某别墅中央空调与供热系统设计

工程概述

位于鹤山市龙口镇的某小型别墅，总建筑面积约410m2，空调面积169m2，总层数为4层，其中-1层为车库和杂物间，建筑总高度14.3M，别墅周围设有面积约200m2的中式花园。

别墅的空调和热水系统为集中式供冷和供热方式进行，机组则采用了空气源热回收空调热水机组，制冷量为19kW，制热量为21kW。末端设备则选用约克YGFC系列的多个型号风机盘管机组，新风排气设备均选用松下的高效节能产品，自控设备选用森威尔数码三速温控开关以及二、三通电磁阀。

该建筑物为现代化小型中档别墅，对空调的温度、舒适度、噪音以及送、回风格栅的选型、布置与室内装饰效果的密切配合均有很高的要求。同时，考虑对系统的自控、调节、节能、管理、投资和少占空间等因素，所以，本工程的供冷、供暖系统参照了常规水系统中央空调的方式设计，而热水系统则用常压循环加热集中供应。

根据业主所提供的要求和在冬季最大热水用量的估算，冬季每天平均热水用量为300L，所制备的热水温度为55℃，则冬季的热水热负荷约为14kW。

空调设备的选型

由于住宅空调的满负荷运行微乎其微，本系统的设计则结合用户对空调使用的要求和供电容量的实际情况，将首层的客厅等区域与卧室进行错峰运行，在满足两部分空调区域负荷的情况下，同时减少了46%的装机容量。

系统设计

(1)各个空调区域均采用卧式暗装风机盘管方式，风机盘管按照室内装饰要求安装在各厅房适合的天花板上，同时根据天花的装饰效果设置条型送风口、铰式回风百叶等。空调的水系统为二管制，各层中段的风机盘管采用二通电动开关阀，而各层最未段的风机盘管则采用三通电动阀，这样的设置方式，既可以免除了水系统压差旁通阀的投资，又避免了水流在电动二通阀开关时对管道的冲击所造成的振动噪音。各厅房的空调区域设有三速温控开关，用户可按自己的要求调节控制风量和舒适的温度。各层的卧室和卫浴间的排气则采用松下FV-17CU7C低噪音天埋扇，其中，主卧室则采用了FV-24CU7C，客厅和饭厅则分别采用FV-14CG1C、FV10CG1C管道式迷型风机，并通过层间集气管道排出室外。而新风系统采用了FV-15NS1C、FV-12NS1C静音型风机，并隐蔽安装在各层的天花板上，以集中的方式输送到各空调区域的未端回风箱内。

(2)根椐两个分区的风机盘管的水流量、建筑物的高度，以及空调负荷的实际使用情况，空调系统的冷媒输送泵选用了1台轻型不锈钢卧式多级离心泵，功率为0.55kW，水流量为6m3/h扬程为15M，冷媒水泵及热水泵均为机组内置。空调区域的冷凝水均由各层的冷凝排水管道集中排放，部分区域的冷凝水则按施工现场的条件因素单独排放就近的卫浴间地漏。由于建筑物楼面结构的原因，其楼面位置不可能放置膨胀水箱等物，而且空调机组的安装位置低于未端设备的安装位置，所以，该水路是以开式循环系统设计，系统中不需设置排气阀。

(3)本工程的热水系统是由热回收空调热水机组提供，以利用空调机组在夏季制冷时回收冷凝余热制取55℃的生活热水，冬季时节是结合供暖(热水优先)或单独热水制备运行，其制取热水的时间在60分钟内完成。

(4)为了配合空调机组在空调区域以最小负荷或最大负荷时所输出能量控制的设计特点，机组的控制系统除了保障机组性能必不可少的控制电路外，机组内还设置了与空调未端控制器对应数量的多个中间继电器。在控制系统中，利用这中间继电器的吸合，控制空调水泵和空调机组的启动运行。而热水循环水泵是因应空调压缩机的运行和热水设定的温度，以及用户在使用热水时进行启停工作。由于空调机组设计成2个制冷回路，机组的运行都因应冷热水的出水温度进行能量调节，其调节范围在100%、50%、0之间。

系统的运行方式

在任意一区的空调三速温控开关开启后，冷媒水泵随即启动运行，空调机组在设定的时间内启动制冷压缩机和热水循环水泵，机组进入供冷/热回收或供暖状态。当空调区域的室内温度达到所调节温度时，空调机组及冷媒水泵、热水循环水泵停止运行;当空调的出水温度达到机组所设定的温度时，空调机组及热水循环水泵停止运行，而冷媒水泵则保持对室内空调区域的能量供应，以保证室内温度的恒定。空调机组和冷媒水泵的启停是由室内三速温度控制开关操控，操控模式与家用分体式空调机大致相同，实现了空调机组及辅助设备无人管理的操作特点。

工程特点

(1)本工程的空调系统是综合了住宅的用途、建筑物的外观结构和人们的生活习惯进行全方位设计，同时利用水系统空调的特性，有效地减少装机和功耗容量。按照该别墅的空调负荷计算，如果采用分体式空调器，则需要安装1台3匹、4台2匹、3台1.5匹的空调机，假如安装这8台空调室外挂机后，无疑给建筑物的外观造成一定的影响，并且根据房间的空置率，有部分的空调器为闲置待用，所以，该户式中央空调系统可有效平衡了各方面的要求。同时，本系统也充分利用回收空调机组在供冷运行时所排放的冷凝余热，以制取免费的生活热水，以及运用热泵技术将空调与热水设备融为一体，可有效地节省了其它热源设备的投入。

(2)中央空调是一个复杂而又完整的系统，一直以来都给人们一种在结构和操作上较为繁琐的感觉，绝大多数的用户对户式中央空调系统了解不深，在控制调节方面难以掌握，所以，在户式中央空调系统中，以一种简易的操作方式让用户容易掌握和接受。在本工程的设计中，自控系统则采用了由未端控制终端的操控方法，解决了水系统中央空调多重操作的问题，同时利用能量分配来满足空调区域的需求，不仅可以在装机容量上减少约50%、减少机组的占地空间约50%、减少供电容量约50%、减少工程费用约30%，而且机组在运行的过程中根据空调负荷的大小自动调节，在没有负荷时机组的待机功耗为零，因此也达到了节省投资和运行费用的目的。

经济运行分析

(1)户式中央空调一般被人理解为能耗大、价格高等观念，从而制约了户式中央空调的普及和发展，其实，按照空调的合理分配使用，它与家用空调器比较更具节能潜力。由于户式中央空调系统中的未端三速温度控制器设置在空调区的中下部位置，空调机组在每次启动运行时，该空调区域的中下部空气温度变化较快，温度控制器因此在很短的时间内切断控制室外机组的运行，与此同时，室内的环境温度在没有增加负荷的情况下，人体体温的高度基本与温度控制点持平，而且人体所散发的热量上升，对室内中下部区域的温度影响甚微，温度控制器的感温元件波动范围也减少，温度控制器在回升约2℃温差特性的条件下，室外机组停止运行的缓冲时间较长，从而形成了机组运行时间短，待机时间长的经济运行特点，而分体挂壁式空调器与其恰恰相反。

(2)由于本系统所用的是带热回收、热水制备于一身的空调机组，在夏季供冷时，可利用空调的冷凝余热制取免费的生活热水。按照空调机组以30%的热回收量设计计算，空调机组在供冷时的综合性能系数COP则达到4.2左右，而冬季供暖和热水制备时COP值也在3.0以上，从这两点上看，机组所产生的热能是其消耗电能的3到4倍，因而其运行成本也相对降低。

结束语：随着别墅型住宅的配置逐步趋向高档、时尚、智能化的发展，而且在新技术的达飞猛进，市场日渐规范的环境下，户式中央空调所表现出其高品质的生活，在不久的将来应会受到更多的用户欢迎。在本工程的设计过程中，通过应用新型的高效节能产品和系统的优化设计，为用户提高室内舒适、健康的空气环境外，同时合理运用相应的节能技术，对节省能源消耗，节约成本和节约资源都起到十分重要的意义。