冷剂式空调系统.docx

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冷剂式空调系统

第七章冷剂式空调系统

1.定义:

空调房间的负荷由制冷剂直接负担的系统,又称机组式系统..

2.供冷（或供热）方式:

制冷系统蒸发器（或制冷凝器）直接从空调房间吸收（或放出）热量.

3.机组组成:

空气处理设备（空气冷却器、空气加热器、加湿器、过滤器等）通风机和制冷设备（制冷压缩机、节流机构等）.

4.设计选用:

制造厂家整机供应,用户按机组规格、型号选用不需对各部件与设备分别进行选择计算.

5.常用类型:

（1）房间空调系统

;

（2）单元式空调机系统;

（3）变制冷剂流量空调系统;

（4）水环热泵空调系统.

§7-1冷剂式空调系统的特点

与集中式空调系统（中央空调）机比,机组式系统有如下特点:

1.结构紧凑,体积小,占地面积小,自动化程度高

2.空调机组可设于房间内,也可安于机房内,占面积小.

3.机组分散布置,各房间可根据需要停开各自的空调机组,可满足不同的使用要求;各房间不会相互污染、串声，发生火灾时,也不会通过风蔓延，对防火有利.但维修与管理麻烦.

4.机组安装简单、工期短、投产快、风冷式接上电源即可使用。

5.热泵机组有显著节能效益和环保效益.

6.机组就地制冷、热、冷、热量输送损失小.

7.能量消费计量方便，便于分户计量、收费。

8.机组能源选择和组合受限制。

目前，普遍采用电力驱动.

9.制冷性能系数较小,一般在2.5~3.机组不能按室外气象参数变化和室内负荷变化实现全年多工况进行调节，过度季也不能用全新风.

10.整体式机组、房间内噪音大、分体式噪音低。

11.设备使用寿命较短,一般的10年。

12.对建筑外观有影响，可破坏主面，噪声、凝结水、冷凝器热风对环境污染。

§7-2空调机组的分类

一.按空调调机组外型

分为:

单元柜式空调机组，高式空调器和分体式.

1.单元柜式:

全部设备安装在柜式箱体内，可安装在空调房间或邻室内。

目前国产机组制冷量范围为7～116.3KW常见制冷量为23KW和35KW.

2.窗式:

全部设备装在箱内,冷量1.5～7KW.电源单相或三相

3.分体式:

室外机、室内机、壁挂式、落地式、吊顶式、嵌入式等。

二.按用途分

分为：

恒温恒湿、冷风机、房间空调器和特殊用途机组。

1.恒温恒湿空调机组：

适用于精密机械、光学仪器、电子仪表等车间及计量室。

科研实验等有恒温恒湿要求的房间，基准要求可控制在20～25℃，精度±1℃，相对湿度50～60%±10%。

2.类型：

1）冷风机组，用于夏季降温去湿，适用于民用与建筑的舒适性空调，温度24～27℃，湿度40%～70%．

2）房间空调器,冷量在12KW以下,风冷式.冷风型（或热泵型）的小型空调机组,主要用于家庭或房间的舒适性空调.

3）特殊用途空调机组,根据被调房间的特殊要求，有工厂组装。

如:

电子计算机房专用,标准机房专用,低湿空调机组,净化空调机组和谷物冷却机等.

三.按空调机组制冷系统的工作情况分

分为:

热泵式和单冷式

1.热泵式:

通过换向阀的选择，各季供热,夏季供冷.

2.单冷式:

仅在夏季制冷循环

四.按空调机组中冷凝器冷却方式分

分为:

水冷式和风冷式.

1．水冷式:

冷凝器用水冷却,带走冷凝热，冷却塔水循环使用,正常不允许直接使用地下水或自来水.

2．风冷式:

冷凝器用空气冷却带走冷凝热，制冷性能系数底于水冷,制冷量略小，但无须没冷却泵和泵,安装运行简便.

§7-3房间空调器

一.窗式空调器

1.工作原理:

图7-1,由两部分组成,空气处理部分和制冷系统部分.

1）.空气循环路线:

室内空气→过滤器→蒸发器↘离心风机↗逆风→室内

室外新风→新风阀8↗↘排风阀9→室外

2）.制冷循环路线:

压缩机1→冷凝器2→毛细管4→蒸发器3→压缩机1

2.热泵式工作原理:

增加一个四通换向阀,如突7-2,夏季供冷时，通过四通换向阀把室内换热器变为蒸发器,冷却室内空气,同时把室外换热器变为冷凝器,将冷凝热量放到室外空气.冬季供热正好相反.

二.分体式空调器

1.工作原理:

图7-3,室内机有蒸发器2,风机1,过滤器3,进风4,逆风5,室内机有压缩机6,冷凝器7,风机8等.

2.类型;单冷.热泵.柜式.壁挂.吸顶.风冷.

3.安装注意:

室内机与室外机间距离不大于5m为好,最长不超10m,高差不超5m

三.一台室外机两台或更多室外机型空调器

1.原理:

又称一机多式或一拖多,原理与一拖一类似,室外机大些,也可按热泵运行.

2.常见形式:

图7-4.5.67-4.一拖二.7-5两套独立,室外机合在一个机壳内,7-6一个一拖一.一个一拖二.

四.房间空调器的选择

1.目前市场上房间空调器状况:

品种繁多,品牌繁多,型号各异.功能多样,价格相差悬殊.性价比问题.

2.选择步骤:

1）.了解主要性能指标（制冷量.制热量.风量.输入功率.性能系数.噪音）并了解安装,使用,保养和维护方面的知识.

2）.根据房间功能,对空调要求,安装条件,气候条件选机型.单冷,热泵.立面影响,一拖一.一拖多,变频器.

3）.根据房间总冷量选空调气容量,住宅冷负荷70-100w/

间歇工作,可按120-140w/

选用.

§7-4.单元式空调机组

商业建筑和工业建筑中常用设备.

1.组成:

空气处理设备,制冷设备,风机和自控系统.

2.功能:

直接对空气加热,冷却,加湿，去湿

3.优点:

结构紧凑,占地面积小,能量调节范围广,调节方便,安装和使用方便,近年来被较高地用于中小型空调系统中.

一、HR-20热示式恒温恒湿空调机

1.工作原理:

图7-7,1）.夏季供冷,空气侧换热器6为蒸发器,水侧换热器2为冷凝器,一组风冷冷凝器为空气二次加热器8,利用了部分冷凝热量.

制冷剂流程:

压缩机1→四通换向阀10↗二次加热器8↘干燥器3→双

↘水侧加热器2↗

向膨胀阀4→空气侧换热器6→四通换向阀10→液体分离器5→压缩机1.

2）.冬季供热,这时空气侧换热器为冷凝器，水侧换热器为蒸发器.制冷剂流程为:

压缩机1→四通换向阀10→空气侧换热器6→双向膨胀阀4→干燥器3→水侧换热器2→四通换向阀10→液体分离器5→压缩机1.

2.技术指标与特点:

下夏季制冷量23KW,冬季制热量为14KW.用部分冷凝热量做再次加热，省电加热电能，节能冷却水消耗。

运行表明，用冷凝热量作用再次加热后,可达±1℃恒温要求。

系统中有液体分离器，可防止液击发生.

二.屋顶式空调机

1.类型：

大、中型单元整体式机组,制冷、加热、送风、空气净化，电器控制组装于一体,多交于屋顶,见图7-8.

2.组合段:

压缩冷凝段、蒸发过滤段、送风段三段.

3.特点:

1）.结构紧凑,自带冷凝,风冷，模块化设计,组合方便。

2）.结构上考虑了防雨措施,可不设遮雨及遮阳设施.

3）.自动化程度高

4）.自设减震装置

5）.制冷量大,制冷回路简单，可靠性高,冷凝器、蒸发器铜管铝片,K值高.

6）.不占房间有效面积

三、计算机房专用空调机组

根据计算机房特殊要求设计制造,分水冷与风冷机组,与普通恒温恒湿机组比,有如下特点:

1）.机组采用大风量（一般为恒温恒湿两倍）,提高蒸发温度,使送风焓差小,显热比大,适于机房湿负荷小的特殊要求.水冷式处理空气的焓差为8.5-9.9KJ/KS,每

/h风量与冷量（W）之比为1:

2.5-3.3.风冷式焓差为8-9KJ/KS,风量与冷量之比为1:

2.5-3.5.

2）.机组有初效和中效两级过滤器,满足洁净度要求.机房在静态条件下,空气含尘量为每升空气中大于或等于0.5

的尘埃粒子少于18000粒.

3）.机组常为下送风,上回风.机房送风大都从活动地板下部送风,顶部回风.上回风下送风形式,使机组安装简便灵活,投资少,占地少,还可以直接放入机房内使用.

4）.计算机可能全年连续运行,专用空调机组必须高可靠性,为此,机组通常设两套独立的制冷系统.

5）.自控送风温湿度的调节范围及精度为17-20℃±2℃,45%-65%±5%.

6）.为节能,有时机组设有自然供冷系统。

当室外气温低于1.6℃时,乙二醇自然冷却系统就可提供全部冷量.在1.6-18.3℃时,可提供部分冷量,减少压缩机运行小时数.

四.低温空调机组

1.用途:

有低温空调环境要求的场合.如感光器材,录音带,见教材贮藏，种子的贮存和培育,某些生产工艺过程.与常规空调机组在结构、流程和参数方面有较大差异,现以HD-9型低温空调机组为例,见教材P159

2.工作原理:

图7-9,制冷剂流程为:

压缩机1→电磁阀12→二次加热器7→冷凝器2→干燥过滤器3→热交换/集液器4

→膨胀阀5→蒸发器6→热交换/集液器4→压缩机1.

空气流程为:

过滤器16→蒸发器6→二次加热器7→风机8→送风11.

3.特点:

1）.小焓降大风量.

2）.蒸发器采用铜管串整体波纹铝片结构，管径16х0.75ｍｍ，铝片厚0.2-0.3ｍｍ，片距6ｍｍ，管子按三角形排列。

3）.采用全环风系统

4）.设有热气冲霜系统.当蒸发器霜层太厚时,蒸发器前后的微压差信号使电磁阀11开启,从压缩机出来高温高压气态制冷剂,积水加热器13进入蒸发器中加热融霜.部分蒸汽凝成的液体进入热交换/集液器4中,防止大量液体返回压缩机,但又保证油及液体少量返回压缩机,使返回液体吸收电机热汽化,避免液击,除霜完成,电磁阀11关闭,正常工作.

五.单元式空调机组选择设计要点

1.确定室内要求,计算冷负荷和湿负荷,确定新风量及新风负荷

2.根据用户实际条件与参数选择冷却方式-水冷或气冷;确定空调系统的集中程度-集中或分散;确定机组放量方式-机房式就地.

3.确定机组型号与号数.根据房间总冷负荷（包括新风）机h-d图上处理过程的要求,查机组特性曲线或性能表,确定机组容量与台数.使机组总冷量满足房间总冷负荷,总风量符合房间换气次数要求.

4.集中系统还需要进行气流组织,风量分配与风管道的设计计算风系统总阻力应小于机组给出的机外余压.余压不足,需另加风机,串联.对噪声有要求房间,要进行消声设计.

§7-5变制冷剂流量系统—VRV系统

20世纪80年代初,日本创立和采用VRV变制冷剂流量系统（VainableRefrigerantVolume）,代表单元式机组发展的新水平.

VRV系统优点:

1）.制冷剂直接冷却,单位质量传送的热量几乎是水的10倍,空气的20倍;

2）.可根据负荷变化,瞬间进行容量调整;

3）.横块式结构,组合灵活多变.克服集中式中空调风管断面大,占用机房面积,维修费高等缺点.

一.VRV系统的组成

1.组成:

室外机.室内机.制冷剂配管和反控制器件及系统.

2.变频控制K系列VRV系统:

图7-10分三个系列.热回收.热泵单冷型.

3.热回收系列:

可同时供冷和供暖,实现同时对周边区供暖和内区供冷,实现了回收内区的热量,室外机与室内机连接管路有三条—1根液体管和2根气体管（吸气和排气管）,通过RS装置将室外机液管,吸气管和排气管与室内机液管,气管连接.

4.热泵.单冷式:

有3种规格,分别最多可接8.13,16台室内机.室内机有壁挂.主式明装,主式暗装,卧式明装,卧式暗装,长式.

5.超级K系列VRV系统

图7-11为起级K系统VRV系统,室外机由2台或3台标准型室外机组合而成,其中1台变频,另1台或2台是恒速型.两台标准室外室外机系统.最多可接20台室内机,3台可接30台,（图7-11为3台标准室外机）

与K系列不同:

增加“功能机”,作用是连接所有室内机的液体,气体总干管再分别接到3台标准室外机上,并平衡各台压缩机压力和润滑油量.

图7-12为冷风型功能机与2台室外机连接的示意图,2台冷凝器出液管分别与功能机中的贮液器连接,由室内机的吸气管在功能机中分两路分别接到室外机的液体分离器.平衡管6平衡2台室外机排气压力,又是室外机润滑油互相转移的通络.当变频机油量超出时,压缩机将多余油压出电流阀V1到恒压机反之,通过V2转移到变频机中.

二.系统配管

图7-13给出热泵（或单冷）VRV系统制冷剂管路系统,注意各机间高程差.

配管方式有三种:

1.配管接头的分支连接方式.图7-14,通过制冷剂配管接头构成分支管网,将各室内机连接在同一制冷剂管道上,适用于垂直距离或水平距离较长的场所.

2.端管的分支连接方式,图7-15,通过制冷剂多分支端管,将各室内机连接,适用于有多室空调场所,还可灵活增加室内机.

4.配管接头与端管的结合分支连接方式，上述两种分支连接方式的组合，将图7-15中的a处接到7-14a处，适合房间布置较复杂场所

三．VRV系统的特点

1.设备少，管路简单。

节省建筑面积的方向。

风冷，制冷机直接进入室内。

不需冷却水及系统，设备，冷冻水系统及设备不需要庞大风道系统。

少占空间，可将低层高。

组合式室外机使制冷剂管道减少30%。

省70%管道井面积及空间。

室外机安在室外或屋顶，不占制冷机房。

不需要空调机房。

2.布置灵活，可根据建筑物用途不同负荷。

装饰风格选室内机

3.有显著节能效益。

变频机与恒速机组合，系统容量可在5%-100%。

如图7-16所识。

满足不同季节不同负荷要求。

同时使组合式室外机与室内机有更加匹配关系。

在低负荷运行，性能系数仍可达3.4左右。

室内机单独控制，不同房间不同速度，提高舒适性，避免集中控制能源浪费

4.运行管理方便，维护简单，有多种控制方式。

室内机可有线式无线遥控，单遥控双遥控，组控及中央控制，可联网楼宇自控。

其有故障自动诊断功能，使用风速简单维修。

5.经济效益显著，初投资较高，比一般中央空调高30%，单运行费用低，与风冷比年运行费用69.7：

100，总寿命成本市冷水机组系统的80%左右。

四：

新风输送方式

1．室内机自吸新风。

每层是整个建筑物设新风总管。

通过分支管与室内机相连，新风负荷由室内机承担。

不宜在寒冷的地区使用。

还应采暖措施。

防止当室内机停运时，室外空气侵入房间

2．利用可接风管的室内机处理新风送到每个房间

3．采用带有全热交换器的新风机组。

热回收用排气预冷（热）新风。

4．采用自带制冷机的专用分体式新风机组。

§7-6:

水环热泵空调系统

小型水/空气热泵机组的一种应用方式，用水环路将小型的水/空气热泵并联，构成一个回收建筑物内空气的热泵供暖，供冷的空调系统。

一．水环热泵空调系统的组成

图7-17原理图，由三部分组成

（1）室内水源热泵

（2）水循环路。

（3）辅助设备（冷却塔，加热设备，储热装置）

1．室内水源热泵机组，工作原理图7-18。

形式：

卧式暗装，立式暗装，立式明装，柱式。

屋顶卧式等。

2．水循环环路。

所有室内水源机组都并联在一个小环路系统上。

图7-17管道，仅可能同程。

若采用异程。

注意各支管压力平衡，闭式，防腐蚀

设置部件：

（1）定压，通常采用膨胀水箱，气体定压罐和补水定压。

（2）排水和放气

（3）补水

（4）水处理

（5）循环水泵及附件

根据需要，水源热泵可按供热工况进行，也可按制冷工况运行，可能出现图7-19所5种运行工况。

（1）夏季，各热泵机组都处于制冷工况，自环路释放热量，冷却塔运行，使水温降到35℃以下。

（2）大部风热泵机组制冷，使循环水湿度上升，到达32度时部分循环系统冷却塔。

（3）在一些大型建筑中，内区往往有全年冷负荷。

在过渡季，甚至冬季。

当周边区热负荷与内区冷负荷比例适当时。

排入水环路热量与从中提取的热量相当，水温维持在13-15℃，冷却塔与辅助加热装置停止运行。

考虑等量不可能每时每刻平衡。

没有蓄热容器。

暂存多于热量

（4）大部分机组制，循环水湿度下降。

达13℃时。

投入部分加热器。

（5）在冬季。

可能所有水源热泵均处于制热工况，全部辅助加热器投入运行，使循环水温不低于13℃。

3．辅助设备：

主要有：

排热设备。

加热设备和蓄热容器。

（1）排热设备：

除图7-17中闭式冷却塔外，还可采用普通开式冷却塔，但与水环路应间接连接（如图7-20）有充裕水资源的地方。

可直接利用水，如图7-21。

（2）加热设备，加热方法有两种：

一是利用水加热设备，常选用的有电热型锅炉，燃油（气）锅炉，水-水换热器，汽—水换热器等。

二是利用空气电加热器将热量直接加入到室内循环空气中，即将空气电加热量安装在水热泵机组，送，回风管中内或安装在机组内。

当环路水量不低于13℃时。

机组按热泵工况运行。

当水温≤13℃时。

热泵停运。

电加热器投入运行，加热室内空气，通过气温敏感元件控制加热量，调节室温。

当环路水温升至21℃时。

恢复机组运行。

（3）蓄热容器：

蓄热水使热量平衡，将低冷却塔和水加热器的年耗能量。

但冷却塔和水加热器容量不能减少，恶劣天气持续性要求按最大负荷运行。

上述方式主要优势有：

1.初投资低。

2.电加热器便于计量，便于单户计费。

3.节约建筑面积，省掉水的加热设备机房

4.采用外集中加热器，提高了系统的可靠性。

还可作为机组的备用或应急热源

二．水环热泵空调系统特点

1．调解方便，用户根据室外气候变化和各自要求。

在一年内任何时候可随意进行房间的供暖或供冷的调节

2．虽然是双管，但与四管制盘管一样可同时供冷供暖

3.建筑物热回收效果好。

适用有内区与外区的大中型建筑（同时供冷热暖）。

4.系统布置及凑，简洁灵活。

没有风管。

冷水、机组。

可不设定空调机房，增大使用面积有效空间，环路水管可不保温，减少初投资。

5.便于分户计量和记费。

6.便于安装和管理，热泵机组可在工厂组装。

减少工地的安装工程系统设备简单。

使安装方便。

启动于调整容易。

7.小型水源热量机组的性能系数低于大型冷水机组

8.制冷设备在空调房间内噪音大

9.设备费用高，维修工作量大。

三．水环热泵空调系统的控制

1.控制目的：

为确保系统安全，可靠和经济运行，在设计中要提出控制要求。

2.控制要求：

1）水源热泵机组的控制和保护

2）辅助设备（冷却塔，水加热设备，蓄热容器，循环泵的控制和保护

3）系统的控制和保护，具体自控设计可由建筑电器工程师完成。

3.机组的控制与保护:

控制与保护的功能：

供暖与制冷工况转换，室温设定，检测机组的运行状态（压缩机和风机状态，送风温度，区域温度）。

诊断机组的状态（出水温度，高压限制，传感器故障）停机后的保护启动，自动保护报警等，机组的控制与保护由厂家提供.

4.附属设备的控制

（1）冷却塔控制要求，通过检测水环路水温进行分级排热。

控制策略如下：

（a）环路水温升至29℃时，冷却塔风阀开启，运行自然对流排热。

（b）环路水温升至30℃时，淋水开始，利用喷淋水蒸发冷却排热。

（c）环路水温升至31℃时，风机低速运行，开始强破对流和蒸发冷却排热。

（d）环路水温升至32℃时，风机高速运行，加强排热。

（e）环路水温升至40℃时，高温指示灯亮，发出高温报警。

（f）环路水温升至46℃时，高温停机指示灯亮，使水源热泵机组停机。

对开式冷却塔的控制策略为：

a控制冷却塔的运行台数

b在冷却水供回水管上没电动阀，控制旁通阀的阀开度达到控制循环水供水温度。

注意冷却塔防冻保护。

（2）水加热设备的控制要求，

通过检测环路水温度（一般在10-20℃范围内）分级补热。

具体步骤如下

1环路水温降到13℃时，水加热设备投入运行。

2环路水温升到16℃时，水加热设备停止运行。

3环路水温降到7℃时，发出低温报警。

4环路水温降到4℃时，低温停机。

注意：

⑴当采用电加热器时，可对电加热分档投入。

⑵当采用燃气（油）锅炉时可对燃烧器燃料供应量和燃烧时可进行分组投入

（3）蓄热器的控制要求

通过三通阀来调节环路水和蓄热容量中水的混合比。

使回水环路水温保证设定水温以上。

（4）循环水泵的控制要求

①主循环水泵连续运行，当系统循环水流量不足时，备用水泵投入运行，水流量还不足，应停止运行，运行检查。

2循环水泵与所有水源热泵机组连锁

3正常情况下，可利用时间计算器，使主泵与备用泵交替运行，延长泵的使用寿命。

5系统的控制要求

（1）环路水温控制要求，

环路设计水温选图一般为10-35℃，通过检测水环路的感温器来保证环路设计水温，夏季由冷却带来控制。

冬季电加热设备控制。

（2）水源保护控制，

正常的设计水流量是系统可靠而安全运行的关键，因此要求水系统上设置水流开关和循环泵进出口处设置压差开关。

当测检水流减少时，自动投入备用阀，若水流量不能恢复，使热泵机组关闭。

四．混合式系统

水源热泵可设计成独立的空调系统（如图7-17）也可同其他空调设备共同组成新的空调系统，称为混合式系统。

如下

1.带冷水机组的水环热泵混合系统。

大型冷水机组的制冷性能系数（cop）要比水源热泵的cop值高，这样对于固定的或大量的冷负荷场所（内压），可选用大型冷水机组，而且对现有冷负荷又有热负荷的周边区，设水源热泵，如图7-22，运行能耗比单一水环热泵系统耗能少，冷水机组的冷凝热排入水环中，用于周边水源热泵的供热。

2.带单元柜式空调机组的水环热泵混合系统

为提高系统运行经济性，在内压设单元柜式空调机组，自内区供冷。

周边区设水源热泵，供热或供冷。

图7-23

五.外部能源

建筑内有大量余热时，通过水环热泵和用余热量，才能收到良好的节能效果。

但是目前我国各类建筑物的部负荷不大，内区面积小，常规空调热源又多为燃煤锅炉。

由于这两种情况，制约了水源热泵的应用。

解决途径，由建筑物外部引进新能源，替代余热太阳能、水、土壤、空气均可作为外部能源。

§7-7机组系统的适用性

1.一台机组服务一个房间是机组系统常见的应用方式。

自上世纪90年代起，分体式、单元式空调机开始进入民宅和工作、娱乐、服务场所，是住宅和布置分散的供冷与供暖的理想系统之一。

2.对较大空间，可考虑采用多台机组合用的机组式系统。

3.一拖多，可用于多居室或别墅以及中、小型办公楼等

4.基于机组系统特点，它适用于空调房间布置分散，使用时间要求灵活，无法设置集中式冷热源场合，还适用于旧建筑改造和工艺经常变更场合。

5.机组系统除满足民用外，还可广泛应用于有特殊功能要求的场合，具体解释见教材P171

6.水环热泵空调系统宜用在建筑规模较大场合，内压面积要大于或接近周边压，即两者冷热负荷相当，且平衡时间越长越经济。

若内区热负荷小或无热负荷时，只要有良好的外部热源（太阳能、工业用冷却水、井水、河水等），使用水环热泵，都会收到显著的节能效益和环保效益。

7.变制冷剂（VRV）系统是一种半集中式系统，适用于多房间的中小型建筑。

由于室内机不占机房，冷剂管路的管径小占空间小，安装方便，很适用于旧建筑的空调改造工程。