多联机空调与地埋管地源热泵空调方案的对比

2014-11-09韩卫珍

山西建筑 2014年5期

韩卫珍

(山西路晟交通建筑设计有限公司，山西太原 030006)

随着人类对地球环境与资源保护意识的提高，热泵技术近年来在空调和供热领域得到了广泛的应用，所谓热泵是指利用驱动能(通常是电能)使能量从低位热源流向高位热源的装置［2］。变制冷剂流量多联机空调(以下简称多联机)和地埋管地源热泵空调(以下简称地源空调)就是两种典型应用了热泵技术的空调系统形式。本文就多联机系统和地源空调系统分别从系统特点、能量传输过程、工程造价、运行费用、施工安装等几个方面加以对比，以明确其各自特点，为实现其在具体建筑工程中得到合理的应用提供一些参考。

1 系统简介

1.1 系统结构特点对比

多联机空调系统是指一台(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［4］。多联机系统利用室外空气中的冷热量及小部分电能作为能源，通过控制进入压缩机的冷媒循环量和进入各室内机的冷媒流量，来供给房间内需求的冷热量，该空调系统可根据室内负荷变化自动调节系统输入功率(见图1)。地源空调以岩土体为低温热源，由地源空调机组、地埋管地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统［3］。系统利用地下浅层地热(也称浅层地能)即土壤作为能源，把传统空调器的冷凝器或者蒸发器直接埋入地下，通过水为载体，在封闭的环路中循环流动，实现热泵机组与土壤之间进行交换的目的(见图2)。

图1 多联式空调机组

图2 地源空调机组

1.2 系统能量传输过程对比

1)多联机系统:采用冷媒直接蒸发式对室内空气进行制冷制热(见图3)。2)地源空调系统:比多联系统多了一次冷媒—水之间的热量交换，在传递相同数值的冷量或热量时，存在一定的能量损耗(见图4)。

2 系统性能对比

2.1 初投资费用对比

两种系统初投资费用对比见表1。

图3 多联机系统能量传输过程

图4 地源空调系统能量传输过程

表1 两种系统初投资费用对比表

地源空调系统中主机和室内侧采用普通水机费用较低，但室外打井费用较高，另还需加上水泵、勘测、审批等费用，因此，地源空调系统初投资较多联机空调略高。

2.2 运行费用对比

1)多联机系统。a.一次换热，能量的利用率更高，效率更好，只有室内外机耗电;b.部分负荷时，能够根据室内负荷变化改变压缩机的转速或启停压缩机来达到节能的目的;c.在部分负荷时，工作效率高于地源空调，比地源空调系统节能。2)地源空调系统。a.比多联机系统多了一次冷媒—水之间的热量交换，在每次换热的过程中都会有能量的损失，而且在换热过程中还会有水泵、水处理设备等的耗电，这样效率降低;特别是在部分负荷时，地源空调利用的是大型压缩机，调节性能差，不能根据室内负荷的变化而随意调节压缩机的运转速度，所以部分负荷下能耗较高;b.只要有一台室内机开启，主机、水泵等设备都要全速运转，存在大马拉小车的现象;c.在满负荷时，由于外界环境稳定，运行效率高。

多联机系统与地源空调系统一样均采用了大自然的免费能源，都是非常节能的空调系统。但是，部分负荷时，地源空调变频调节能力差，精度低，还有其他辅助设备耗电。因此，对于长时间处于部分负荷的建筑(例如住宅、别墅、办公楼等)，多联机系统比地源空调更加节能。

2.3 安装便利性对比

1)多联机系统。a.室内外机之间只有铜管和信号线连接，不需要其他辅助设备，安装简单，安装质量容易掌控;b.室外机可放置在屋顶或室外空闲位置等其他通风良好的地方，不需要专设机房，不占用建筑的有效使用面积。2)地源空调系统。a.室内外机之间有水管、信号线连接，室外机侧还要连接水泵、地埋管等辅助设备。尤其是地埋管安装复杂，安装难度大，安装质量不容易把控;b.需要专门的机房来摆放主机和泵等设备;c.需要进行室外打井、埋管等工作，安装周期长。从安装便利性的角度看，多联机系统的优势比较明显。

2.4 使用舒适性对比

1)多联机系统。a.用户可根据自己的个人需求独立操作室内机，使房间温度、送风风速满足自己的要求，室外机根据室内机的变化作出变频响应;b.北方地区冬季制热使用时，制热量会随外气温度降低而降低;c.由于属于风冷系统，北方地区冬季制热时有化霜处理过程，对制热效果有一定影响;d.室内机的温控元件精度一般可以控制在±0.5℃，房间内的温度波动小，舒适好;e.室内机运转音较小，通常在30 dB左右，最低可达27 dB。

2)地源空调系统。a.理论上，由于土壤温度恒定，且冬季供暖无需化霜处理，无论供冷还是供热，地源空调机组的全年运行的效果是很稳定的。但是，由于冬天制热是通过土壤自身平衡的热量，故随着土壤自身恢复热量的能力逐渐降低，在机组运行一段时间后，其制热效率也随之降低了。因此，在很多实际案例中，经常出现夏季制冷效果还好，但冬季制热效果越来越差的问题;b.室内控制精度差，水量无法精确调节，只能控制在±1℃～4℃范围内，室内温度变化范围大，热舒适性差;c.一般风机盘管噪声在40 dB左右。

从理论上说，单从制冷制热效果来看，地源空调系统是有优势的。但是，实际上由于地源空调的冬季制热效果也是不稳定的。在需要冬季制热的北方来说，只要在多联机系统的设计阶段就需要考虑温度、化霜运转的修正系数，其冬季制热效果是能得到保证的。当然，对于只需要过渡季节制热或者不需要制热的项目来说，多联机的舒适性无论是效果上、静音上、温度控制精度上，都是具有优势的。

2.5 管理维护对比

1)多联机系统。a.系统设备高度集成，所有设备为统一品牌，性能稳定。机组发生故障时，各厂家配备的遥控器或室外机电脑板上会显示相应的故障代码，这样维修工程师就可以作出准确、快速的判断，避免了繁琐的排查工作，给维修管理带来了极大的便利;b.若有一台室内机发生故障，也不会影响其他系统的正常运转;c.室内外机之间用冷媒铜管连接，在使用寿命期内，管道几乎不需要保养，室内机的日常保养费用也很低。2)地源空调系统。a.地源空调系统主机只有少量的故障代码，另外还会因工程中使用了不同厂家的产品(泵、阀门等设备)，若故障发生，有时很难快速找到故障源，故障不能得到及时排除势必影响用户的正常使用;b.系统中无论是主机还是泵出现故障，都会造成整个系统的瘫痪，影响用户的使用;c.地埋管部分及机组与室内机连接的管道内介质均为水，管道必须做好保温工作，如冬季保温做不好或长时间不使用，容易出现水管冻裂的现象，维修成本极高。多联机系统在管理维护便利性上面，优势非常大。特别是对于住宅、别墅等项目，机组从安装完毕到业主入住使用时间无法把握，地源空调机组如果冬季长期不使用，很容易造成水管冻裂等现象的发生。

2.6 运行可靠性对比

1)多联机系统。室内走铜管，冷媒泄漏的可能性很小，即使泄漏也不会影响内部装修。2)地源空调系统。水系统庞大，焊接点很多，漏水的可能性也就增加了;室内水管一般都暗装于吊顶内，发生泄漏，不容易发现。水管一旦泄漏可能会破坏装修，损坏电气设备、家居等，给用户带来巨大的经济损失。

2.7 使用寿命对比

1)多联机系统。多联机空调系统的使用寿命在20年左右。2)地源空调系统。地源空调系统主机使用寿命短，基本在15年左右;末端(风机盘管)使用寿命基本在5年～8年;系统的其他辅助设备(如水泵等)寿命更短;而且整个系统三年以后的衰减很大，后期的效率会越来越小。变频多联式空调系统在使用寿命上要大于地源空调系统。总结表见表2。