剧情简介:Minisplits提供全电加热和冷却解决方案,具有一系列设计选项。HVAC设计师Jordan Goldman解释了微型裂缝系统是如何工作的,以及单区域和多区域系统的各种选择,如何确定微型裂缝系统的大小以及这样做不正确的危害,以及在决定或安装微型裂缝系统时需要考虑的其他因素。
多功能,可扩展,全电动,微型裂热泵是一个越来越有吸引力的HVAC解决方案。迷你裂缝最初是在小型住宅更为普遍的亚洲发展起来的,后来在北美以单点壁挂式单元的形式首次引起轰动,为调节单人房间提供了一种安静、经济的方式。
虽然这些无管道的单区域系统仍然很畅销,但它们的受欢迎程度的飙升也带来了新产品和变种的涌入,包括隐藏在视线之外的管道系统和为整个房子服务的多区域小裂缝。
对于隔热效果好的房屋,迷你裂缝开始主导市场。它们特别适用于较低的加热和冷却负荷,并以惊人的低能量提供安静舒适的能源——可以在现场生产或从电网上的可再生能源中提取。
对于翻新和扩建,如今的单区域迷你裂缝提供了更广泛的配置,包括为多个房间服务的管道版本。为了扩大这项令人兴奋的技术的应用范围,新的低温设备可以处理除最寒冷的天气地区以外的所有天气。
像任何建筑构件一样,迷你裂缝并不适用于每个项目,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,但我将带您了解各种可能性和关键设计因素,并帮助您决定一个微型隔断系统是否适合您的下一个项目。我还将强调我在设计这些系统和监督其安装的10年中遇到的最常见的陷阱。
Minisplit优势
从技术上讲,微型裂缝是一种空气源热泵(ASHP),依赖于制冷剂在压缩或再次膨胀时所经历的极端温度变化。“迷你”一词来自于这些系统最初是小的、独立的单元,而“分割”一词指的是热泵如何分为室内外单元,每个单元有一个风扇和一个盘管,制冷剂管道在两者之间运行。
如果部署得当,微型裂缝是一个非常安静、非常有效的加热和冷却来源。由于三菱(Mitsubishi)、富士通(Fujitsu)、大金(Daikin)和LG等主要海外制造商以及美国传统制造商伦诺克斯(Lennox)、开利(Carrier)等紧随其后,新产品和解决方案的大量涌现,它们的功能也越来越多。
从一开始,单点无管道微型裂缝就很难在单人房间的增建和翻新中获得全年的舒适性,它比连接到现有的HVAC系统更简单,安装成本更低,比单独的加热和冷却解决方案更节能。
微型裂缝热泵解剖
就像空调一样,一个小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时所经历的极端温度变化来实现这一点,并允许其再次膨胀。然而,与它简单的表亲不同的是,微型裂缝热泵可以向任何方向移动热量,从室内到室外,反之亦然。它的关键部件被“分割”为室内外单元。为了理解它们是如何工作的,让我们来看看冷却循环。
室内单元
冷的制冷剂(现在是液体和蒸汽的混合物)穿过墙壁进入室内机的蒸发器盘管,在那里,另一个风扇将温暖的室内空气吹过它,将较冷的空气输送到室内。蒸发器盘管中的冷制冷剂从室内空气中吸收热量,蒸发回蒸汽,并返回压缩机重新开始循环。
室外单元
为了在循环中随机选择一个起点,制冷剂蒸汽进入室外机,在那里它被压缩,导致其温度飙升。然后通过冷凝器盘管,风扇将室外空气吹过,冷却超热蒸汽并将其转化为液体。液体制冷剂仍然处于高压状态,通过膨胀阀;膨胀降低了压强和温度。
逆转周期
在寒冷的季节,微型裂热泵只是扭转了制冷剂循环的方向。室内盘管成为冷凝器盘管(将热量排放到室内),室外盘管成为蒸发器盘管(从室外空气中吸收热量)。
虽然在它们服务的房间里可以看到无管道的小裂缝,但新的型号和安装位置使它们不那么突兀。例如,与吵闹的窗户空调相比,安静、偏僻的迷你裂缝是显而易见的。
目前,迷你裂缝有单区和多区配置,较大的室外单元可以支持多达8个室内单元,而管道室内单元可以隐藏在机械室、落顶上方、膝墙空间等等。
它们特别适合于绝缘良好的家庭,室内单位可低至每小时6000 Btu。室外机降至每小时9000英热单位。,帮助暖通空调设计师避免尺寸过大,这是导致运行效率低下和设备寿命缩短的主要原因。
无论您选择哪种微型空调系统,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,有助于地球的健康,并为家庭的碳中和未来做好准备。
使用电力也减少了对天然气基础设施的需求,在美国的许多地方,尤其是在我工作的新英格兰,这些基础设施已经老化和漏水。如果没有天然气,加热燃料可能是丙烷或石油,那么基于电的加热系统就不需要燃料输送和现场储存。放弃化石燃料也使家庭更安全、更健康,因为它消除了气体泄漏或一氧化碳中毒的可能性。
现实核查,以及拒绝的理由
迷你裂有一些缺点和缺点,它们是相互关联的,结合在一起决定了迷你裂的决定。最大的三个因素是电价、冬天的严冬和建筑围护结构的质量。
在这个国家的许多地方,电力比天然气更贵。因此,如果你从燃气加热系统换成电力加热系统(即使是高效的微型加热系统),运营成本可能会上升。另一方面,相比之下,丙烷和石油往往是昂贵的燃料,这将优势转移到微型裂缝上。此外,对于越来越多的人来说,全电动暖通空调系统的环境优势往往超过目前运营成本方面的小劣势。
![制冷剂连接正确](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2020/11/02143313/021296038-1.jpg)
由于热泵在冬天从室外空气中提取热量,所以迷你裂缝的供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工作温度,在这个温度下,它将关闭以保护压缩机——通常在0°F左右或以下。
随着容量的增加,小型裂缝的运行效率也会随着室外空气变冷而降低,从而增加能源消耗。这造成了供热需求最高时效率最低的双重打击。也就是说,微型裂缝技术已经有了很大的改进,新的低环境温度模型可以以相当高的效率处理低于-10°F的温度,而且总体容量只有很小的下降。非常炎热的夏天对迷你裂缝来说不是问题,就像它们对大型中央空调机组来说不是问题一样。
加热设备只是热舒适方程的一半。高性能的建筑围护结构将使业主免受低运行效率或高电费的影响。换句话说,如果建筑供暖不需要太多能源,那么系统效率和燃料成本就不那么重要了。相反,一个绝缘不良的房子往往是迷你裂缝系统的交易破坏者,特别是在寒冷的气候中。
常见的配置
为了理解微型裂缝在当今家庭中的多种部署方式,将室内外单元分开考虑会有所帮助。让我们从室外开始,一个室外设备可以为一个或多个室内区域服务。
单区微型裂口有一个室外机连接到一个室内头,一个恒温器控制一个恒温区。与多区域系统相比,这些系统有两个重要的优势。首先,单区域系统在部分负载条件下调节得非常好,在其他条件相同的情况下,使它们具有最高的运行效率。其次,当多个单区域系统被用来加热和冷却整个房子时,每个单独的小裂缝都可以被拨入其区域的特定需求,无论是凉爽的地下室还是有大量阳光窗户的大房间。
然而,室外机组的“压缩机农场”很难隐藏,所以设计师经常转向更大的、多区域的机组,这些机组可以连接多个室内机组。每个室内单元代表一个独立的恒温区。这里的主要缺点是效率的损失,因为单个室外机往往是超大型的,并且无法像多个单区域单元一样调节其输出。
在室内方面,无论迷你裂缝是单区域还是多区域,都有单点无管道单元和管道系统,可以为单个区域的多个房间供电。
无管道设备只服务于一个房间,所以它们在开放式平面图或单人房间的扩建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;相对成本低;以及卓越的能源效率。
![对小裂进行适当的充电](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,室内空调比窗户空调更有吸引力。
当大多数人想到无管道微型裂缝时,他们会想到壁挂式单元,今天也有吸引人的地板安装单元,让人想起传统的散热器,如果可以改变过滤器等,可以嵌入橱柜或墙壁本身。还有嵌在天花板上的吊顶盒,通过栅格输送调节空气。无论如何,根据我的经验,虽然业主有时一开始对无管道单元有负面的本能反应,但一旦单元安装完毕,它们就会消失在背景中,人们就不再注意它们了。
顾名思义,管道室内机包括连接到空气处理器的管道系统。最大的优势是可以用一个室内机为多个房间服务,以及隐形的基础设施。无管道系统的空气处理器可作为“天花板隐藏”单元,通常安装在下降的天花板之上,以及多位置空气处理器,与传统管道HVAC系统中的空气处理器相当。后者可以很好地替代现有系统中的空气处理机或熔炉,因为它们可以提供通过大型管道网络推动空气所需的高静压。
对于放置在天花板上方的空气处理机,必须为更换过滤器和有朝一日更换整个单元做出调整。这就是为什么如果可能的话,我喜欢把它们放在机械室里。
设计始于批判性数学
微型裂缝设计(或任何HVAC设计,就此而言)的第一步是计算系统能够处理的峰值加热和冷却负荷,同时将室内温度和湿度保持在所需的范围内。这个“设计日”通常以全年温度范围的99%和1%计算。换句话说,对于供暖来说,这将是你所在位置一年中99%的时间保持在或高于这个温度的室外温度。对于冷却,它是指环境在一年中仅1%的时间内超过的室外空气温度。
因此,根据设计,每年可能会有几个小时室外温度比设计温度更极端。但是,如果您为有史以来最冷的一天设计了一个系统,那么它就会过度构建,导致所有与过度使用有关的问题(如下所述)。
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70°F(加热)和75°F(冷却)用于系统设计计算。但房主对舒适的期望可能会有所不同,这可能会极大地改变系统设计。
好消息是,主要的设备制造商现在提供在线软件,指导您进行数学计算,计算任何系统的加热/冷却输出,给定特定于您的项目的设计条件。
即使有一个好的设计程序来指导你,理解数字背后的原则也是有帮助的。手动J是峰值供热/制冷负荷计算的常用协议。当将这些与微型裂热泵相匹配时,在设计日的特定室外条件下查看其输出是至关重要的。
加热和冷却输出都是室外空气温度的函数,所以如果你只看热泵的标称容量,你可能会得到一个尺寸过小的系统。
另一方面,尺寸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),因为它会迅速满足家庭的加热/冷却需求,然后关闭。短循环类似于在走走停停的交通中开车:它导致运行效率低下,设备寿命缩短。让暖通空调设备以较低的输出运行较长时间要好得多——类似于高速公路以恒定速度行驶。
此外,一个过大的系统,间歇性地运行,将做一个劣质的工作,从内部消除水分在夏天。与空调一样,室内迷你裂缝空调也有集成的排水管,可以将冷凝物输送到室外或管道中。当系统在足够长的时间内运行,使所有室内空气通过线圈时,这种工作效果最好。
一旦计算出峰值加热/冷却负荷并知道所需的系统输出,下一步就是确定项目的正确区域数量。
虽然分区对于为房子的各个区域提供个人控制非常有帮助,但通常最好是尽可能减少区域。更少的区域意味着更少的室内设备需要维护,也更容易避免设备过大。
在大多数情况下,一个小的增加或翻新是最好的单一区域系统。如果你要为整个房子安装一个系统,那么不同楼层的不同区域有助于抵消自然温度分层。此外,如果房子的部分加热/冷却负荷与房子的其他部分不同步——例如,房子里的一个朝西的高玻璃房间本来是朝南的——一个单独的区域将有助于整个房子提供均匀的温度。
3多种暖通空调解决方案
微型裂缝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区域系统。
1.单区域系统仍然是最受欢迎的
这些简单、独立的迷你裂缝非常适合添加和改造,有一个室外机和一个室内机,安装在墙上或地板上,或嵌在天花板上。
2.在多区域系统中合并单区域微型裂缝
创建多区域系统最节能的方法是为每个区域设置一个单独的小隔间,根据每个室外机各自的加热和冷却负荷调整大小。
3.一个室外机可服务多个区域
在许多室外设备难以隐藏的情况下,设计师通常会使用单一的、更大的、多区域的设备。它们通常连接到隐藏在天花板或机械室中的空气处理机,管道系统连接到多个区域,但多区域室外机也可以连接到标准的室内磁头。
如前所述,经验数据表明,多个单区域微型裂缝(每个室内机对应一个单独的室外机)比连接多个室内机的单个多区域微型裂缝更有效。另一方面,多区域微型裂缝可能比一组单区域系统更具成本效益。根据房产和区域的数量,你需要考虑大量的室外单元是否会碍眼。
无论什么样的室外机驱动室内机,这些室内机可以是无管道的,有管道的,或两者的某种组合。无管道机组比有管道机组更便宜,而且你可以避免管道工程的成本,但在某些情况下,一个管道机组可以取代多个无管道机组,提高了成本比较。一般来说,无管道单元是大空间、开放式平面图、单间扩建和翻新以及无法安装管道系统的情况下的一个很好的选择。另一方面,管道机组可以加热和冷却多个房间,通过减少区域数量来提高性能并减少维护。通过隐藏所有设备,它们提供了一个更美观的集成解决方案。
要避免的陷阱
在这样做了一段时间后,我的公司已经看到并犯了我们应有的错误。无论您是房主、房屋建筑商还是暖通专业人士,以下内容将帮助您设计和安装一个在未来多年安全有效的微型裂缝系统。
我已经提到了尺寸过大的微型裂缝系统的危害,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计算加热和冷却负荷之外,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,即使较小的热泵可以满足总体峰值加热/冷却负荷,也可能需要更大的微型裂缝系统来服务于增加的分区。因此,如果多个区域导致室外机过大,最好找到一种方法,使用管道系统将小区域合并为一个区域,或者使用一对一的迷你裂缝来服务一个或所有区域。区域设计可能需要与客户进行艰苦的对话,因此解释适当规模的系统的长期好处非常重要。
![短周期的危害](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2020/11/02143828/021296038-4.jpg)
即使是中等高度也会对设计计算产生重大影响,因为空气的密度是它能体现多少能量的决定因素。当我不得不重新设计科罗拉多州博尔德的一个项目时,我以艰难的方式学会了这一点。当当地的承包商问我是否把海拔高度考虑在内时,我不得不承认没有。在这个高度,热泵的效率比在海平面上低20%左右。
微型裂缝热泵预充了一些制冷剂,但几乎所有的都需要添加更多的制冷剂。充电不足(或过充)的系统将表现很差。确定添加多少制冷剂的唯一方法是测量已安装的制冷剂管道,而唯一能准确测量的时间是在它们仍然暴露在外的时候,所以你必须记得在石膏板升起之前进行测量。
另一个需要考虑的因素是静压,这在管道系统中很重要——空气处理装置的静压是衡量风机克服管道系统压降能力的指标。一段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,但如果它所连接的管道系统的压力不足,你将得到减少的气流和降低加热/冷却能力。例如,一些天花板隐藏的管道单元只适用于低静压,这意味着它们只能连接到一个小的,简单的管道系统。
这里有一些更重要的提示,空气处理器在管道系统。因为它们通常能够产生一系列静压级别,所以需要为系统设计将它们设置为适当的默认设置。此外,确保该系统被设置为感知恒温器的温度,而不是空气处理器,因为后者几乎总是与生活空间隔离。
过滤器更换和定期设备维护对于充分利用您的系统并最大化其使用寿命至关重要。这在管道系统中尤其重要。例如,如果过滤器很难使用,就不会更换,随着时间的推移,它们会变得非常脏,减缓气流,降低制热和制冷能力,更不用说恶化室内空气质量了。
此外,如果积雪堆积并覆盖了室外机,它将失去功能。如果融化的霜冻无法排干,室外的线圈就会结冰,同样的情况也会发生。出于这两个原因,在寒冷的气候下将室外机抬离地面是很重要的。
底线
微型裂缝热泵是多功能,有效的加热和冷却系统,有很多应用,包括高性能房屋,扩建和装修。了解关键设计因素和常见缺陷将确保成功安装,为居住者提供低运营成本和良好的舒适性。
乔丹·戈德曼是零能耗设计公司的工程负责人,这是一家总部位于波士顿的建筑和工程公司,专门从事低能耗、高性能房屋的设计。
Patrick McCombe摄影。
出自Fine Homebuilding 296号
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