刘毅
上海燕易工贸有限公司
摘要：别墅属于高端住宅类型，为保证居住舒适度，必须合理打造私家别墅的室内气候环境。基于此，本文以上海地区的别墅暖通工程为例，对别墅中的冷暖系统-空气源热泵系统进行研究。文章先对空气源热泵的基本情况进行概述，然后从原理、工作流程和除霜技术角度出发，对喷气增焓空气源热泵系统进行分析，最后基于上海地区的别墅暖通施工需求，论述了空气源热泵系统的应用要点。
关键词：别墅建筑；暖通工程；空气源热泵系统；温度调节
前言：住宅建筑当中，制冷和制热都是十分重要的温控手段，室内暖通系统的运行性能更会对建筑实用价值产生影响。近年来，随着节能降耗思想的普及，别墅暖通工程的节能性要求也越来 越高，为空气源热泵系统提供了良好的使用环境。在别墅中，基于空气源热泵系统调节室内气候环境已成为室内节能暖通设计的常用方法。
1空气源热泵概述
空气源热泵属于节能装置，基于这种装置可以基于高位能实现低位热源与高位热源之间的流动，能够发挥调节环境温度的作用。因此，空气源热泵是室内温控系统的重要组成部分，在别墅的节能型暖通工程当中十分常见。目前，空气源热泵的分类方式有两种，基于机组容量分类时可将设备分为小型、中型和大型三种；基于机组组合形式分类时，可将其分为整体式和模块化两种类型。
空气源热泵不仅可以实现制热还能够用于制冷，所以具有冷热源合一性特点，而且在使用过程中机组可以被安装在屋顶或地面，具有占地面积小、施工简便和成本低（无需单设冷冻或锅炉房）的特点；同时，空气源热泵还具有安全性高、可靠性高、适应性强、节能性强且无污染等特点[1]。利用空气源热泵采暖时，可打造“热泵+地面采暖”组合，保持热量散发的均匀性；而且，在制冷过程中，使用者能根据自身需求或室内温湿度控制要求，灵活调整系统的出风温度。不过，空气源热泵也存在缺点。比如，冬季室外温度低时容易出现压缩机损坏和蒸发器表面结霜，进而导致空气源热泵运行失效。
2喷气增焓空气源热泵系统的基本情况
别墅的冷暖系统-空气源热泵系统大多为喷气增焓空气源热泵系统，这种系统具有极高的实用价值和环保机制，可以充分满足别墅住户的制冷与采暖需要。为此，本文对喷气增焓空气源热泵系统的技术要点进行简单阐述。
2.1原理
喷气增焓空气源热泵系统的冷凝器与换热器之间存在通路，而系统运行这一通路将成为制冷剂的流通通道。该系统的冷凝器同时连接制冷回路和喷气回路，二者都属于制冷器流通渠道，都与换热器连通；但在前者中，制冷剂将直接流入换热器，而对于后者来说，制冷剂只有在经过膨胀阀并改变参数后才能进入换热器。喷气增焓空气源热泵系统中不同回路的制冷剂在板换中交换热量，制冷剂在制冷回路中将以液体形式存在，拥有散热效果，利用膨胀阀降压以后，液体可进入蒸发器；在喷气回路中，制冷器将在吸热后汽化，然后通过该压缩机喷射口进入压缩机；不同状态的制冷剂将在压缩机中充分混合，然后被压缩排入冷凝器。
2.2流程
喷气增焓是一种新型系统，它能够用于增加制冷与制热量，可增强空气源热泵系统性能。在实践中，喷气增焓空气源热泵系统的运行流程是，吸收冷却液体带来的热量，基于冷凝器交换获得更多热量，推动冷凝温度提升，增加压缩机功率消耗，最终增强系统的制热呢能力。
2.3除霜
在喷气增焓空气源热泵系统当中，除霜技术的合理应用十分必要，它将成为保障系统稳定运行、避免系统故障的方法。此时，可从以下几种方法中进行选择：
首先，电加热技术。增加热量供给可以有效除霜，基于通电实现加热，进而达到除霜目的十分可行。通常来说，电加热除霜技术常用在小型空气源热泵系统中；若将该技术应用在大型机组当中，会大量增加系统运行成本，与系统设计与运用的经济性原则相悖。
其次，逆循环技术。逆循环技术是一种实用性较高也十分常见的除霜技术，该技术的应用原理是推动循环系统中的制冷剂实现反方向流通，从而直接切换制热和制冷状态；这样一来，制冷剂在进入室外换热器之前，可充分吸收室内的热量，这些热量可直接用于除霜。在应用这种技术时，相关工作人员需要做好四通阀的选用和控制；而且，还必须优化高低压的对接过程，以免压差对系统内的零部件造成冲击后出现系统可靠性下降或不完全除霜。
再次，热气旁通技术。顾名思义，这种除霜技术就是在空气源热泵系统之中加入旁通管道，让管道中的热气发挥除霜作用。通常，可在蒸发器入口和压缩器出口之间设置旁通管道，当系统运行时管道内的热气将直接作用于蒸发器表面，可以起到有效抑制结霜的效果。不过，该技术也存在明显缺陷。基于该技术除霜时，会大幅提升蒸发器入口温度，而这种升温将会导致空气源热泵系统的整体制热量下降，即是说基于热气旁通除霜会在一定程度上降低空气源热泵系统的环境调节效果。
最后，蓄热技术。采用这种技术除霜时，设计人员需要做好蓄热器选用和安装，从而保证热泵运行后的剩余热量可以为蓄热器所用。系统运行后，蓄热器将直接接收和储存热泵运行的剩余热量，并成为除霜工序的地位热源，将会成为除霜热量的重要补充[2]。
3别墅冷暖系统-空气源热泵系统使用注意事项
为了明确别墅中的冷暖系统-空气源热泵系统应用要点，本文以上海地区的别墅暖通工程为实际案例，对空气源热泵系统的设计与使用要点进行进一步阐述。本文所选别墅位于上海市，根据施工要求在应用冷暖系统-空气源热泵系统后，别墅应实现恒温、恒湿、恒氧、恒智。
3.1设备选用
上海地处亚热带季风气候区，具有四季分明、光照降水充足的气候特征。温和湿润是上海地区的主要气候特点，该市的年平均气温大约为17.6摄氏度，夏季最高气温和冬季最低气温分别在24.4-27.9摄氏度与4.2-12.2摄氏度左右。在此情况下，上海别墅内的冷暖系统-空气源热泵系统设计人员，必须基于实际需要提高设备选型合理性。
开展热能计算时，设计人员可以从供暖热能和制热水热能两方面着手。假设别墅总面积为400m2，供暖环节的热负荷总量为60W/m2，则别墅采暖所需的热负荷总量为24kW。在计算制冷功能方面，相关工作人员需要对别墅的常住人口数量进行考量。假定别墅业主是五口之家，所需制热水温度的进水温度和目标温度分别是8摄氏度和55摄氏度，制热水量为50升/人/天。在这种情况下，别墅内的制热水总热能需求应该是19.2kW。计算供暖与制热水所需热能后，相关工作人员还需要对设备运行的预期功率进行计算，从而提高冷暖系统-空气源热泵系统选型有效性。若将空气源热泵的运行时长设定为8小时/天，那么设备的运行功率至少要满足2.4kW；考虑到别墅的热负荷状态，空气源热泵的功率配置应该在26.4kW左右。比如，可选用东煌24P空气源热泵。
3.2注意事项
别墅冷暖系统-空气源热泵系统的设计与施工过程中，还需要做风机盘管运用、水质调节和保温工作。此时，各个房间都应安装风机盘管。安装后，若仅保持部分房间工作，那么其余房间风口处将吹出冷风，且系统运行环节的电能消耗将会增加。在施工环节，相关工作人员可通过加设两通阀的方式避免这种情况。比如，将两通阀加设在风机盘管的出水口。施工中，也可使用三通阀，基于此方法将有效缓解管道震动、噪音以及水阻增大问题[3]。
对于冷暖系统-空气源热泵系统而言，制冷制热水的性质将会直接影响系统的运行效果。为满足别墅内的气候环境调节需要，相关工作人员应该尽量减少水中的离子物质。比如，以软水代替碱性水，减少管道与阀门堵塞几率，提高系统的使用耐久性与稳定性；适当添加防冻液与酒精，避免急速降温而引发管道冻裂。在保温工作中，主要保温对象是水体流通管道。设计人员应尽量保证别墅的冷暖系统-空气源热泵系统管道具有平直性特点，为液体流通以及空气排放提供辅助；更应该强化管道防护，提高其耐用性和保温性。比如，增设管道保温层，基于保温材料包裹管道，避免管道受冻并减少液体流动过程中的热损失。此外，设计与施工人员可以通过“风机盘管+地暖+地埋管换热器”的模式，打造别墅当中的冷暖系统-空气源热泵系统，这样一来可有效保障别墅供暖时的热量散发均衡性，更能为夏季制冷时有效释放热量做好准备。
结论：综上所述，别墅的冷暖系统-空气源热泵系统，可以充分满足别墅的夏季制冷与冬季采暖需求，能够在有效调节室内气候环境的基础上降低能耗，是一种具有节能性和实用性特点的空调系统。在实际应用过程中，相关工作人员不仅需要根据别墅的气候特点和制冷制热需要做好空气源热泵选型，更应该高度重视供水管道的设计与安装问题。
参考文献：
[1]王猛,郭宪民,郭怀远,等.空气源热泵-冷柜一体机组冬季制热和冷藏性能实验研究[J].低温工程,2020(06):74-79.
[2]赵洪运,宇世鹏,邱国栋,等.可实现“无霜效果”的蓄热型空气源热泵系统实验研究[J].太阳能学报,2021,42(04):61-67.
[3]郭春梅,许卫龙,王宇,等.广东地区太阳能-空气源热泵复合系统供暖供生活热水实验研究[J].热科学与技术,2020,19(02):177-184.