中央空调系统组成与设备管理.docx

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中央空调系统组成与设备管理

中央空调系统组成与设备管理

1.中央空调系统

中央空调系统由主机和末段系统组成。

按负担室内热湿负荷所用的介质可分为全空气系统、全水系统、空气-水系统、冷剂系统。

按空气处理设备的集中程度可分为集中式和半集中式。

按被处理空气的来源可分为封闭式、直流式、混合式（一次回风、二次回风）。

主要组成设备有空调主机（冷热源）、风柜、风机盘管等。

2.户式中央空调系统

1）风管机

一台定频室外机和一台定频室内机，通过风管把冷热风送至每个房间，可方便将室外新风引入；对空气进行加湿等集中处理也比较容易，是廉价的机器；若设计合理，每个房间的噪声仅增加1~3dB,卧室不必吊顶，每个房间在可高于主温控制器设定的温度以上，对温度进行控制；可以有一定比例的能量转移，达到节能及加快空调冷热速度的效果。

室内机局部噪声较大，根据现场不同的安装条件，实测在42~51dB之间，对设计及安装要求很专业。

2）定频多联机

把分体空调集中到一个室外机中，最多一拖三里面有三台压缩机，冷媒系统各自独立；把明装壁挂室内机改变成暗藏式；引进新风困难，是分体空调的一种变形，卧室内风机噪声由低到高要增加7~14dB，最高达50dB。

每个卧室需增加长1.2m以上，宽0.66m，高0.3m的吊顶，另需设检修孔；每个内机都须有排放冷凝水的管路。

冷媒系统独立，但电路部分有共用点，如发生室外分机、室外机温度探头、压力保护或电器出现局部短路等故障时，整套机器将无法运行。

3）定、变频一托多

其中有1~2台变频压缩机或另外1台定频压缩机，电路上有射频干扰，对计算机有影响。

检修孔新风引入吊顶与冷凝水与多联机相同；对氟管的分支器要求设计合理；上、下层共用1台机器，管路要求更高；在全开启时容易出现末端内机效果太差的情况。

4）定频冷热水机或变频冷热水机

大型中央空调的缩小，冷凝器由水冷变风冷；用水泵将冷热水送至风机盘管；引入新风、检修孔、吊顶冷凝水排放、噪声指标与多联机相同；但又增加了冷热水管；由于温度差很大，密封问题突出，出现漏水对装潢的破坏较大。

另外，大型中央空调蒸发器都需要定时清理和酸洗，家用冷热水机对此问题目前还无更好的解决手段，若长期使用，冷热交换器的效率将大打折扣。

如能与中央水处理系统结合，可克服上述缺点。

单独房间使用空调，其他房间风机盘管有冷热水管流过，也会产生能耗，现较流行采用电磁水阀来关闭水路；除去造价上的因素外，还会使局部水流速过高，产生噪声增大的问题。

3.商用中央空调系统

1）单冷式

将室内热湿空气吸入，经蒸发器将其中的水蒸气冷凝，然后将干燥、凉爽的空气送入室内，起到降温、降湿的作用。

2）冷热式

既能降温、降湿，又可制热、取暖。

制热方式可分为热泵式和电热式。

当使用热泵式空调取暖时，室外空气温度在5℃以上才能正常工作。

3）窗式

窗式商用中央空调系统是空调制冷、通风、控制系统的组合体。

4）移动式

它与窗式空调器的区别是采用冷水方式，冷凝水通过软管排出，可以在室内随意移动，不用安装。

5）分体式

它由室内机箱和室外机箱组成，室外机组合了制冷系统中的压缩机、冷凝器和轴流风机等。

6）变频空调

它是由计算机控制的变频器和变频压缩机组成的，它运用变频控制技术，使空调机根据坏境温度自动选择制冷、制热和除湿运转方式，使居室内短时间内迅速达到所需要的温度，并在低转速低能耗状态下以较小的温差波动，实现快速、节能和舒适的控温效果。

7）水冷式

由室内盘管，室外机可以是水冷螺杆或冷却塔冷却（这种也属于单冷式）。

8）风冷式

室内盘管，室外机是风冷螺杆或模块机组。

按服务对象不同，中央空调还可分为舒适性空调和工艺性空调。

舒适性空调通常应用与家庭或共用场所；工艺性空调通常应用于工厂、实验室等对空气又特殊要求的场合。

2.1中央空调系统

中央空调系统主要由制冷压缩机系统、冷媒循环水系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成。

制冷压缩机组通过压缩机将制冷剂蒸汽（如R134a、R22等）压缩、冷凝成液态后送到蒸发器中，冷媒循环水系统通过冷媒水泵将常温的冷媒水泵入蒸发器盘管中与制冷剂进行间接热交换，这样原来的常温冷媒水就变成了低温冷媒水，冷媒水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的。

制冷剂在蒸发器中充分吸收热量过程完成后，再被压缩机将冷剂蒸汽压缩送到冷凝器中去冷却到常压状态，并在冷凝器中释放热量，其释放的热量通过循环冷却水系统的冷却水带走。

冷却循环水系统将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后，再将这已变热的冷却水送到冷却塔上，由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷，与空气之间进行充分热交换，使冷却水变回常温，以便循环使用。

在冬季需要制热时，中央空调系统仅需要通过冷热水泵（再夏季称为冷媒循环水泵）将常温水泵入蒸汽热交换器的盘管，通过与蒸汽的充分热交换后再将热水送到各楼层的风机盘管中，即可实现向用户提供供暖热风。

中央空调系统主要由以下几个部分组成：

1.冷水机组

冷水机组是中央空调的“制冷源”、“心脏”，通往各个房间的循环水由冷水机组进行“内部交换”后，降温为“冷媒水”。

2.冷却水塔

冷却水塔用于为冷水机组提供冷却水。

3.外部热交换系统

1）冷媒水循环系统

由冷媒水泵及冷媒水管道组成。

从冷水机组流出的冷媒水由冷媒泵加压送入冷媒水管道，在整个房间的风机盘管内与热空气进行热交换，带走房间内热量使房间内的温度将下来。

2）冷却水循环系统

由冷却水泵、冷却水管道及冷却塔组成。

冷水机组进行热交换的同时，必将释放大量的热量。

该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。

冷却水泵将升温的冷却水送入冷却塔，使之在冷却塔中与空气进去热交换，降低冷却水的温度，再送回到冷水机组。

如此不断循环，带走了冷水机组释放的热量。

4.冷却风机

1）室内风机

安装于所需要降温的房间内，用于将由冷媒水冷却了的空气吹入房间，加速房间内的热交换。

2）冷却塔风机

用于降低送到冷却塔的水温，加速将“冷却水”带回的热量散发到空气中去。

中央空调工作系统构成图2-1所示；中央空调工作系统构成实物演示图2-2所示。

2.1.21.空气处理系统

空气处理机是用于调节室内空气温度、湿度和洁净度的设备。

它包括满足热湿处理要求用的空气加热器、空气冷却器、空气加湿器；净化空气用的空气过滤器；调节新风、回风用的混风箱及降低通风机噪声用的消声器。

空气处理机组均设有通风机。

根据全年空气调节的要求，机组可配置与冷热源相连的自动调节系统。

空气处理机是系列的定型产品，组成各种容量和功能的处理段，由专业人员选配，并在现场进行装配。

一般容量较大（风量大于5000M?

／h）,故不带独立的冷热源。

新风机组主要针对室外新风的状态点进行处理，而空气处理机组主要针对室内循环风的状态进行处理。

与风机盘管加新风系统及单元式空调器相比，空气处理系统具有处理风量大、空气品质高、节能等优点，尤其适用于商场、展览管、机场等人流量大的空间。

空气处理系统系统工作原理图如图2-3所示。

通风机通过送回风管对整个空气进行循环处理，污染的空气通过通风机吸入中央处理室进行处理，依次为；可清洗防尘网、初效过滤器、高压静电场。

同时室外新风经过全热交换器进入中央空气处理室，室内部分污染的空气经过全热交换器排出室外。

2.风机盘管

风机盘管时中央空调理想的末端产品，风机盘管广泛应用于宾馆、办公楼、医院、科研机构等。

风机将室内空气或室外混合空气通过表冷器（盘管）进行冷却或加热后送入室内，使室内气温将低或升高，以满足人们的舒适性要求。

1.风机盘管的工作原理

风机盘管的工作原理图如图2-4所示。

风机盘管是空调系统的末端装置，其工作原理是风机不断地循环所在房间的空气，使空气通过冷水（热水）盘管后被冷却（加热），以保持房间温度的恒定。

通常，新风是通过新风机组处理后送入室内的，以满足空调新风量的需要。

2.风机盘管的结构特点

风机盘管机体结构紧凑，坚固耐用，通常采用优质镀锌板机壳，冷凝水盘采用模压工艺一体成型，无焊缝、焊点，符合防火规范的保温材料整体连接于水盘。

风机盘管能耗低，风机与换热器合理匹配，三档可调风量使风机耗能量最经济。

由于这种采暖方式只基于对流换热，而致使室内达不到最佳的舒适水平，故只适用于人们停留时间较短的场所，如办公室及宾馆，而不适用于普通住宅。

由于增加了风机，提高了造价和运行费用，设备的维护和管理也较为复杂。

3）风机盘管控制方式

风机盘管控制多采用就地控制方式，分简单控制和温度控制两种。

①简单控制

使用三速开关直接手动控制风机的三速转换与启停。

②温度控制

温控器根据设定温度与实际检测温度的比较、运算，自动控制电动两／三通阀的开闭来控制风机的三速转换，从而通过控制冷媒水系统水的流量或风机的风量达到恒温的目的。

2.1.4空调冷媒水系统的压差旁通控制

空调系统的压差旁通阀，是用在冷水机组冷媒水系统的集水器与分水器之间主管道上的。

如图2-5所示为冷水机组冷媒水系统的压差旁通阀安装位置示意图，其原理是通过压差控制器感测集水器与分水器两端水的压力，然后根据测试到的压力计算出差值，再由压差控制器，根据计算出的差值与预先设定值进行比较决定输出方式，以控制阀门开度，从而来调节冷媒水的水量，以达到平衡冷水机组冷媒水系统的水压力的目的。

冷媒水系统压差旁通控制原理图如图2-6所示。

在冷媒水系统处于设计工况下，当所有设备都满负荷运行时，压差旁阀开度为零（无旁通水流量），这时压差控制器两端接口处的压力差Ρο即使控制器的设定压差值。

当末端负荷变小后，末端的两通阀开度减小，供回水压差Ρο将会提高而超过设定值，在压差控制器的作用下，旁通阀将自动打开，部分水从旁通阀流过而直接进入水管，与用户侧回水混合后进入水泵和冷水机组，这样通过冷水机组的水量是不变化的，避免了因冷冻水流量减小导致的危险。

一般情况下，为了能使冷媒水循环水泵都能在稳定的状态运行，这就要使用旁通阀，使其负荷在发生变化时，冷媒水循环水泵都能在稳定的流量下运行，而不会导致电动机的工作电流不断变化，防止电动机的使用寿命缩短或烧毁。

2.1.5工位空调

从事室内工作的人待在室内的时间为全天的80％，在办公室里，每个人都有工作的小坏境，而能否保证舒适、健康的小坏境对工作人员来说是非常重要的。

由于建筑物的使用目的、办公室布置的改动、热负荷以及个人特征（着衣狀况、作业性质、年龄、性别）和舒适性要求不同，使传统的集中空调方式很难满足每个人的要求。

另外，提高能源的有效利用越来越受人们的关注，这也符合可持续发展的要求。

因此满足良好的室内坏境的同时，节约利用能源是设计人员努力的方向。

办公人员呼吸到的大部分空气品质来自于呼吸区域（呼吸区域一般指的是距地面1.0~1.8m之间的区域），呼吸区域的空气品质的好坏直接影响到办公人员的身心健康，而其他区域的空气品质对办公人员的影响则相对较小。

这样能在保证良好的呼吸区域内的空气品质的前提下，达到节约能源的目的。

在这样的背景下出现了工位空调概念，以工作台为单位形成个人的工作区域，把空调系统细分到每个工作台上，控制工作区域内温度、湿度和产生的污染源，在保证工作区的小环境的同时有效利用能源的空调系统称为工位空调，如图2-7所示为工位空调示意图。

它有良好的气流组织，避免各区域空气的彼此流动，保证呼吸区域内的空气品质。

例如办公室中安装在每个工作台上的风机盘管系统或隔板系统。

一下将日本对工位空调系统的研究与应用情况进行简单的介绍，以便读者了解空调系统的发展前沿。

1.工位空调系统的分类及特点

1）分类

从送风方式来分，有地板工位送风系统、工作台或隔板工位送风系统和顶部工位送风系统。

从热源来分，有集中式热源系统和分散式热源系统。

集中式热源系统又根据介质的不同，分为全空气系统和冷热水系统。

2）地板工位送风系统

如图2-8所示，地板工位送风系统与传统的地板送风系统的区别在于地板送风系统的送风口是从整体考虑均匀分布于房间里，而地板工位送风系统的送风口安装位置在每个人的附近，承担小环境的负荷，个人可调节送风量和送风方向。

没有工作背景区之分。

3）工作台或隔板工位送风系统

工作台或隔板送风系统形成工作区小环境，只设置工位空调来解决房间热负荷时，每单元所需容量过大，有时会出现房间中空调运行状态不均的情况，很难创造舒适的环境，工位空调和背景空调的组合系统较为理想，它能较好地解决背景区和工作区的气流组织和温度分布，减少吹风感的产生。

4）顶部工位送风系统

送风口位置设在人的头顶附近，从上往下形成工作区环境。

可调节送风方向和送风风量。

2.工作台送风系统

工作台送风系统可采用全新风系统或回风系统，气流组织一般冷空气从上送风口送出，热空气从下送风口送出。

为更好地形工作区域，对工作台的形状（隔板的高度、有无侧面座、送风风量、送风风速等）进行实验。

得出了以下几点结论，然后设计出理想的工作台形状。

（1）供冷实验中，增大送风量，隔板以下区域的温度变化不明显，隔板以上区域当风量从2.5m³/min变化到5.0m³/min时温度下降的幅度多少有点增加，合适的送风量为2.5m³/min。

供热实验中，风量为1.0m³/min时有些少，在2.5~5.0m³/min之间变化不大。

综合考虑，合适的送风量为2.5m³/min。

（2）在改变风速的供冷实验中，隔板上下区域，送风风速为1.5m/s和1.3m/s时，温度下降幅度最大，当风速增大到2.5m/s和3.1m/s时，温度下降幅度反而减小。

供热实验中，风速最大时可达到2.0m/s，但温度没有上升，从这一结论来看，送风风速在1.0~1.5m/s时温控效果最佳。

（3）改变侧面座的供冷实验中，侧面座的高度越高则越容易形成工作区，但在供热实验中，有无侧面座的差别很大，但有侧面座时与侧面座的高度没有太大的关系。

从供冷角度来看，侧面座高度应与正面座高度相等。

（4）冷风从上部送出，冷送风口设在上部；热风从下部送出，所以热送风口设在下部。

而排风口位置的设置应从房间整体来考虑，无须设在桌面上。

（5）设置人体模型的供冷实验中，有人体模型时温度下降幅度不大，从而可以认为以上做的实验即使有人体模型，也会得出相同的结论。

3.隔板送风系统

工作台或隔板工位送风系统如图2-9所示。

隔板送风方式中，隔板上的送风口直接把新风送到呼吸区域，进行实验模式，主要从空气年龄和通风塔送风量以及考虑工作台吸烟情况时的污染物浓度方面进行研究。

空气年龄用SVE3值表示。

得出了以下几点结论：

①新风直接送入呼吸区时，呼吸位置的SVE3值约为新风混合空调机方式的60％。

②通风塔送出的新风量从30m³/h·人减少到20m³/h·人时，呼吸位置、人体周围以及室内空间的SVE3值差别不大。

③新风直接送入呼吸区时，呼吸位置的污染物约为新风混入空调机方式的70％。

④从SVE3和污染物浓度分布的比较来看，隔板上的送风口直接把新风输送到呼吸区，从呼吸区的空气品质和节约能源角度来看是可行的。

4.写字楼内加辐射板的工位空调系统的应用举例

日本1990年5月建成的神户大厦的第七层客户服务中心，引入了工作台送风和地板送风的工位空调系统。

系统参数表见表格

地板送风空调系统使工作区温度分部均匀，工作区以上温度分布呈阶梯上升。

这比房间温度分布均匀顶部送风系统节约能源。

送风通道采用地板架空的方式，架空的高度为150mm。

双重地板间作为冷热风通道，这样办公室布置变化和空调系统的改动十分方便。

地板面积

325㎡

带扩散器的辐射空调工作台

42席

地板送风口

45个

带扩散器的辐射空调背景

2个

下送风薄型空调机（风量75m³/min台）

5台（其中1台放在周边区）

地板架空高度

150mm

热负荷

人员

30人（50人）

照明

51W/㎡

机器发热

27W/㎡（37W/㎡）

工作台隔板上设计上送风口和可自由调节的格棚百叶口。

当开百叶口时，横向送出的冷风降低人体周围温度；当关闭百叶口时，冷风从上送风口送出，不直接吹到人体身上，工作区温度提高。

自由地调节风量、风向的百叶送风口实现了工位化。

另外，为了提高隔板的辐射效果，隔板用钢板材料制成。

隔板座的冷却效果明显，它能直接阻挡设备对人体的热辐射，可适当提高工作台的送风温度，降低送风温差，减少吹风感的产生。

该工位空调系统的特点如下：

⑴辐射效果：

工作台隔板进行辐射换热，形成了高效的辐射空调。

⑵工位化：

调节工作台上的百叶可实现工位化空调。

⑶节约能源：

工作区上部温度呈阶梯分布。

⑷灵活性：

不需要配管，工位空调的位置改动比较容易。

为实现均匀送风，架空地板的高度经过模拟试验确定为150mm。

从现场实测的结果来看，没有出现风量不平衡的情况，因此不需要提高架空的高度。

工位格棚百叶开度的不同引起的温度分布变化，以及地板送风方式引起的阶梯型温度分布，这两个因素共同影响了室内垂直温度分布。

用光散乱式粒子计数器来测量空气中的粉尘个数，房间粉尘数（26700个，禁烟，0.5um以上的平均值）是一般空调房间（146800个，可吸烟，0.5um以上的平均值）的20％一下。

地板送风方式也不会大量增加灰尘个数。

对办公室里的人员进行了热感觉和热舒适性的问卷调查。

热感觉的调查结果集中在“稍凉”到“稍暖”的区间内，热舒适性的调查结果集中在“舒适”和“中性”两项里，人们对室内环境比较满意。

对局部冷热感的调查中并没有发现因使用工位隔板直接送风引起人体下部过冷而感到不舒适的情况。

用格棚百叶来调节工作区送风量，热感觉值在1~2等级内变化。

目前地板工位送风系统比较多，而工作台送风和顶部工位空调系统还在研究当中，如何组织好工作台气流，在不影响工作的前提下创造良好的小环境。

送风温度、送风量以及连接方式等很多问题尚未明确。

目前工位送风系统的初投资比集中空调系统大。

国内认为地板送风方式会增加房间的粉尘量，但能否采取适当措施，利用地板送风方式需要进一步研究。

以上由深圳市宝成制冷设备有限公司编辑