岩土技术交流：工程中风冷热泵冷热水机组的选型与工程设计

　　风冷热泵冷热水机组是九十年代在我国开始应用的一种新型空调主机，此类机组既可供冷又可供热，省却了锅炉房和冷却水系统，安装灵活方便。机组运行采用微电脑控制，可靠性较高。因此在长江流域的许多空调工程中得以广泛采用。但由于各地气候条件不同，再加上工程设计方面也缺少经验。因此在使用中也发现了不少问题。本文作者根据自己近年来的工程经验谈几点体会，以供广大同行参考。
　　在进行一个工程的设计过程中，如果当地气候环境允许，同时经过技术经济分析比较后确定该工程空调冷热源采用风冷热泵机组，那么设计人员应该着手对国内外相关厂家的产品进行分析比较，为用户选择一款较为经济合理的热泵产品。选型的主要内容首先是机组的总体性能分析，它包括热泵机组的制冷量、制热量、COP值、噪声、外形尺寸、运行重量等参数。其次，分析该类热泵的内部配置，它包括压缩机型式、冷凝器结构及布置、热力膨胀阀的配置、蒸发器型式、能量调节方式、融霜方式、安全保护及自动控制项目等等。在进行上述分析比较后我们就可以选择一款较为理想的机组，接下来的工作就是进行设备布置，这过程中我们必须考虑设备之间的合理间距，辅助热源的配置以及多台热泵整体运行噪声对周围环境的影响等。下面就以上几方面的问题分别加以阐述。
　　风冷热泵的性能分析
　　风冷热泵的冷热量：这两个参数是决定风冷热泵正常使用的最关键参数，它是指风冷热泵的进风温度、进出水温度在设计工况下时其所具备的制冷量或制热量。它可从有关厂家提供的产品样本中查得。但目前在设计中也发现这样的情况，那就是有的厂商所提供的样本参数并未经过测试而是抄自其它厂家的相关样本。这给设计人员的正确选型带来了一定困难。因此笔者建议在有条件的情况下设计人员可根据有关厂家的风冷热泵所配置的压缩机型号，从压缩机生产厂家处获得该压缩机的变工况性能曲线，根据热泵的设计工况查得该压缩机在热泵设计工况下的制冷量和制热量，从而判断该样本所提供参数的真伪。
　　风冷热泵的COP值：该值是确定风冷热泵性能好坏的重要参数，其值的高低直接影响到风冷热泵使用中的耗电量，因此，应尽量选择COP值高的机组。目前我国国家标准是COP值为2.57，多数进口或合资品牌的COP在3左右，个别进口品牌的高效型机组其值可达到3.8.
　　噪声：噪声也是衡量一台风冷热泵机组的重要参数，它直接关系到热泵运行时对周围环境的影响。国内有关专家曾根据工程实测对各类进口热泵的噪声划分为三档，第*档在85dB以上、第二档在75～85dB之间、第三档在75dB以下。我们在进行工程设计选型中应优先选择噪声在80dB以下的机组。
　　外型尺寸：风冷热泵机组大多布置在室外屋顶，它在进行设备布置时对设备与周围墙面的间距、设备之间的间距都有明确要求，因此我们在进行设备选型时必须考虑所选设备尺寸是否符合设备布置的尺寸要求。在性能相同的前提下应优先选用尺寸较小的机组，以减小设备的占地面积。
　　运行重量：由于风冷热泵机组大多布置在屋面，因此在选型时必须考虑屋面的承重能力，必要时应与结构专业协商，增强屋面的承重能力。但在设备选型时我们应优先选择运行重量较轻的机组。
　　风冷热泵的系统分析
　　所谓风冷热泵的系统分析，就是在风冷热泵的选型过程中除了比较各自的制冷量、制热量、COP值、噪声、运行重量、外形尺寸等参数外，还要对其各自的压缩机型式、冷凝器型式及布置、热力膨胀阀的配置、蒸发器型式、除霜方式、能量调节方式以及热泵系统的自控和安全保护等等加以分析，比较其各自在系统配置方面的优缺点。 压缩机的型式：
　　目前用于风冷热泵的压缩机型式主要有活塞式、涡旋式、螺杆式三种型式。根据热泵工作的特点是运行时间长、压缩比大等情况，笔者认为涡旋式和螺杆式压缩机将成为热泵压缩机的主流。其理由是：
　　1、涡旋式和螺杆式压缩机较活塞式压缩机具有传动件少，从而使压缩机的磨擦损耗相应减少，整机的效率相应提高。
　　2、由于热泵机组的压缩比较大，因此对于活塞式压缩机在相同的余隙容积下其容积效率下降，从而造成整机效率的下降。而涡旋式和螺杆式压缩机不存在这方面的问题。
　　3、用于风冷热泵的压缩机其工作环境较其它在普通空调工况下工作的压缩机要恶劣，每的运行时间也较长，工况变化范围也较大，因此对压缩机的可靠性要求就较高。涡旋式和螺杆式压缩机具有零部件少，结构紧凑的特点，所以尤其适用于热泵机组。
　　4、目前所采用的风冷热泵机组一般都采用热气除霜的方法来排除冬季供热工况下空气侧换热器上积聚的霜。在除霜开始和结束时，系统要进行反向运行，在原冷凝一方盘管中所积聚的液体制冷剂由于其中压力突然降低为吸汽压力而大量涌向压缩机，造成压缩机的湿冲程，这对于涡旋式和螺杆式压缩机而言并没有什么大问题，而这对于活塞式压缩机来讲极易造成气阀和连杆的损坏。
　　5、另外就热泵压缩机本身而言涡旋式和半封闭螺杆式比活塞式的噪声要低。
　　冷凝器的型式与布置
　　冷凝器所用翅片型式目前主要有开窗片和波纹片两种，开窗片换热效率较高，因此前两年生产的热泵机组中经常得以采用。但由于我国城市大气质量较差，而这类翅片极易积灰，且较难清理，使用时间一长，换热效果大大下降。所以当前热泵用冷凝器多采用波纹片配内螺纹铜管，其具有换热效率较高，不易积灰，风阻小等特点。
　　冷凝器的翅片间距也很讲究，作为冷凝器使用时以肋化比高、传热系统数大为好，故希望片距小些较好。但当其作为蒸发器使用时，翅片一结霜，使用时的换热效果就会大大降低，因此希望片距大一些；一般片距以3mm为宜。
　　冷凝器的布置型式同其换热效果和外形尺寸为蒸发器使用时，翅片一结霜，使用时的换热效果就会大大降低，因此希望片距大一些；一般片距以3mm为宜。
　　冷凝器的布置型式同其换热效果和外形尺寸有着直接的关系。通常热泵的冷凝盘管布置成直型盘管、V型盘管、W型盘管三种型式。但V型盘管间的较大空间内除了轴流风机外并无其它零部件，空间利用率低。直型盘管间虽然集中布置了压缩机、四通阀、蒸发器等系统有关零部件，但由于盘管高度较高，迎风面速不均匀，冷凝器换热效率较低，且气流组织不理想，空气阻力较大。而W型布置克服了上述缺点，不仅可改善气流组织提高换热效率，降低空气阻力，而且由于在同样空间条件下，冷凝盘管传热面积增大，空间利用率较高，从而缩小了机组外形尺寸。
　　热力膨胀阀配置
　　现在热泵制冷系统中有采用单膨胀阀和双膨胀阀两种方式，所谓双膨胀阀就是制热工况和制冷工况各采用一只膨胀阀。如果系统采用一只膨胀阀，按标准制冷工况进行选型，由于热泵系统在制热工况下运行时系统的制热量随着环境温度的下降也随之下降。这时膨胀阀的制热能力也会有所下降，但其下降的幅度要小于系统制热能力的下降。这样在制热工况下随着环境温度的下降，对系统而言所配置膨胀阀显得过大。过大的膨胀阀会引起蒸发器供液过多，蒸发压力上升，与室外空气换热量减少，从而导致热泵供热量的减少。
　　当前许多厂家的热泵机组多采用双膨胀阀型式，制冷膨胀阀按标准制冷工况来选择。制热膨胀阀如若按标准制热工况来选择，那在低温工况下运行时膨胀阀会显得过大，所以根据笔者自己的体会建议制热膨胀阀按环境温度-7℃，热水进口温度40℃，出口温度45℃来选型，按这样条件计算后选定的膨胀阀能在不低于-15℃的环境温度下正常运行。
　　蒸发器型式
　　目前在风冷热泵机组中常用的蒸发器主要是板式换热器和干式壳管式换热器。板式换热器多用在小型风冷热泵中，它具有传热效率高、蒸发器不易积油的特点；尤其是新的带有内置式分配装置的板块解决了板片间制冷剂分配均匀性这一关键问题，能在相同的出水温度下提高蒸发温度15～2℃，提高了制冷效率。干式壳管式蒸发器多用在大中型风冷热泵中，目前其传热管已广泛采用高效管，因此换热效率有很大提高。但总的来讲不及板式换热器。而且其回油相对困难，常积存于换热器底部。如在底部设回油管与吸汽管相通，则由于有液体制冷剂带入，导致制冷剂过热度不稳定，影响膨胀阀的工作和系统的制冷量。