变流量多联式冷水（热泵）空调机组在别墅中的应用

申广玉，卜巍，旷玉辉

（开利空调冷冻研发管理(上海)有限公司，上海 201206）

变流量多联式冷水（热泵）空调机组在别墅中的应用

申广玉*，卜巍，旷玉辉

（开利空调冷冻研发管理(上海)有限公司，上海 201206）

在满足建筑用户对室内舒适需求的同时，最大限度地降低建筑空调能耗对我国实现节能减排目标具有重要意义。本文通过上海某别墅建筑的系统设计方案，介绍了变流量多联式冷水（热泵）空调机组系统化实现综合节能的方法和手段，揭示变流量变水温冷/热水空调系统在高端住宅建筑应用中的优势和效果。

变流量；变水温；冷/热水空调系统；节能减排；按需新风控制

0 引言

随着人民生活水平的日益提高，别墅越来越受到人们的青睐。别墅目前属于高端住宅，选择何种空调系统与之相匹配，既满足业主对房间舒适性的需求，又能减少空调系统的能源消耗及运行费用，一直是暖通空调设计师讨论、研究的热点问题之一。王士岩[1]介绍了中小型别墅空调的两种解决方案；陈焰华[2]介绍了两种不同使用功能的别墅建筑和一个大型住宅小区的空调设计方案,并就实际使用情况和设计注意事项进行了分析探讨。吴挺[3]通过具体实例项目，介绍了采用多功能VRV空调系统在别墅中应用过程的一些设计经验，并分析了和传统空调的区别；郭敬红[4]等对别墅冷热源方案的确定，空调方式的选择进行了深入分析，提出了适合别墅采用的空调系统形式，以满足用户和房地产开发商的利益要求；马瑞华[5]分析了目前别墅消费群体对空调系统节能性需求的趋势，提出了VRV空调系统加跨区新风系统的别墅空调系统设计方案，并详细介绍了方案的设计要点和实例节能分析。

虽然采用空气源热泵配风机盘管是目前别墅建筑的常规解决方案，在夏季也可以达到较好的空调效果，但是在供热工况下却存在热延时短、舒适度低等缺陷，且高能耗一直是常规别墅空调的诟病。

针对目前居民冬季空调采暖现状，张春盈[6]介绍了发达国家以和西安市的采暖现状，阐述了采暖方式的选择与节能的关系。

采用低温地板辐射采暖与高效空气源热泵相结合的系统解决方案，既可实现高效节能又可提高采暖的热舒适性，是一项值得研究的课题。王子介[7]对空气源热泵在住宅地板辐射供暖的应用进行了实测研究，通过在南京一所住宅实测数据证明：在南京地区采用地板辐射供暖方式是经济、舒适和可行的。

开利VWV（Variable Water Volume）多联式冷水（热泵）空调机组采用变水量技术[8-9]和联网控制技术，把室外高效主机、水力模块和室内新风机和风机盘管联控起来，不但可以应用在商用办公楼、商场和超市等商用领域，而且可以应用在别墅领域，尤其是与地暖结合，具有非常明显的舒适性和节能优势。

此外，开利VWV多联式冷水（热泵）空调机组还可以与其它小温差末端结合，作为一种新型的采暖模式，帮助解决上海及长三角地区建筑尤其是居住建筑的冬季采暖问题。

1 VWV多联式冷水（热泵）空调机组的原理和特点

开利VWV多联式冷水（热泵）空调机组是一个系统解决方案，它把风冷式单冷/热泵机组（室外主机）、通信型风机盘管（室内机）、热回收新风空气处理机（新风机）、集中式水力模块、温控器和系统控制器组成一个整体，为商场、办公和酒店等商业场所提供舒适的空调系统。用户和设计师可根据需要，选择系统各型号进行组合。其系统组成原理如图1所示。

图1 VWV多联式冷水（热泵）空调机组系统组成原理图

开利VWV多联式冷水（热泵）空调机组所有标准部件都预先配置完毕，从而大大缩短项目设计周期，降低方案成本。其主要特点介绍如下。

1）控制灵活

a) 通过温控器控制室内机的启停和运转模式，从而自动决定室外主机的启停和运转模式；

b) 通过系统控制器，可实现对每个室内机、新风机及室外主机的操作；

c) 系统控制器支持TCP/IP协议，可通过局域网与电脑连接；

d) 可通过电脑的网页浏览器（如IE）对系统控制器进行操作。

2）节能高效

a) 全系列室外主机国家一级能效，通过国家节能认证；

b) 系统可根据室内负荷实际变动情况，适时调整室外主机运行状况，始终保持节能运行；

c) 系统可集中监控分散的室内机工作状态，并可进行分区及时间表定时启停控制，防止因室内机因不必要的开启和室内温度超设，而造成系统不必要的能量消耗；

d) 系统提供自适应变水温控制：根据室内状况自动调节空调出水温度，既保障了室内舒适性，过渡季节又节省了运行费用；

e) 系统提供变流量控制：系统运行时，根据水系统的压差变化，自动调节水力模块中变频水泵的频率，部分负荷时极大地降低系统运行费用；

f) 新风机采用热回收式，充分利用室内余热，可降低新风负荷50%以上，降低室外机等设备容量，节省初投资；

g) 新风按需提供：内置CO2浓度探测仪，根据室内CO2浓度，决定新风机的启停，进一步降低系统运行费用；

h) 相对于传统的无热回收、定风量新风、不带系统控制功能的空调系统，该系统节能可达40%。

3）安装调试简便

a) 标准化设备，可全部电梯运输；

b) 系统水力部件集成于水力模块内部，节省了安装空间，缩短了安装周期；

c) 一键式清除水系统杂质，降低人工工作量；

d) 系统扩容、室内机重新划分方便。

2 工程概况

上海某三层家用别墅建筑，其中一层建筑平面长19.7 m，宽19.3 m；二层建筑平面长19.3 m，宽18.5 m；三层建筑平面长18.5 m，宽17.3 m。总共21个独立控制房间，总共空调面积为460 m2，室内峰值负荷约为94 kW。

该别墅采用开利VWV多联式冷水（热泵）空调机组系统，夏天采用该系统制冷，冬季采用风机盘管和地暖供热。

3 VWV多联式冷水（热泵）空调机组系统设计

前期经过与业主多次沟通和交流，该别墅业主需求和VWV多联式冷水（热泵）空调机组解决方案对照表如表1所示。

表1 别墅业主需求和VWV多联式冷水（热泵）空调机组解决方案对照表

3.1 室外主机低开启率设计

常规VRV内外机最大配置率仅为130%，而开利VWV多联式冷水（热泵）空调机组系统，最大配置率200%，可以满足别墅这种空调配备面积大，但内机开启率低的需求。根据有无新风，可有两种配置方案：

方案一（无新风配置）：采用VWV多联式冷水（热泵）空调机组SHSRQ060 (系统制冷量57.8 kW，制热量60 kW)；主机 (30RQM030) 2台；水力模块 (HK080) 1台；卧式暗装低噪声风机盘管(42CN002～42CN008) 17台；天花嵌入式风机盘管(42GWC005) 2台；挂壁式风机盘管 (42CM002) 2台。

方案二（带新风配置）：VWV多联式冷水（热泵）空调机组SHSRQ070(系统制冷量67.8 kW，制热量69.6 kW)；主机（30RQM035）2台；增加热回收新风处理机（BFP1）1台；其余同方案一。

因无管长衰减，内机超配容量大，从而为降低室外主机容量提供了可能，具体室内开启率示意图如图2所示。因全热回收机组可回收室内冷量或热量，就进一步降低了主机容量。具体主机容量和VRV方案对比如图3所示。从图3可以看出，采用VWV多联式冷水（热泵）空调机组无新风方案可以比VRV节省26%主机配置容量，采用VWV多联式冷水（热泵）空调机组带新风方案可以比VRV节省33%主机配置容量。

图2 室内开启率示意图

图3 主机配置冷量对比图

3.2 室内舒适性设计

要满足业主客房噪声标准，客房室内机采用开利CN系列低噪音风机盘管室内机，局部吊顶，不但可降低客房压抑感，而且该款内机适合各种装修风格，噪音可降低至(34～36) dB(A)。大起居室采用开利卡式内机，四面出风，并引入新风，满足舒适度要求。

3.3 新风设计

为满足房间舒适性要求，配置开利最新研发的新/排风热回收机组，不但能为房间提供新风，而且能够回收室内冷热量，提高系统能效。该新风机还配置了CO2浓度感测器，可根据室内CO2浓度自动开启新风机，避免无谓的能量消耗。新风机还能定时控制，可根据业主自身情况、节假日安排，设置定时控制，实现自动管理空调。图4是周定时实例。

3.4 地暖需求

目前长江流域冬季主要采暖方式有空调+电地暖、空调+燃气水地暖和空调地暖一体系统，其各自特点如表2所示。空调和地暖采暖形式室内温度分布图如图5所示。

别墅，首先是一种生活方式，其次才是建筑类别。对于别墅业主来讲生活品质非常重要，因此对生活的舒适度要求很高，为别墅提供采暖其节能性和舒适性就显得格外重要，地暖的诸多优点正好符合别墅采暖的要求。

图4 系统周定时实例

表2 不同采暖形式各自特点对照表

图5 空调和地暖采暖形式室内温度分布图

VWV多联式冷水（热泵）空调机组空调+地暖方案如图6所示。为防止夏季制冷时，空调冷冻水流入地暖回路导致地板结露现象发生，开利VWV系统为地暖水回路提供一个总电磁阀输出控制点，制冷模式时，电磁阀关闭，保证地板不会结露。同时建议在地暖回路另配一个手动关断阀，起二重保护作用，而且便于系统维护管理。

VWV多联式冷水（热泵）空调机组空调+地暖系统一共有四种运转模式：风机盘管制冷、风机盘管制热、地暖制热和地暖风机盘管联合制热，具体如图7所示。地暖制热和地暖风机盘管联合制热可以使房间温度迅速达到设定值，在强制热场合下使用。

当运转地暖制热模式时，一般地暖所需供暖温度比风机盘管制热低，冷凝压力也低，主机能效高，是一种比较节能的运转模式。

图6 VWV多联式冷水（热泵）空调机组空调+地暖方案图

图7 VWV多联式冷水（热泵）空调机组空调+地暖运转模式示意图

3.5 人机界面设计

VWV系统操作十分方便，可通过系统集中控制器对整个系统进行操作和管理，也可用PC机或IPAD实现全部的操作功能，VWV系统控制图如图8所示。

图8 VWV系统控制图

4 系统成本分析

在上海的气候条件下，不同“空调+采暖”系统的全年能耗及运行费用的对比如表3所示。通过分析和比较，显示“VWV多联式冷水（热泵）空调机组+水地暖”比常规的“VRF+燃气壁挂炉水地暖”可节省10%采暖年运行费和37%空调年运行费用；比“VRF+电加热地暖”可节省69%采暖年运行费用和39%空调年运行费用。“VWV多联式冷水（热泵）空调机组+水地暖”比常规的“VRF+燃气壁挂炉水地暖”全年总运行费用可节省26%；“VWV多联式冷水（热泵）空调机组+水地暖”比“VRF+电加热地暖”全年总运行费用可节省69%；而其整个系统的初投资比“VRF+燃气壁挂炉水地暖”降低了21%；比“VRF+电加热地暖”降低了17%。由此可见，在保证较高室内舒适性的同时，VWV多联式冷水（热泵）空调机组空调+地暖系统可为别墅用户提供最大化的经济效益。

表3 不同系统全年运行费用及初投资比较

5 结束语

综上所述，本次针对上海某别墅的空调采暖系统方案进行分析和比较，介绍了VWV多联式冷水（热泵）空调机组系统化实现综合节能的方法和手段，揭示变流量变水温冷/热水空调系统在高端住宅建筑应用中的优势和效果。该系统的节能主要体现在三个方面：第一、系统管控节能，系统化的控制手段通过系统控制器集中管理，从而减少系统能量的浪费，降低建筑的能量消耗；第二、系统协调配合节能，子系统之间的不协调也是传统空调系统能耗偏高的一个主要原因，本案例通过系统控制器统一协调各个子系统的运行以适应变负荷工况，系统通过变流量，变水温手段来提高部分负荷时能源使用效率，进而达到节能目的；第三、系统引入新技术节能，通过引入高效的机组、新的热回收技术，以及根据CO2浓度按需提供新风等手段来实现系统节能。

开利VWV多联式冷水（热泵）空调机组是一个系统解决方案，在当今节能减排的大背景下，符合产品发展方向，不但在商用领域可以应用，而且在家用别墅中也有很大的发展空间，尤其是地暖的应用，不但能够节省能量，而且可以提高舒适度。如今后有热水选项，可提供集采暖、空调、热水三项功能为一体的高效空气源热泵集成系统，不仅可以满足家庭冷、暖和热水三合一需求，还将会进一步提高系统利用率及总体能效，是今后别墅空调的发展方向。

[1] 王士岩. 浅析中小型别墅的空调方案[J]. 制冷与空调, 2000(4): 55-57.

[2] 陈焰华. 住宅建筑的三种空调设计方案[J]. 暖通空调, 2009, 32(3): 60-66.

[3] 吴挺. 多功能VRV空调系统在别墅中的应用[J]. 住宅科技, 2013(1): 39-42.

[4] 郭敬红. 高档别墅空调系统形式应用分析[J]. 制冷与空调, 2010, 24(6): 63-66.

[5] 马瑞华. 高档别墅空调系统形式应用分析[J]. 制冷空调与电力机械, 2009, 30(6): 39-40.

[6] 张春盈. 采暖方式的选择与节能[J]. 供热制冷, 2009(8): 52-55.

[7] 王子介. 空气源热泵在住宅地板辐射供暖的应用[J]. 暖通空调, 2003, 33(1): 8-11.

[8] 高养田. 空调变流量水系统设计技术发展(之二)[J]. 暖通空调, 2009, 39(1): 92-101.

[9] 袁莉莉. 水冷热泵机组热回收系统的节能效益分析[J].制冷技术, 2013, 33(3): 65-69.

Application of Variable Water Volume Multi-connected Water Chilling (Heat Pump) in Villas

SHEN Guang-yu*, BU Wei, KUANG Yu-hui
(Carrier Air-conditioning & Refrigeration Management (Shanghai) Co., Ltd, Shanghai 201206, China)

Energy saving of air conditioning system in buildings is significantly important for achieving the emission reduction goal while improving the indoor comfort for the occupants in buildings. This paper analyzes a successful energy saving case of villa project in Shanghai, which applies variable water volume (VWV) multiconnected water chilling (heat pump) and its system solution comprehensive control methods to optimize energy efficiency of air conditioning system. It also reveals the effect and benefit of variable water flow volume and water temperature heat pump air conditioning system for the high-end residential building application.

Variable water flow volume; Variable water temperature; Heat pump air conditioning system; Energy saving and emission reduction; Fresh air control by requirement

10.3969/j.issn.2095-4468.2014.01.205

*申广玉（1973-），男，高级工程师，硕士。研究方向：空调设计。联系地址：上海市申江路3239号，邮编：201206。联系电话：021-38603344。Email：guangyu.shen@carrier.utc.com。