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简介:Minisplits提供全电加热和冷却解决方案,具有一系列的设计选项。HVAC设计师Jordan Goldman解释了迷你分割系统的工作原理,以及单区和多区系统的各种选择,如何确定迷你分割系统的大小和错误操作的危害,以及在决定或安装迷你分割系统时需要考虑的其他因素。
多功能,可扩展和全电动的MiniSplit热泵是一种越来越有吸引力的HVAC溶液。最初在亚洲开发,小房子更常见,矿井以单点,壁挂式单位的形式在北美铸造,提供安静,经济高效的方式来调用一次房间。
虽然这些无管道、单区域系统仍然是大卖家,但它们的人气飙升带来了新产品和变化的涌入,包括隐藏在视线之外的管道系统和服务于整个房子的多区域微型裂缝。
对于绝缘的房屋来说,Miniplits开始占据市场。它们特别适用于较低的加热和冷却载荷,并提供令人惊讶的舒适性,令人惊讶的舒适性,可以在现场生产或从栅格上的可再生源拉动。
对于装修和添加,今天的单区域Miniplits提供了更广泛的配置,包括提供多个房间的管道版本。延伸了这项令人兴奋的技术,新的低温装置可以处理除最难以的气象区。
与任何建筑组件一样,迷你分割并不适用于每个项目,还有一些关键的设计因素需要考虑。虽然一篇简短的杂志文章不能取代一个有经验的暖通空调安装人员或像我这样的暖通空调设计师的完整系统设计,但我将向您介绍各种可能性和关键的设计因素,并帮助您决定微型分割系统是否适合您的下一个项目。我还将强调在我设计这些系统和监督它们安装的10年时间里遇到的最常见的陷阱。
小分裂优势
在技术上说,MiniSplit是一种空气源热泵(ASHP),依靠极端温度变化,制冷剂在压缩或允许再次膨胀时进行制冷剂。“迷你”这个词来源于这些系统最初是较小的,单独的单位,并且“拆分”一词是指热泵如何分成室内和室外单位,每个风扇和每个和制冷剂管线的一个线圈跑到之间。
正常部署,小平衡是一个非常安静,非常有效的加热和冷却来源。由于Mitsubishi,Fujitsu,Daikin和LG等主要海外制造商领导的新产品和解决方案的扩散,它们也越来越多样多才多多态。随后是传统的美国玩家Lennox,Carrier等。
从一开始,单点无管道微型裂口在单间增加和翻新的全年舒适性方面是无可匹敌的——安装比安装到现有的暖通空调系统更简单,成本更低,而且比独立的供暖和制冷解决方案更节能。
微型热泵的解剖
就像空调一样,微型裂缝将热量从一个地方转移到另一个地方。它通过利用制冷剂在压缩后再次膨胀时所经历的极端温度变化来实现这一点。然而,与简单的同类产品不同,小型热泵可以将热量从室内向室外任意方向移动,反之亦然。其关键部件分为室内和室外两部分。为了了解它们是如何工作的,让我们看看冷却循环。
室内机
冷制冷剂(现在是液体和蒸汽的混合物)在室内单元中穿过房屋的壁进入蒸发器线圈,其中另一个风扇在其上吹过温暖的室内空气,将凉爽的空气输送到家庭的内部。蒸发器线圈中的冷制冷剂吸收来自室内空气的热量,蒸发回蒸汽,并向压缩机送回压缩机重新开始循环。
户外单位
在循环过程中随机选择一个起始点,制冷剂蒸汽进入室外机,在那里被压缩,导致其温度飙升。然后它通过一个冷凝器盘管,风扇将室外空气吹过它,冷却超热的蒸汽并将其转化为液体。在高压下,液体制冷剂通过一个膨胀阀;膨胀降低了它的压强和温度。
扭转周期
在寒冷季节,微型热泵只是简单地反转制冷剂循环的方向。室内盘管成为冷凝器盘管(向室内排放热量),室外盘管是蒸发器盘管(从室外空气吸收热量)。
虽然在它们服务的房间里可以看到无管道的微裂缝,但新的型号和安装位置使它们不那么显眼。举例来说,与噪音大、安装在窗户上的交流设备相比,一个安静、偏僻的微型分电器是显而易见的。
微型分裂器现在有单区和多区配置,更大的室外单元能够支持多达8个室内单元,以及管道室内单元,隐藏在机械房间,天花板上方,膝墙空间等。
它们特别适合于绝缘良好的家庭,室内单位可降低到6000英热每小时。室外机降至9000英热每小时。,帮助暖通空调设计者避免尺寸过大,这是导致运行效率低下和设备寿命缩短的主要原因。
无论你选择哪种微分裂系统,全电动暖通空调系统都可以从现场资源或电网中获取能源,而电网越来越多地由可再生能源提供能源,为地球的健康做出贡献,并为碳中和的未来做好准备。
使用电力还可以减少对天然气基础设施的需求,在这个国家的许多地方,尤其是在我工作的新英格兰,天然气基础设施已经老化和渗漏。如果没有天然气,供暖燃料将是丙烷或石油,基于电的供暖系统无需燃料输送和现场储存。放弃化石燃料还可以消除煤气泄漏或一氧化碳中毒的可能性,从而使家庭更安全、更健康。
事实证明,你有理由说不
Miniplits有一些缺点和缺点,它们是相互关联的,结合制造或打破MiniSPLIT决定。三大是电力,冬季严重程度,以及建筑信封的质量。
在该国的许多地方,电力比天然气昂贵。因此,如果从气体加热系统切换到电动机(即使是高效的MiniSPLIT),则运营成本可能会上升。另一方面,丙烷和油,往往是昂贵的燃料,使利用普遍存在MiniSplit。此外,对于越来越多的人群,全电气HVAC系统的环境优势往往超过目前运营成本的小缺点。
![适当扩大和扭转制冷剂连接](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2020/11/02143313/021296038-1.jpg)
因为热泵在冬天从室外空气中吸取热量,所以微裂缝的制热能力会随着室外温度的下降而下降。事实上,每个机组都有一个最低运行温度,在此温度下,它将关闭以保护压缩机——通常在0°F左右或以下。
除了容量之外,微分裂的运行效率也会随着室外空气变冷而降低,从而导致能源使用增加。这造成了一个双重打击,即供热需求最高时效率最低。也就是说,微分裂技术已经得到了极大的改进,新的低环境温度模型可以在-10°F以下的温度下以相当可观的效率处理,总体容量只会有很小的下降。非常炎热的夏天对微型空调来说不是问题,就像大型中央空调不是问题一样。
加热设备只是热舒适方程的一半。一个高性能的建筑围护结构将使业主免受低运行效率或高电力成本时期的影响。换句话说,如果建筑不需要太多的能源来供暖,系统效率和燃料成本的影响就会小得多。相反,绝缘差的房子往往是微型分裂系统的破坏者,特别是在寒冷的气候中。
常见的配置
为了理解微型单元在今天的家庭中使用的多种方式,将室内外单元分开考虑会有所帮助。让我们从室外开始,一个室外单元可以服务于一个或多个室内区域。
单区微分路有一个室外机连接到一个室内头,与一个恒温器控制一个单一的恒温区。与多区域系统相比,这有两个重要的优点。首先,单区系统在部分负载条件下可以很好地调制,在其他条件相同的情况下,可以获得最高的运行效率。其次,当多个单一区域系统被用于整个房子的供暖和制冷时,每个单独的微分支都可以根据其区域的特定需求,无论是一个凉爽的地下室还是一个有大量阳光窗户的大房间。
然而,室外机组的“压缩农场”很难隐藏,所以设计师往往转向更大的、多区域的机组,它可以连接多个室内机组。每个室内单元代表一个单独的恒温区。这里的主要缺点是效率的损失,因为单个室外单元往往过大,无法调制其输出,以及多个单区域单元将是。
在室内方面,无论微分裂是单区还是多区,都有单点无管道单元和管道系统,可以在一个区域内提供多个房间。
无管道单元服务于单个房间,因此它们在开放式楼层平面或单个房间的添加或翻新中工作得非常好。与管道加热和冷却系统相比,其优点是易于安装;比较成本低;以及卓越的能源效率。
![小裂缝的合理充电](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2020/11/02143316/021296038-2.jpg)
缺点是美观,因为所有无管道模型都是可见的。也就是说,室内空调比窗式空调更吸引人。
当大多数人想到一个无管道的小型单元时,他们想到的是壁挂式单元,而今天也有一些很吸引人的落地式单元,它们可以回忆起传统的散热器,并且可以嵌入橱柜或墙壁本身,如果为更换过滤器等创造通道的话。也有嵌入天花板的天花板盒带,通过格栅输送空调空气。在任何情况下,根据我的经验,虽然屋主有时一开始会对无管道单元产生负面的本能反应,但一旦单元安装完毕,它们就会消失在背景中,人们就不再注意到它们了。
顾名思义,管道式室内机包括连接到空气处理器的管道系统。最大的优势是能够用一台室内机为多个房间提供服务,以及无形的基础设施。无管道系统的空气处理器可作为“天花板隐藏”单元(通常安装在吊顶上方)和多位置空气处理器(与传统管道HVAC系统中的空气处理器相当)使用。后者非常适合替换现有系统中的空气处理器或熔炉,因为它们可以提供推动空气通过大型管道网络所需的高静压。
对于放置在天花板上方的空气处理装置,必须考虑更换过滤器,并在某一天更换整个装置。这就是为什么如果可能的话,我喜欢把它们放在机械室里。
设计从关键的数学开始
微分裂设计(或任何暖通空调设计,就这一点而言)的第一步是计算系统在保持室内温度和湿度在预期范围内的同时能够承受的峰值加热和冷却负荷。这个“设计日”通常计算在全年温度范围的99%和1%。换句话说,对于供暖,这将是你所在位置在一年中99%的时间里保持在或以上的室外温度。在降温方面,室外空气温度在一年中仅超过1%。
因此,根据设计,每年可能有几个小时室外温度比设计温度更极端。但是,如果你设计的系统是针对有记录以来最冷的一天,那么它就会过度构建,导致所有与过大相关的问题(将在下面描述)。
理想的室内温度范围是设备尺寸的另一个重要因素。作为起点,大多数规范要求在系统设计计算中使用70°F(加热)和75°F(冷却)。但房主的舒适度期望可能会有所不同,这可能会显著改变系统设计。
好消息是,主要的设备制造商现在提供在线软件,引导您通过数学计算,计算任何系统的加热/冷却输出,给定特定的设计条件,以您的项目。
即使有一个好的设计方案来指导你,理解数字背后的原理也是很有帮助的。手动J是峰值热/冷负荷计算的通用协议。当与微型热泵匹配时,在设计日的特定室外条件下查看其输出是至关重要的。
供热和制冷输出都是室外空气温度的函数,所以如果你只看热泵的名义容量,你可能会得到一个尺寸过小的系统。
另一方面,过大的系统是所有类型的HVAC设备性能差的一个众所周知的原因。过大的设备会缩短周期(频繁启动和停止),因为它能迅速满足家庭的加热/制冷需求,然后关闭。短周期骑行类似于在走走停停的交通中行驶:它会导致运行效率低下,设备寿命降低。让暖通空调设备以较低的输出长时间运行要好得多——就像在高速公路上匀速行驶一样。
此外,一个超大的系统,间歇运行,将做一个劣质的工作,从内部的湿气在夏季。和空调一样,室内微型空调也有集成的排水管,可以将冷凝物输送到外部或管道。当系统运行足够长的时间,以运行所有室内空气在线圈上时,这是最好的工作。
一旦计算出了峰值加热/冷却负荷并知道了所需的系统输出,下一步就是为您的项目确定正确的区域数量。
虽然分区对于为房屋的各个区域提供单独控制非常有帮助,但通常最好尽可能减少分区。更少的区域意味着需要维护的室内设备更少,也更容易避免设备尺寸过大。
在大多数情况下,一个小的增加或改造是最好的单一区域系统。如果你在为整个房子安装一个系统,那么不同楼层的不同分区有助于抵消自然温度分层。此外,如果房子的一部分有供暖/制冷负荷,与房子的其他部分不同步,例如,房子中朝南的高度釉面朝西的房间,一个单独的区域将有助于提供整个房子的温度。
3通用空调解决方案
Miniplits可以以多种方式部署,从单区域系统到连接到各种头部单元的多态系统。
1.单区域系统仍然是最流行的
这些简单的、独立的小型单元非常适合添加和改造,它们有一个室外单元和一个室内主机,安装在墙上或地板上,或嵌入天花板中。
2.在多区域系统中组合单区域小裂缝
创建一个多区域系统的最节能的方法是为每个区域分配一个单独的微型分区,使每个室外单元根据其单独的加热和冷却负荷大小。
3.服务多个区域与一个户外单位
在众多的室外单元很难隐藏的地方,设计师通常会选择一个更大的、多区域单元。这些设备通常与隐藏在天花板或机械室内的空气处理设备相连,通过管道系统连接到多个区域,但多区域室外设备也可以连接到标准的室内头部。
如前所述,经验数据表明,多个单区微分器(每个室内机对应一个独立的室外机)比单个多区微分器连接多个室内机效率更高。另一方面,多区迷你分割可能比一组单区系统更经济。根据物业和区域的数量,你需要考虑大量的室外单元是否会成为一个眼中刺。
无论哪种类型的室外机驱动室内机,这些室内机可以是无管道的,管道的,或两者的某种组合。无管道设备比有管道设备更便宜,而且还避免了管道设备的成本,但在某些情况下,单个管道设备可以替代多个无管道设备,提高了成本比较。一般来说,无管道单元对于大空间、开放式平面图、单间增加和装修,以及无法安装管道系统的情况是一个很好的选择。另一方面,管道机组可以加热和冷却多个房间,通过减少区域的数量,提高性能并减少维护。他们提供了一个更美观的综合解决方案,隐藏了所有的设备。
陷阱,以避免
在这样做了一段时间后,我的公司已经看到并犯了我们应该承担的错误。无论你是一个房主,房屋建筑商,或HVAC专业人士,以下将帮助你设计和安装一个微型分割系统,这是安全和有效的多年来。
我已经提到过大的微型分裂系统的危害,从低运行效率和缩短设备寿命到减少除湿。除了正确的设计日期和正确的计算供热和制冷负荷之外,最常见的问题是不必要的复杂分区。
由于给定单元的连接规则,可能需要一个更大的微分裂系统来服务于增加的分区,即使一个更小的热泵可以满足整体的峰值加热/冷却负荷。因此,如果区域的数量导致一个超大的室外单元,最好找到一种方法,使用管道系统将小区域合并成一个单独的区域,或者使用一对一的微型分割来服务一个或所有区域。区域设计可能需要与客户进行艰难的对话,所以解释一个适当规模的系统的长期利益是很重要的。
![短周期的危害](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2020/11/02143828/021296038-4.jpg)
即使是适度的高度也可以对设计计算产生显着影响,因为空气的密度是它可以体现多少能量的决定因素。当我不得不重新设计博尔德,科罗拉多州的项目时,我学到了这一点。当当地承包商询问我是否在英里高海拔地区被考虑,我被迫承认我没有。在该海拔地区,热泵比海平面的效果幅度约为20%。
MiniSPLIT热泵与一些制冷剂进行预充电,但几乎所有需要更多添加。充电(或过充电)系统会非常糟糕。确定添加多少制冷剂的唯一方法是测量安装的制冷剂线,并且唯一可以准确地完成的时间是在仍然暴露的时候,所以你必须记得在干墙上升之前做到这一点。
另一个需要考虑的是静压,静压在管道系统中很重要——空气处理装置的静压是对风机克服管道系统压力下降能力的衡量。管道系统中的压降是一系列因素的总和:管道长度、配件和接头、过滤器(尤其是脏的)、平衡阻尼器、格栅等等。
一个产生较低静压的空气处理器将消耗更少的能量,但如果压力对它所连接的管道系统不充分,你将得到减少的气流和减少的加热/冷却能力。例如,一些天花板隐藏管道单元只能在低静压下使用,这意味着它们只能连接到一个小型、简单的管道系统。
这里有一些更重要的提示,空气处理在管道系统。由于它们通常能够生成一定范围的静压力级别,因此需要将它们设置为系统设计的适当默认设置。此外,要确保系统被设置为在恒温器上感知温度,而不是空气处理器,因为后者几乎总是与生活空间隔离。
过滤器的更换和定期的设备维护对于最大限度地利用你的系统和最大化它的寿命是至关重要的。这在导管系统中尤其重要。例如,如果过滤器很难使用,它们就不会被更换,随着时间的推移会变得非常脏,会减缓气流,降低供暖和制冷能力,更不用说会恶化室内空气质量。
此外,如果积雪覆盖了户外设备,它将失去功能。如果融化的霜不能排干,室外的线圈结冰,同样的事情也会发生。出于这两个原因,在寒冷的气候中,将室外机从地面升起是很重要的。
底线
微型热泵是多功能的,有效的加热和冷却系统,有许多应用,包括高性能住宅,增加,和翻新。了解关键的设计因素和常见的缺陷将确保安装的成功,为居住者提供低运营成本和良好的舒适度。
来自Fine Homebuilding 296号
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