引言水环热泵空调技术于20世纪80年代初引入我国，在我国有了一定的发展[1]。随着热泵技术的发展，在国家大力提倡“清洁取暖”“节能减排”的背景下，水环热泵系统充分结合了水源热泵与分散式空调的优势，可以实现回收分配建筑自身能量、独立调控、分户计量等功能，在我国得到了广泛的应用[2-3]。水环热泵空调系统的设计和应用具有特殊性，应用于内区较深的建筑时节能效果显著。因水环热泵系统具有余热回收、独立调控、分户计量的优势[4]，部分小内区甚至无内区建筑也采用该系统，但不同气候地区对应用水环热泵空调系统的认知不同，使其在我国的实际工程应用中出现了一些问题，但由于水环热泵系统在分户计量计费、独立调控、灵活扩展、节约空间等方面具有优势，在我国仍有很大的潜在市场需求[5]。因此，根据我国实际国情和居民生活现状，对水环热泵空调系统进行适当改变与创新，合理运用水环热泵空调技术对降低暖通空调系统的能耗具有意义。综合对比传统中央空调、家用中央空调（多联机）、水环热泵空调以及分体式空调的优缺点，借鉴水环热泵空调系统的水环路运输热量和末端分布特性及设计理念以及水冷多联机的运行特性和调控的快速性，同时考虑多数居住小区被分体式空调占据的现状，提出一种适合居住小区使用的水环-分体空调系统。利用水冷散热的分体空调室外机对传统水环热泵机组进行替换，通过合理的水环路设计将各空调末端并联，尽可能地打破水环空调系统在地域和建筑形式方面的限制，促进水环热泵空调等相关设备行业的节能创新。1水环-分体空调系统介绍水环分体空调系统是以水作为冷热源的多联空调系统，由分体水冷空调、辅助热源、辅助冷源和水环路等4个主要部分构成。利用水环路将分布在不同区域的机组并联，通过集中提供(15~35 ℃)循环水作为冷热源，为建筑供冷、供暖。水环-分体水冷空调系统如图1所示。水环-分体水冷空调系统是水环热泵空调系统的变形，系统形式与水环热泵空调系统基本一致，但水环-分体空调系统将水环热泵系统中的小型水源热泵机组替换为更小型的分体水冷空调机组。分体-水冷空调系统借鉴水冷多联机的特性，对传统（风冷）分体空调进行改进，将风冷散热改为水冷换热，利用水环路中相对稳定的水温代替波动的大气温度，使新系统具备水环热泵空调系统的各种优势，兼具多联机空调的变频节能、控制管理技术先进、安装维修便利等优势[6]。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.016.F001图1水环-分体水冷空调系统居住性建筑无明显内外分区，无法实现冷热量互补性转移，为了保证水环分体空调系统的高效安全运行，需要为水环热泵系统增设辅助冷源与热源，辅助冷热源具体工作如下：冬季，环路中的水温低于一定值(15 ℃)时，由辅助热源根据需要制取热水(50±5)℃，与环路循环水在蓄热水箱中混合成低温(20 ℃)循环水，供环路中空调制热吸收；夏季，环路中的水温超过一定值(35 ℃)时，环路中的热量通过板式换热器将热量收集，通过冷却塔快速排放，或用作生活热水，提高初始水温以减少能源消耗。1.1空调结构分体-水冷空调系统参考分体空调的结构和水冷多联机的工作原理，将整个空调机组分为主机侧和室内侧。主机侧通过高效换热器将制冷剂和循环水进行冷热量交换，室内侧仍采用制冷剂作为能量运输介质进行采暖/制冷。主机侧舍弃常规冷凝器和风机，改传统分体空调的风冷散热为水冷散热，选择板式换热器进行水与制冷剂的热量交换，制冷剂不直接与水接触，不影响环路中水质；室内侧末端形式可以采用原分体空调的室内机，也可以采用风机盘管（吊顶），依旧采用制冷剂与空气换热模式，可以快速进行吸热和放热，迅速实现室内温度调节。分体-水冷空调系统结构如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.016.F002图2分体-水冷空调系统结构1.2工作原理水作为热源提供热量，室外换热器与水进行热量交换，室内换热器与室内空气换热。夏季环路提供约25 ℃冷水，压缩机排出的高温高压气体在室外换热器中与水换热，将热量排放至流动的水中，降温后的液态制冷剂经节流降压后进入室内换热器，液态制冷剂吸收水中热量蒸发，经压缩机压缩获得高温冷媒运送至室内换热器，向室内供热后再返回室外吸热；水作为排热源吸收热量，压缩机压缩后的高温制冷剂在室外换热器中与水换热降温，冷却后的制冷剂降压节流进入室内换热器，吸热蒸发后重新进入压缩机继续下一个循环。2分体-水冷空调特点（1）与传统家用（风冷）分体空调相比。室外温度的增高会影响外机的换热效率和工作能力，进风温度每上升1 ℃，空调系统的能效比下降3%左右，进风温度超过45 ℃时，分体式空调难以正常运行[7]。水比室外空气的温度稳定，水冷换热的空调能够提供更加稳定的室内温度，具有冷热源稳定、换热效率高的优势，节能优势十分明显。分体-水冷空调的室外机无须风扇风机，运行噪音低、占地更小，安装位置更加灵活，室内室外均可，且室外无热风排放，能够有效减少邻里热污染带来的纠纷，减缓夏季城市热岛效应。（2）与传统家用中央空调相比。分体-水冷空调无须设备间以及铺设室内管道，因此也无须整体吊顶，能够减少室内层高占用，缩短安装周期，且初投资费用低；各房间分散制冷，单个房间启停不影响其他房间使用，使用控制更加灵活方便，人为节电效果更佳，安装维修方便。（3）与水冷多联机相比。分体-水冷空调用户按房间使用情况以及个人需求配备空调台数，初投资费用低于整体的对联机机组；分体-水冷空调机组体积更小，安装灵活性更高，噪声问题更容易解决，可以根据需要安装在室内或室外；需考虑室外机与室内机的高差与容量问题。3系统拓展与优化水环空调系统的接纳性与可扩展性较强，可以与太阳能、水源、空气源、土壤源等可再生能源以及多种形式的废热源等能源技术联合。利用水环路的储热特性将空调排放冷凝热集中回收，辅以储热技术、错峰用电等手段，能够实现制冷-采暖-卫生热水三联供。水环路极佳的运载性能为都市中多楼宇之间的分布式能量的交互利用提供可能。3.1水环系统与太阳能、空气源热泵多级联合系统水冷热源是较好的太阳能蓄能形式，水环空调系统与太阳能集热系统结合利用，不同天气状况下，太阳能集热系统均可以为水环系统提供低温热水[8]，即使水温只有20~30 ℃，水冷分体空调也能从环路中提取热量，比风冷空调在室外温度零下时的效率更高，即使增加了水泵和多个智能控制模块的电耗，系统COP也有所提高。夏季时，太阳能集热系统可为建筑提供生活热水，由水环路收集空调排热后为集热系统提供低温热水。水箱的温度在30~50 ℃时，太阳能集热效率可以达到40％~75％，水环空调系统的能效比约为4~6[9]。冬季时，可利用太阳能较少，无法实现空调和热水同时供应，采用空气源热泵为辅助热源提供生活用水，同时也能在极端恶劣天气（连续雨雪超低温）时保证环路中水温和系统的正常运行。3.2水环系统与水源热泵机组、空气源热泵的联动将常规水源热泵空调系统中的冷却塔改为水源热泵机组，经空调排热后的循环水作为水源热泵机组的第一热源，由水源热泵提取水中热量，制取生活热水(50~60 ℃)，降低环路水温，确保热量合理利用。冬季采用空气源热泵机组为水环路和水源热泵机组提供低温热水(20 ℃)，维持空调系统的稳定运行，提供生活热水。4系统的可行性及合理性水环分体空调系统具有多联机变负荷灵活的特点，安装配置自由的特点，又有水冷机组高能效、运行平稳的优点，保留了分体空调快速冷暖的特性。（1）从社会层面分析，室外机无须风机、风扇减少耗材，且空调主机可置于建筑物内，内外机的连接铜管缩短，节能省材；空调外机无热风排放，减少了城市的热岛效应，不会对周围邻居造成热污染，有助于邻里关系；循环水环路可以将空调排放的热量集中后回收利用。（2）针对用户群体，用户可以按需接入、按需使用，各空调末端独立运行控制灵活；且系统稳定性高，单个房间空调故障不影响其他房间空调的运行；室外机尺寸较小，安装位置灵活，维修更加方便。（3）针对开发商群体，初投资少，只需增加一套水循环系统（供回水环路、控制系统）以及小型辅助冷热源，无须配备机房以及安装大量的送回风管道，节省工程空间和建设成本。还可以根据业主需要和入住情况分批投资，缩减设备采购安装工期。（4）物业管理方便，物业管理费中的空调运行费用仅包括水泵、水塔、辅助冷热源等辅助设备的电费，每个业主都有独立电表，可简单实现分户计量，省时、高效、方便。（5）适用于老旧小区改造，无须机房、热力站以及重新铺设供暖管道，只需一套水系统以及可置于房顶的辅助设备，施工简单造价低，居民分摊较少好接受。5结语国内住宅建筑大多以分体空调形式为主，据权威数据显示，国内分体空调目前有5亿台左右的存量市场，每年新增数量几千万台，水环分体空调系统还有很好的研究及应用前景。考虑多数居住小区被分体式空调占据以及响应国家节能减排、清洁用能等政策，关于水环分体空调系统在住宅建筑中的应用将尽快进入系统优化与实验阶段。优化应从设备组成部分及系统运行的各个环节着手，利用变流量水环路系统的节能特性，结合各种传感器与电动阀门构建自动监测调节控制系统，通过物联网、云计算等技术，尽可能地实现水系统与空调系统更高效、节能、智能、舒适、稳定的运行。