多联机空调系统设计中若干问题探讨

2013-02-07史敏

化工与医药工程 2013年1期

史敏

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

1 前言

多联机空调系统（Muti-connected split air conditioning system）─ 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调系统，又称制冷剂容量可调（Variable Refrigerant Volume）直接膨胀式空调系统，简称多联机系统（即VRV系统），自90年代初引入我国，因其安装方便、使用灵活、节能、舒适、不需集中机房等特点，在我国得到广泛的应用。发展至今，在医药、石化等行业的办公、综合楼、试验楼等有一般舒适空调要求的区域也得到越益广泛的应用。已成为空调专业工程师在工程设计中的一种重要选择形式。

2 多联机空调系统的原理和特点[1]

多联机空调系统是在电力空调系统中，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量，适时地满足室内冷热负荷要求的高效率冷剂空调系统。其工作原理是：由控制系统采集室内舒适性参数、室外环境参数和表征制冷系统运行状况的状态参数，根据系统运行优化准则和人体舒适性准则，通过变频等手段调节压缩机输气量，并控制空调系统的风扇、电子膨胀阀等一切可控部件，保证室内环境的舒适性，并使空调系统稳定工作在最佳工作状态。

多联机空调系统具有明显的节能、舒适效果，该系统依据室内负荷，在不同转速下连续运行，减少了因压缩机频繁启停造成的能量损失；采用压缩机低频启动，降低了启动电流，电气设备将大大节能，同时，避免了对其它用电设备和电网的冲击；具有能调节容量的特性，改善了室内的舒适性。多联机空调系统具有设计安装方便、布置灵活多变、占建筑空间小、使用方便、可靠性高、运行费用低、不需机房、无须要水系统等优点。

3 多联机空调系统在工程设计的注意事项

3.1 多联机空调系统的选择

由于多联机空调系统的制冷剂直接进入空调区，当用于有振动、油污蒸气、产生电磁波或高频波设备的场所时，易引起制冷剂泄漏、设备损坏、控制器失灵等事故，故这些场所不宜采用该系统。

多联机空调系统形式的选择，需要根据建筑物的负荷特征、所在气侯区等多方面因素综合考虑：当仅用于建筑物供冷时，可选用单冷型；当建筑物按季节变化需要供冷、供热时，可选用热泵型；当同一多联机空调系统中需要同时供冷、供热时，可选用热回收型。

热回收型多联机空调系统是高效节能型系统，它通过高压气体管将高温高压蒸气引入用于供热的室内机，制冷剂蒸气在室内机内放热冷凝，流入高压液体管；制冷剂自高压液体管进入用于制冷的室内机中，蒸发吸热，通过低压气体管返回压缩机。室外热交换器视室内机运行模式起着冷凝器或蒸发器的作用，其功能取决于各室内机的工作模式和负荷大小。

多联机空调（热泵）机组的制冷综合性能系数IPLV(C)不应低于下表的规定。

表多联机空调（热泵）机组制冷综合性能系数IPLV(C)

由于近年来多联机技术发展很快，根据目前市场产品情况，无论是国外品牌或国内品牌，绝大多数厂家的产品都能达到表中规定的技术要求。

3.2 多联机空调系统的划分

多联机空调系统的划分在多联机设计中应重点分析考虑，首先，多联机空调系统的部分负荷特性主要取决于室内外温度、机组负荷率及室内机运行情况等。当室内机组的负荷变化率较为一致时，系统在50%～80% 负荷率范围内具有较高的制冷性能系数。因此，从节能角度考虑，推荐将负荷特性相差较大的空调区划为不同系统。其次，目前市场上各品牌的多联机，其单台室外机的最大制冷容量分别为48匹和64匹，在确定设计品牌后根据其产品样本技术资料确定每个系统的容量大小，如系统容量超过该品牌的最大室外机容量，可将系统划分为2或者多个多联机系统。再次，由于在系统室内机冷媒管配管过程中，第一个分支至最后一台室内机的距离不宜超过40 m[2]，否则会导致末端的室内机冷媒量不足而引起制冷或制热能力下降的问题，因此，在某些距离较长建筑的空调系统设计中，尽管在室外机容量上能满足要求，但是还应根据室内机配管的布置，综合配管分支距离限制的条件，适当布置管道井并多划分几个空调系统，见如下示意图。

3.3 新风系统设计

空调系统中，新风量是一个很重要的技术参数，是达到室内卫生标准的保证。

相对于传统的中央空调系统，多联机系统更接近单元式空调器或房间空调器，新风处理与常规中央空调系统不同。设计中如果对新风供应注意不够，会使室内空气品质（空气新鲜度、洁净度、相对湿度等）无法保证，造成恶劣的卫生条件，多联机也就只能是单纯供冷、供暖的设备，也会影响到多联机的进一步推广应用。因此，研究多联机系统的新风供给方式具有重要的意义。

实践中已经采用的和可以采用的多联机系统新风供应方式有以下几种。

3.3.1 无组织新风

对于不设有组织新风系统，仅靠门窗缝隙渗透，甚至开窗引入新风的做法，不是严格意义上的新风供应方式，但由于实际工程采用这种做法较多，有必要予以分析。由于建筑物的风压、热压作用，不同朝向、不同楼层的房间其渗入室内的空气量是不同的，有些房间甚至打开外窗都不能有效引进新风。所引入的新风无论是其品质（主要是洁净度）还是针对每人所必须的新风量都无法保证，直接从室外引入未经处理的新风，增大了室内空调负荷，对于一般按夏季负荷选择的室内机型号，冬季严寒季节可能造成供暖量不足。另外，夏季新风的含湿量较高，室内机除湿量增大，室内相对湿度无法保证。总之，靠缝隙渗透引入新风的做法无法保证空调房间的空气状况，应尽量避免采用。

3.3.2 采用专用新风处理装置

有些多联机厂商提供了一种专门用来处理新风的室内机，它仍然采用冷媒直接膨胀式制冷（制热），具有一定的机外余压（200Pa左右），可以根据室外空气温度或室内外温差，通过设在冷媒供液管路上的电子膨胀阀自动控制供液量，通过变频控制使新风处理到设定的送风参数。

在新风处理中需注意，不能将专用新风室内机与普通室内机连接在一个系统中，也不能将普通室内机作为新风机组使用。普通室内机处理室内空气，而新风室内机处理室外空气，二者处理的空气状态相差甚远，对设备的要求也不一样。夏季由于新风温度高，冷媒盘管内膨胀压力也高，压缩机功率消耗大，如果把新风室内机与普通室内机共同连接到一台室外机，压缩机有可能因超载而烧毁。

3.3.3 采用新风换气机

新风换气机是一种自带新、排风机的空气热回收装置，按空气热交换器的种类可分为板式、转轮式、热管式等几种，按回收热量的性质分为显热回收器与全热回收器。在采用多联机系统的场合中，大都采用了板式热交换器，在供给新风的同时置换出等量的室内污浊空气，同时，进行热量回收，较其它新风供应方式更具优势，其特点如下：

（1）新风换气机可以用于多联机空调系统供应新风，并可回收排风中的冷、热量，具有节能效果；

（2）与采用专用新风处理装置相比，新风换气机供应空调系统新风时，夏季室内机负荷增加，湿工况加重，室内相对湿度有增加的趋势；

（3）在冬季工况下，新风换气机能较好满足空调系统需要，节能效果显著；

（4）全热回收装置与显热回收装置相比，夏季工况全热回收型节能效果较好，冬季工况二者差别不大；

（5）采用全热回收装置冬季可减少空调加湿系统的费用，对湿度要求不高的场合可以不用对新风加湿。

3.4 在多联机系统设计中

须考虑到多联机空调系统目前使用上的局限性：

（1）最大室外机组合容量为48HP，个别品牌可以达到64HP；

（2）最大室内机连接数为64台；

（3）室内外机最大高度差当室外机在上时为50 m，当室外机在下时为90 m；

（4）最大总配管长度为1 000 m；

（5）当产品技术资料无法满足核算要求时，系统冷媒管等效长度不宜超过70 m[3]；

（6）系统冷媒管等效长度应满足对应制冷工况下满负荷的性能系统不低于2.8；

（7）应根据室外机与室内机之间、室内机之间的高度差和配管长度计算夏季供冷量修正系统，该修正系统不应小于0.85。一般来说，对于冷媒为R22的多联机系统来说，相当于配管等效长度约为90 m，实际长度为70 m左右时；对于冷媒为R410a的多联机系统来说，相当于配管等效长度约为110米，实际长度为90 m左右。

3.5 室内机的选择

（1）房间有吊顶，而且平面成长窄形时可采用天花板嵌入式四面或二面送风室内机；

（2）有吊顶且平面成正方形或空间较大时可采用天花板嵌入式四面送风室内机；当平面空间较大时，为了节省造价或更灵活的配合内装修也可选用暗装接管式室内机；

（3）房间无吊顶时，根据其平面形状可采用吊式明装、壁式明装或落地式明装室内机。

3.6 室内外机的匹配

在实际工程中，尤其是中小型工程，同一层平面中有多种使用功能房间，其使用时间也不同，并且面积也较小（如：小会议室、接待室、包间、小餐厅等），要实现空调系统的划分就比较困难，即使能做到但系统也十分复杂。如果采用多联机空调系统就能充分的体现出它灵活布置，并且节省运行费用的特点。既然把不同功能以及不同使用时间的房间划分为同一个空调系统，这就需要考虑室内机的同时使用系数，同时使用系数多少视具体情况而定，一般可取50%～80%，此时系统可获得较高的能效比。室内机和室外机的容量配比一般不超过130%。