；

2）20kW以上的热泵机组有的采用双压缩机、双制冷剂回路，实现0%、50%、100%能量调节，优点是可以实现互为备用，一个系统检修还有50%的冷热量供应；冬季除霜实现不间断供热。但系统较复杂，初投资较大；

3）有的管道机采用多台并联压缩机和制冷剂回路，压缩机与室内机一一对应；

4）管道机的室内机有高/中/低三速调节风量。目前一些生产厂存在着只重价格不重视采用新技术，不重视节能，认为市场竞争厉害，增加新技术，增加节能投资，会使机组成本增加。因此造成目前国内家用中央空调机组开发中有照抄现象，不结合国情，使产品的技术含量不高，这对发展我国家用中央空调市场是不利的。根据目前家用中央空调市场现状，建议采取如下能量调节措施：

（1）采用双速型压缩机，如美国布里斯托（Bris-tol）生产的 H2NG系列双速压缩机，该压缩机可以在2900r/min和1450r/min运行，在成本增加很少的情况下，实现0%、50%、100%的能量调节。

（2）采用双机并联机组，如美国谷轮（Copeland）的ZRT型、丹佛斯百福马（Danfess Per-former）的SM-SZ型和法国美优乐（Maneurop）的MS型双机涡旋式并联机组，该机组各台压缩机均带有排气止回阀与均压管、均油管和单机一样只需连接吸气、排气管，即可实现0%、50%、100 %的能量调节，万一一台发生故障时，机组仍能供应50%的冷热量。上述50%、100%能量调节方法适合小冷量的机组，大冷量的建议采用双压缩机、双回路系统。

（3）变频压缩机 +电子膨胀阀调节制冷流量。这种调节方式应是大力提倡的，它不仅具有明显的节能性，而且对增加机组寿命，提高房间的舒适性和降低噪声均有好处。作者在设计家用水—水热泵机组时，采用了此技术，压缩机是用广州万宝DHV型变频涡旋式压缩机，该压缩机可以在30～90HZ下变频运行；选用ALCO EX2型电子膨胀阀，EC2型控制器和该公司配套的压力、温度传感器（丹佛斯和日本路工也有类似产品），采用此技术（包括变频器在内）增加的投资在2500～3000元以内。机组成本有所增加，但机组的先进性和节能率有大大提高。

（4）风机、水泵的调速问题

风机应根据室外温度的高低调节转 速，它不仅具有节能性，更重要的是可以降低机组噪声，特别是夜间室外气温较低，较低风机转速对降低噪声大有好处。一般水泵均能在 2 0～ 50 HZ下运行，采用变频调速技术，也是有好处的。

3.8内置水泵及其补水定压问题

为了减少水泵所占空间和免去水泵安装费用，家用小型风冷热泵冷热水机组和水—水热泵机组的室内侧水系统的水泵，均应设置在机组箱体内。水泵电源和控制均由机组负责，避免机组与水泵配合不当而影响正常工作；可实现全自动管理；可大大降低水泵产生的噪声和振动。因此内置水泵方便用户。在选择水泵时必须保证水泵的可靠性；选择不漏水、噪声低、振动小、体积小、效率高的水泵，在这方面进口的格兰富（GRUNDFOS）、科沛达（Calpeda）、威乐（WILO）等水泵有优越性，但价格较高。

内侧循环冷热水系统补水定压问题，目前主要有两种方法即设置膨胀水箱（和常规空调水系统一样 ）和采用气体定压膨胀罐。

（1）系统设置膨胀水箱主要作用是起补水、定压膨胀及排除不凝性气体。一般膨胀水箱应设置在系统的最高点，对于家用的小型水系统应比用户最高的用水点至少要高0.5m，膨胀水箱的膨胀管应接至水泵入口处，膨胀水箱一般由施工单位施工时制作和安装。这种膨胀水箱方法运行可靠，造价低，在有条件时应尽量选择此方法。主要问题是对多层的集合或公寓式建筑，难于解决膨胀水箱的安装位置，其接管形式见图 2中的虚线接管。

（2）采用气体定压膨胀罐

其接管示意见图2。其工作过程为：在系统最高点和换热器出口最高处设置自动排气阀，排出系统中的不凝性气体；当水升温时，系统内水体积膨胀，系统压力升高，压缩膨胀罐内的橡胶隔膜上鼓，当升到一定值时，安全阀打开，自动排水；当系统漏水时，橡胶隔膜下凹，罐内的气体膨胀，压力下降，当降到一定值时，自动注水阀 （带压力调节装置）打开，向系统补水，保持水泵入口处维护一定压力，起到定压作用。安全阀、自动注水阀动作压力根据需要可调。这种定压方法的优点是：膨胀罐的布置灵活方便，不受位置高度影响，通常放在机组内，减少施工工作量。其主要缺点是设备较复杂，价格高，压力需要调节，可靠性不如设膨胀水箱方法。

（3）膨胀罐的选择计算方法

意大利的ZILMET和 Cazzaninga均生产小型水系统用的有效容积2～20 L膨胀罐和自动注水阀，在国内有代理商销售；国内成都、山东也生产该产品。其有效容积计算公式为：

[IMGA=0,absMiddle]/uploadfile/200901/2/4292951650.jpg[/img]

式中 V0 —膨胀罐的有效容积，V0 =Vf -Vi，l；

Vi、Pi —罐内开始时的水容积（l）和其对应的压力，MPa（绝对压力）；

Vf、Pf —罐内最后的水容积（l）和其对应的压力，MPa（绝对压力）；

e—连接系统由于水温差引起的膨胀率，l/m3；

c—系统内总水量，m3

上述数据的取值[7]:

1） Pi —膨胀罐所处位置的管内压力（绝对压力），Pi=自来水进水管压力+大气压力，若进水压力为0.1MPa,则Pi 近似为0.1 +0.1 =0.2MPa；

2）Pf—膨胀罐所处位置的管内最大允许压力（绝对压力），Pf =Pi+Pm,Pm 为系统允许增加的压力，MPa,Pm=安全阀设定压力-0.1×安全阀设定压力 -自来水进水压力。若安全阀设定压力为0.4MPa（表压），则 Pm =0.4-0.1×0.4-0.1=0.26MPa,由此可得：Pf=0.2+0.26 =0.46 MPa。

3） e—水的膨胀率，即e=α△t,式中△t为系统内最大水温差，α为水的膨胀系数（l/m3℃），知道系统水温后，α可从有关手册中查出；4c——系统中水容量，可根据实际水系统进行计算，如粗略计算，可按每输送1k W的热量，水容量在10～20l之间。

3.9空气侧换热器及风量

家用中央空调风冷热泵机组空气侧换热器出风方式有：

1）斜侧出风，压缩机等在下部；

2）平侧出风，压缩机在下部；

3）平侧出风，压缩机在一侧；

4）顶出风，肋片管直立到底，压缩机在内侧。斜侧出风方式，可以防止逆风，但风机安装条件不如平侧出风和顶出风；平侧出风时，整个肋片管表面风速比较均匀；3和4两种出风方式整机高度可降低。对于平侧出风使用上下两个风机，而每个风机对应一个独立制冷系统回路时，应注意在两个系 统交替除霜的情况下，对下部肋片管换热器不利，当上部除霜时，化霜的水落在下部肋片上，会导致下部肋片严重结冰。空气侧换热器完全依靠空气冷却，因此必须有足够的空气量流过换热器。在夏季如果风量小，空气经过换热器温升大，使冷凝温度 tk提高，机组制冷量Q0 下降，耗能增加，特别是在炎热地区，其影响更加明显；在冬季，如果风量小，空气降温幅度大，导致结霜严重，增加除霜次数，制热量 Qh减小，能耗增加。有关风冷热泵机组的风量匹配多少为好，尚是值得研究的问题。很多产品样本中未注明风量，作者查阅了几种标注风量的产品，见表3。

表中Q0 、L是产品样本标出值，K是由Q0、L计算而得。Qk—冷凝器散热量，根据热力计算结果，在名义工况下Qk=1.27Q0；进出风温差 △t=1000×1.27/K×ρ×Cp，式中ρ—进出风平均温度下的空气密度，近似按40℃，得到ρ=1.128kg/m3；Cp—空气比热，近似取 Cp=0.279W/kg℃；表中出风温度t2=3 5（机组名义工况进风温度）+△t,℃。

表3几种风冷热泵机组的冷量、风量及温差计算表（名义工况 ）

从表3看出，5种机组名义工况下的进出风温差△t,最大为11.96℃，最小6.09℃，相差非常大。通常情况下，空冷冷凝器进出风温差为8～10℃（文献[8]规定≯8℃，tk=t进风 +15℃）。如按△t=8℃计算，可求出名义工况下单位冷量的风量K=1270/8×1.128×0.279=504m3/h·kW；按△t=10℃计算，K=1270/10×1.128×0.279=404m3/h·kW。从保证换热效果，提高机组可靠性，节约能量角度考虑，特别是对南方炎热及夏热冬冷地区应用的机组，其匹配风机的风量最好在500m3/h·kW左右为好，最低不要低于400m3/h·kW。

3.10 水侧换热器

&nb sp; 家用中央空调用的风冷热泵冷热水机组和水源热泵机组的水侧换热器，目前采用钎焊板式和套管式换热器者居多。板式换热器传热效率高、体积小、重量轻、结构紧凑；水侧及制冷剂侧阻力比套管式小。笔者在进行水—水热泵设计时，对两种换热器进行了对比计算，计算结果是板式换热器的传热系数比套管式平均高 15%～30%;水侧阻力小 6 8%,制冷剂侧阻力小14%。但使用板式换热器时必须注意的问题是：

1）板间间隙小（一般只有1～2mm），容易结垢，对水质要求高；

2）由于钎焊板式换热器不能拆卸，清洗只能用清洗液，进行循环清洗，比较麻烦；

3）水阻塞会造成蒸发温度下降，板间结冰会冻裂板片；

4）由于板壁薄，容易产生机械损伤；

5）板式换热器作蒸发器时，一般是采用下进液方式，应校核最低负荷下板间制冷剂的气液流速，该流速应大于该制冷剂上升立管的最低带油速度，保证蒸发器内不积油，如流速不能满足要求，可与厂家联系采用上进液方式；

6）价格较高；

7）在板式换热器进水管处应安装过滤器，最好设置电子水处理仪（广州中宇公司研制了一种小型电子水处理仪专利产品，体积小，价格低，适宜小型热泵机组使用 ）。因此在水质差的地方，宜慎重使用板式换热器。

套管式换热器由同心的两根 （或不同心多根）套管组成，内管采用铜光管，或内螺纹铜管；外管采用铜管或无缝钢管。制冷剂由上而下从管间流出；水自下而上由内管流出，通常与制冷剂流向相反。这种换热器能够比较理想地进行逆流式换热，传热效果较好。与板式换热器相比，价格较低；冻裂的可能性小；污垢对换热的影响比板式小；一般不会出现积油问题；对水质要求相对来讲比板式要求低。此外，这种换热器可以套在封闭式压缩机的周围，节省机组占地面积。但采用这种换热器，在相同冷量下，其外形尺寸大，会加大整机体积；重量重；水侧阻力大，会增加水泵扬程。综上所述，产品究竟采用甚么样的换热器，应综合考虑确定。

3.11机组的防腐问题

由于风冷热泵冷热水机组和管道机、VRV系统的室外机，一般均安装在屋面、开启式阳台或挑台上，可能常年受风吹雨淋。特别是我国部分城市的空气污染和酸雨严重，沿海地区空气中盐分较多，有的机组使用1～2年已锈斑累累，严重降低机组使用寿命，厂家在产品设计和用户在设备选型时应引起足够重视。目前产品的作法有：

1）机组的顶板、底板、面板、框架全部用不锈钢材料制造；

2）框架为一般型钢经镀锌处理，面板、顶板、用烤漆钢板或彩色钢板；

3）顶板、底板用不锈钢钢板，框架用铝合金，面板用镀锌钢板，表面经磷酸锌处理后，再烤聚脂漆；

4）顶板为不锈钢板，底板为镀锌钢板表面涂环氧树脂，框架为铝合金，面板用镀锌钢板，表面喷涂 PVC面层；

5）不锈钢框架，铝合金面板，底板、顶板用经过防腐处理的镀锌钢板；

6）铝翅片的防腐处理方法有：铝片经亲水处理，增加亲水膜，提高防腐性能；涂氧化层可以防止空气中的水份及酸雨对肋片的腐蚀；日本大金家用 VRV多联系统室外机采用铝片的特殊处理，即铝片表面先涂一层抗腐蚀的丙烯树脂，然后在外面再做亲水膜处理，据介绍其抗酸雨和抗盐腐蚀的性能是通常铝翅片的 5～ 6倍；7机组装配用的螺丝、螺帽及辅助金属材料，很多厂均经镀锌处理或采用不锈钢材料。

参考文献

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