·60· 制冷与空调 2009年 文章编号：1671-6612（2009）04-060-04
黎星慧 1
高凤龙2
(1．大连伟景机电工程有限公司 大连 116000；
2．特灵空调系统（江苏）有限公司大连办事处 大连 116000）
【摘 要】 介绍了该工程的概况及水环热泵空调系统的设计情况。总建筑面积为10万m 2，由两栋高层主楼
和下部裙楼组成。塔楼采用水环热泵VRV 空调系统，裙楼采用中央空调系统。
雪 诗词【关键词】 水环热泵；一次泵变流量；压差控制 中图分类号 TU8-4 文献标识码 B
Design of a Water Loop Heat Pump for a building
Li Xinghui Gao Fenglong
（1.Dalian Weijing Electrical and Mechanical Engieering Co.,ltd, Dalian, 116000;
2.Trane Air Conditioning Systems Co.,ltd Dalian office, Dalian, 116000）
【Abstract 】 It presents the general situation of the project and design of the air conditioning system 【Keywords 】 water loop heat pump system ；variable primary flow ；pressure difference control
作者简介：黎星慧（1974-），女，工程师。 收稿日期：2009-03-25
0 工程概况
该大厦是大连开发区的标志性建筑之一，北临
主干道金马路，南眺大海，是具有地标性的双子座大厦。是集公寓、办公、商场、餐饮、健身等为一体的综合性大楼。建筑外景见图1。
图1 大厦外观图
该大厦总建筑面积约10万m 2，由两栋高层主楼和下部裙楼组成，地下1层，地上22层，建筑总高度为100m 。该项目为改造工程，1996完成该楼主体框架，2000年完成外立面装饰工程，2006年整体拍卖后重新启动。现地下层为汽车库、员工餐厅及设备用房，面积13000m 2。1~4层为裙房部分，为餐厅、精品商场、咖啡厅、室内游泳馆等，建筑面积为42223m 2。西塔楼为办公楼，面积为31682m 2，东塔楼为公寓楼，面积为25381m 2面积。
1 空调系统形式
1.1 空调解决方案
项目特点及业主要求：
• 塔楼部分不同区域或朝向同时制冷、制热
的需求
• 塔楼部分要求有压水管不进入到空调房间
内
• 塔楼部分将出租、出售给不同的用户，有
分户计费的需求
• 塔楼部分对噪音的要求较高
• 裙房部分的建筑功能为大型商场和餐厅
第23卷第4期 2009年8月 制冷与空调 Refrigeration and Air Conditioning V ol.23 No.4 Aug. 2009.60～63
第23卷第4期黎星慧，等：大连某大厦水环热泵空调系统设计·61·
根据建筑物的项目特点及要求，经过一系列的方案甄选，塔楼部分由于有同时制冷、制热的需求，存在热回收的情况，以及其他相关需求，对于塔楼来说，水环热泵VRV空调系统的适用性最好。裙房则采用中央空调系统。
1.2 水环热泵VRV空调系统简述
水环热泵空调系统是用水环路将小型热泵机组联在一起，构成可以回收建筑物内部余热的热泵空调系统。
本项目采用的水环热泵VRV空调系统是水环热泵系统与VRV空调系统的结合，使得常规的一拖一或整体式水环热泵空调系统变成由一个水环主机拖多个室内机的空调形式，水环主机可集中设置在机房内，有效的避免了以往单元式或整体式水环系统设备噪音大的影响。主机与室内机之间通过冷媒管道连接，有压的循环水管道通过合理的设计可以不进入到空调房间内。见图2。
图2 水环热泵VRV空调系统简图
制冷时，系统将热量释放到水环路中，然后通过冷却塔散热；
制热时，系统从锅炉或其它热源处获得热量，主机从水环路中获得热量，系统进行制热运转；
热回收时的情况，比如：过渡季节南向房间制冷而北向房间制热，南向房间制冷所产生的热量释放至水环路，北向房间的主机从水环路吸收热量，从而通过水环路进行热回收。也即实现了不同系统的房间之间的同时制冷或制热的需求。当环路温度在15-37℃时，系统不需要开启冷却塔或辅助热源。
1.3 冷热源
1.3.1 冷源塔楼部分
塔楼部分为公寓楼和办公楼，均采用水环热泵空调系统。夏季通过冷却塔散热，通过对闭式冷却塔与开式冷却塔加板换的投资比较最终采用开式冷却塔加板换的形式。
夏季：机组循环水温度32-37℃，冷却侧温度30-35℃。换热温差2℃。
1.3.2 裙房部分
裙房部分采用中央空调系统。选用三塔冷水机组，单台制冷量为1360KW。机房设于地下室。机组提供7-12℃冷冻水，冷却水侧温度30-35℃。1.3.3 热源塔楼部分
热源为能源中心提供的一次侧水温为70-60℃热水，塔楼和一次侧之间采用板式换热器连接。水环热泵循环侧温度：30-35℃，此温度下水环主机的COP值为7.9。板式换热器与夏季共用，校核冬季热负荷。
1.3.4 裙房部分
外网提供0.4MPa饱和蒸汽5T/h和外网之间采用汽水换热器换热，二次侧温度：60-50℃。
下面的介绍中以办公楼的水环VRV设计系统为例，公寓系统与其类似，裙房系统为传统中央空调形式不做累述。
2 空调系统设计
2.1 水环热泵VRV空调平面设计（以办公塔楼为例）
办公塔楼空调总冷负荷为3284KW，冷指标为103w/㎡，冬季热指标为80w/㎡(此值已包含水环主机的功率)。标准层面积为1780㎡，选用7台10HP 水环主机，每10HP水环主机的制冷量为26.7KW。每层8023的含意
冷媒系统根据朝向及使用功能划分为3套系统分别为20HP两套，30HP一套。当过渡季节或冬季，不同分区的机组可以根据实际情况在不同的运行模式下，整个水系统达到余热回收的效果，节省能耗。水环主机设于核心筒机房内，避免噪音的产生。见图3水环主机阀件连接图。
图3 水环主机阀件连接图
·62·制冷与空调 2009年
图4 水环机房布置图
图5 水环主机现场图片
主机与室内机之间就是常见的VRV(变制冷剂流量)系统，形式为冷媒铜管连接。水环路的立管也设置在机房内，使得有压水管只在机房内而不进入到工作、生活区域。见图4、图5。为解决不同区域的同时制冷和制热需求，按不同的区域进行分区设计。
2.2 空调系统设计
2.2.1 一次泵变流量循环系统
考虑公寓楼及办公楼的使用特性，及出租、出售率的不同，房间使用率会存在较大差异；空调负荷本身也在不断变化。而且采用的是水环热泵空调系统，因此，设计采用循环水系统为一次变流量循环系统。每台水环主机设置电动两通阀[1]，当该系统不用时，阀门关闭。该阀门与压缩机连锁，压缩机运转阀门开启。
该变频控制系统由控制器、变频器、压差传感器组成。循环水泵为变频泵，通过设置在系统末端的压差传感器将压差信号传送到水泵控制器并与设定值比较，根据偏差值调节水泵的转速达到节省电力的目的。末端的压差值设置需满足水环主机的水流要求。
办公楼在2008年8月安装完毕后，仅21、22层投入使用，水泵变频频率为30HZ。
系统为异程式，循环水立管设置在机房的管井内，通过每层横支管接入水环主机，每层回水支管均设静态平衡阀。以确保水流量的平衡。
定压补水方式采用膨胀水箱定压，由补水泵向系统补水。图6为水环热泵VRV空调原理图。
妹妹背着洋娃娃mv图6 水环系统原理图
第23卷第4期黎星慧，等：大连某大厦水环热泵空调系统设计·63·
2.2.2 冷却水系统
经过进行闭式冷却塔和开式冷却塔+板换这两种冷却方式的经济性对比，最终采用后一种方式。开式冷却塔通过板换与循环水侧换热。冷却塔置于二层屋面上。冷却水泵为变频泵，通过冷却塔的回水温度来调节冷却水泵的变频频率，以达到节能的目的。
2.2.3 过渡季节办公楼供热的解决方案（节省了板换的增加费用）
过渡季节办公水环系统若循环水温度在15-37度范围内可以不用开启冷却塔或辅助热源。当室外温度较低时需要用辅助热源来进行采暖。对于辅助热源的解决方式，由于裙房冬季是采用蒸汽采暖，经汽水换热器后二次水温度为60-50度，在裙房分水器处分支出一根DN250的管道作为一次热源供给办公楼和公寓楼，经板换换出35-30度的热水。从而解决了水环热泵系统过渡季节热源供给的问题。该方案仅增加一根分支管道，未增加板换等设备，造价最省。在2008年冬季，由于原供热中心供应给办公楼的热水管路尚未完成而办公楼已经有4层楼（约8000㎡）已经入住，采用了上述的辅助热源供给方式，运行效果良好。
3 自动控制系统
以办公楼机房控制系统为例介绍。
3.1 一次泵变流量运行控制
水环主机装设电动两通阀，当部分负荷运行时，采集系统末端压差与设定值比较，从而调节水泵运行频率。
3.2 板换的水温控制
通过探测板换二次侧供水温度（与设定值比较），来调节一次侧的水流量。
3.3 冷却塔的控制
利用测量冷却塔的回水温度，来控制冷却塔风机的启停台数。
3.4 水环VRV系统的智能控制（该部分为设备厂商提供）
机房控制系统仅监测、控制了机房设备及相应的水路系统，对于办公楼内的几百台室内机、水环主机并无监测控制，水环VRV系统的智能控制系统正好弥补了该项空缺。
电费划分
水环VRV系统可进行电费的分户计量（水环部分）。
监控设备
运转/停止运转模式，室内机滤网是否堵塞，风扇速度等异常（故障/通讯错误等）。
测量
准确的运转时间、开关次数、耗电量、室内温度、室外温度
电量限制控制（可对空调耗能进行系统化控制）通过空调运转预测而提供的控制功能将耗电量限制在设定范围内。因此，它使用户能对不定数的空调耗电量进行系统的管理。
4 设计体会及反思
（1）对于水环系统来说，在循环水系统中尽量采用一次泵变流量系统，使系统在部分负荷时，具有良好的节能性。
（2）为了实现节能，一次泵变频系统的压差控制点不宜设置在机房内的主干管上，而应当设置在系
统最不利环路的末端，并满足水环主机的水流量。
（3）对于采用末端压差控制的一次泵变流量系统，应当注意系统频率过低的情况出现。当频率低于30HZ时，可能会出像水泵电机的散热不良的情况。
（4）膨胀水箱的膨胀管最好接到水泵吸入口处。不要因为考虑节省管材或其他原因而接入某根立管的下端，立管连接到集水器处会有阀门，而导致膨胀管上有了阀门的设置，假如该立管阀门关闭膨胀水箱将不能正确反映系统的水位情况，将会出现系统缺水而膨胀水箱或补水泵不补水的情况。
（5）噪音的控制，对风量较大的室内机避免采用下回风方式而应采用后回风方式减少回风口处的噪音。
（6）冷却水系统尽量采用闭式冷却塔。虽然，闭式冷却塔出投资较高，但是省却了二次水系统的板换、冷却水泵、管道。重要的是提高了热交换率，水环主机可以直接使用从冷却塔来的冷却水。较低的运行温度使得其有较高的COP值。另一方面，从运行费用来说还节省了冷却水泵与冷却塔的运行费用。
（下转第67页）
第23卷第4期郝景涛：变风量空调系统控制方法探讨·67·
开度或电加湿器功率，夏季调节表冷器露点温度维持回风温度设定范围，这样各个房间湿度偏差也不会太大，足以满足人体热舒适性要求[7]。
4 结语
变风量空调系统有很多优点，特别是有利于节能。所以很多空调工程都采用了V A V系统。V A V 系统的控制方法有变风量末端机组控制和变风量空调处理机组控制。变风量末端机组控制主要有节流型、旁通型和诱导型三类末端装置。变风量空调处理机组控制有定静压控制法、变静压控制法、总风量控制法等。定静压控制法比较简单，运行可靠，但是不利于节能。变静压控制法能最大限度地节省风机能耗，目前应用较广。但控制算法复杂，实现较为困难。总风量控制法不是通过静压控制总风量，而是根据压力无关型V A V末端机组设定的风量，确定系统的总风量，计算出风机的转速，从而对风机进行调节。提高控制系统稳定性，节能效果介于变静压控制和定静压控制之间，并更接近于变静压控制。因此，从控制系统稳定性和从节能角度上来看，总风量控制具有很大的优势，可以成为取代各种静压控制方式的有效的风机调节手段。
参考文献：
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多人运动罗志祥（上接第63页）
5 该工程设计主要图片
图7 变频循环泵及板换
图8 水环主机重叠放置
图9 单螺杆冷水机组
参考文献：
[1] 蔡敬琅，王为.全国民用建筑工程设计技术措施，暖通空
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