中央空调基础知识

中央空调基础知识

中央空调系统由一个或多个冷热源系统和多个空气调节系统组成，该系统不同于传统冷剂式空调(如单体机，VRV系统) ，采用集中处理空气以达到舒适要求。采用液体气化制冷的原理为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的热负荷；制热系统为空气调节系统提供所需热量，用以抵消室内环境冷暖负荷 。

简单的来说中央空调就是通过冷热源系统和空气调节系统调控楼宇室内空气温度、湿度、空气清洁度（新鲜风）等参数在一个设当的范围，以满足生活、办公等场所舒适度的一套联合机组。

有读者可能又会问什么是冷热源系统，空气调节系统，暂时我们先不过多讨论，你只需知道“冷热源系统”是给中央空调提供冷源和热源的机组，“空气调节系统”是将空气通过加湿、过滤等处理后输送到使用地点的设备。

1.1 热冷源系统的分类

1.1.1 按照能源方式分类

• 电制冷机组

• 溴化锂制冷机组

• 其他能源制冷机组

1.1.2 按照冷却方式分类

• 风冷机组

• 水冷机组

• 风冷热泵机组

1.1.3 按照压缩机的形式分类

• 活塞式压缩机机组

• 涡旋式压缩机机组

• 螺杆式压缩机机组

• 离心式压缩机机组

1.1.4 按照室内系统的不同分类

• 氟系统

• 水系统

• 空气系统

1.2 制冷机组的分类

中央空调使用的制冷机组有冷水机组和冷热水机组两大类，按其驱动力的方式不同，又可分为电力驱动的蒸汽压缩式机组，和热力驱动的溴化锂吸收式机组。

1.2.1 蒸汽压缩式机组

• 水冷式冷水机组

  • 容积式制冷压缩机

    活塞式、涡旋式、螺杆式

  • 离心式制冷压缩机

    由于离心机压缩机的结构和工作特性，它的输气量一般不小于2500m³/h。因此决定了离心式冷水机组适用于较大制冷量的场所，目前世界上最大的离心式冷水机组制冷量可达35000KW.

• 风冷式冷水机组

  风冷式冷水机组，是以冷凝器的冷却风取代水冷式冷水机组中的冷却水系统的设备（冷却泵、冷却塔、水处理装置、水过滤器和冷却水管路），适用于供水困难地区，风冷机可安装在室外空地或屋顶，无需建立专用机房。

  满负荷状态下耗电量大于水冷式机组，但由于风冷式冷水机组在室外干球温度下降时，耗电量可大大降低，实际运行状况表明，风冷式冷水机组和水冷式冷水机组全年运行耗电量基本相同，而设备保养方面水冷式冷水机组高于风冷式冷水机组，所以风冷式冷水机组总费低于水冷式冷水机组。

  • 活塞式

  • 螺杆式

  总结：冷水机组效率与冷凝温度有关，冷水式机组冷凝温度取决于室外湿球温度 ，对于湿球温度变化不大且较低的地区较适用，故适用于西北地区。风冷式机组冷凝器温度取决于室外干球温度，在室外干球温度下降时，可大幅降低耗电量，故风冷式冷水机组在南方地区应用较广。

• 风冷热泵式冷热水机组

  热泵型机组与单冷型机组相比，增加了一个四通换向阀，从而使制冷剂的流向可以进行冬夏转换，达到冬天制热夏天制冷的功能。

  • 水源热泵

  • 空气源热泵

  • 地源热泵

  • 太阳能热泵

  总结：风冷热泵型冷热水机组的供冷和供热量与环境温度有着密切的关系，当室外环境温度越低时，主机能效率比EER值下降，供热量也越小，而此时空调房间所需的热负荷反而加大，这是机组就无法满足要求，室外温度过低，也会导致开机困难，降低主机的使用寿命，因此不适用于冬季气温较低的地区。

1.2.2 吸收式机组

溴化锂吸收式机组可以提供冷水、供暖季用热水和生活热水，具有节电和无污染等优点。

• 溴化锂吸收式

  • 蒸汽型冷水机组

  • 热水型冷水机组

  • 直燃型冷热水机组

1.3 空气调节系统的分类

1.3.1 按空气处理设备的设置情况(集中程度)分类

• 集中式空调系统

• 半集中式空调系统

1.3.2 按负担室内负荷所用的介质分类

• 全空气式空调系统

• 全水(冷/热)式空调系统

• 空气-水式空调系统

• 制冷剂式空调系统

1.3.3 按被处理空气的来源分类

• 封闭式空调系统

• 直流式空调系统

• 混合式空调系统

1.3.4 其他分类

• 根据系统的风量是否固定，可分为定风量空调系统和变风量空调系统

• 根据系统主风管内的空气流速不同，可分为低速空调系统和高速空调系统

• 根据系统的控制要求不同，可分为一般性空调系统和恒温、恒湿空调系统

• 根据系统的用途不同，可分为工艺性(清洁)空调系统和舒适性空调系统

• 根据系统的风管数量不同，可分为单风道空调系统和双风道空调系统

1.4 空气调节机组的分类

空气调节机组就是将多种空气调节设备组合在一起，对空气进行加热、冷却、加湿、除湿等多种处理过程。

1.4.1 组合式空调机组(集中式)

组合式空调机组也称为装配式空调机，由各种空气处理装置段组装而成，装置段可包括：空气混合、均流、过滤、冷却、一次和二次加热、去湿、加湿、消声、热回收等单元体。

当组合式空调机组带有高、中效或亚高效空气过滤装置段时，被称为净化机组；当组合式空调机组风机风量可以调节时，被称为变风量机组；当被处理空气全部是室外空气(新鲜空气)，被称为新风机组。

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型号标记示例如下：

示例1：ZKL 5-X，表示立式新风机组，额定风量5000m³/h。

示例2：ZKW 10-T，表示卧式通用机组，额定风量5000m³/h。

示例3：ZKD 20-X，表示吊顶式新风机组，额定风量5000m³/h。

额定风量是指在标准空气状态下，单位时间通过机组的空气体积流量，单位为 m³/h或 m³/s. 标准空气状态是指温度20℃、相对湿度65%、压力101.3KPa、密度1.2kg/m³时的空气状态。

1.4.2 整体式空调机组(集中式)

整体式空调机组也是集中式全空气空调系统的空气处理机，它将各种空气处理设备额风机组装在一个箱体内，只要从外部供应冷、热源和电源，就能够完成空气的混合、过滤、加热、冷却、加湿、减湿等。

• 立式空调机组

立式空调机组为一次回风系统的空气处理机，按照使用对象不同，可分为普通机组和净化机组两类。对于某些公共建筑，例如餐厅、购物中心、大堂等，由于机房面积紧张，不便使用组合式空调，而房间的层高满足时，也可采用立式空调机组作为全空气系统的空气处理机，但需处理好消声减震问题。

• 柜式空调机组

柜式空调是由一台或多台离心风机与空气过滤器、空气换热器等组装在一个箱体内构成的空气处理机，按机构可分为立式、卧式、吊顶式。由于它结构紧凑、安装方便，处理空气的功能虽然不如组合式空调机组和立式空调机组那样全面，但在夏天以降温为主、对空气温、湿度或洁净度要求不高的场所广泛应用。例如宾馆、商场、机场、医院等大、中型公共建筑内。此外，柜式空调机组常被作为风机盘管加新风系统的新风处理机。

1.4.3 风机盘管机组(半集中式)

风机盘管机组简称风机盘管，它是由风机、换热器及过滤器等组成一体的空气调节设备，是空气-水空调系统的末端装置。风机盘管加新风空调系统是目前我国多层或高层居民用建筑中采用最为普遍的一种空调方式。它具有噪音较小、可以个别控制、系统分区进行调节控制容易、布置安装方便、占建筑空间小等优点，目前在国内外广泛应用于宾馆、公寓、医院、办公楼等高层建筑物中，而且其应用越来越广泛。

• 卧式

• 立式

• 壁挂式

• 卡式(嵌入式)

图文介绍

风机盘管工作原理

风机盘管种类

立式风机盘管

卧式风机盘管

卡式/嵌入式

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在中央空调系统中，需要通过水作为载冷剂或冷却剂来实现热量的传递，因此水系统是中央空调系统的一个总要组成部分。中央空调水系统宝库冷媒水和冷却水系统。

1.51 冷媒水系统

1.5.1.1 冷媒水系统组成

在空调制冷系统中，除直接蒸发式制冷装置外，常以水作为载冷剂传递和输送冷量，称为冷媒水，简称冷水。冷媒水在制冷机组的蒸发器中与制冷剂进行热交换，向制冷剂放出热量后，通过水泵和管道输送至各种空气调节处理装置中与被处理的空气进行热交换，释放出冷量后的冷媒水回水，又经泵和管道返回到制冷机组的蒸发器中，如此的循环构成冷媒水系统。

PS:很多人可能疑问什么是直接蒸发式制冷装置，直接蒸发式空调系统是油多台风冷直接蒸发式风管机和组合式空调机组组合而成，即将多个冷凝器布置在组合空调机组中，替换原来的表面式冷却器。通俗的讲，此系统不需要制冷机房和水系统，其显著特点在于“直接蒸发“：既以制冷剂或空气作为能量载体，与室内空气直接进行换热交换。如我们家用空调、VRV空调系统、直膨式空调机组、单体机等都属于直接蒸发式。

1.5.1.2 冷媒水系统的分类

空调水系统的分类方法很多，按照管道的布置形式和工作原理，一般可归纳为以下几种类型：

一、按照原理可分为：

• 开式系统

  开式系统即开放式管路水循环系统的简称，通常为用喷水室处理空气的空调系统或设置蓄冷水池的空调系统，该系统不是封闭的，有喷水室或蓄冷水池与空气相通，并会引起水量的变化。

  优点：用喷水室处理空气时适应范围比较大，采用蓄冷水池是利用其蓄冷能力，以减少冷、热源设备的开启时间，削减负荷峰值，达到部分节能或减小设备装机容量的目的。

  缺点：水易受污染，产生水垢，影响换热效果，与空气接触过后的水含氧量高，管道和设备易腐蚀，使用寿命减低，换热的末端装置与制冷机房或锅炉房高差较大时，水泵需克服高度差造成的静水压，使水泵扬程增大，耗电较多，当回水不能自流到制冷机房或锅炉房时需增加回水泵。

开式系统

• 闭式系统

  闭式系统即密闭式管路水循环系统的简称，该系统中的水是封闭在管路中循环流动的，不与大气接触，不论水泵是否运行，管道中都充满了水。为次，闭式系统通常在系统的最高点以上设置开式膨胀水箱，或在循环水泵入口接膨胀水罐定压，一方面能使整个系统中保持充满水的状态，并保持一定的系统压力；另一方面能使系统中的水在温度变化时有体积膨胀的余地。

  优点：管路系统中不易产生污垢和腐蚀，水泵的扬程只需克服循环阻力，而不用考虑克服系统的静水压力，从而水泵扬程小，耗电较少，不用蓄水池，回水不需要另设水泵，因此系统简单，一次投资比较经济。

  缺点：蓄能能力小，低负荷时冷热源设备启停频繁，膨胀水箱一定要装在系统的最高点，且补水有时需另加加压水泵，膨胀定压水罐的安装高度虽然不受限制，但必须配加压水泵。

闭式系统

静水压力：在水力学中，把静止液体对相邻接触面所作用的压力称为静水压力，用P表示。单位：N

闭式系统和开式系统，不是指系统是否和大气连通，而是指传输过程中，水供回过程中的压力是否是连贯的，是否受外界大气压力影响。

相信很多人都会困惑为什么开式系统需要考虑静水压力而闭式系统不需用考虑静水压力，其实本人对关于开式系统和闭式系统是否需要克服静水压力也是很困惑，随即翻阅大量给排水资料，最后得出结论，闭式系统静水压力为0，不需考虑静水压力，而开式系统需要考虑静水压力且其静水压力大小和换热末端装置与制冷机房的高差有关，高差越大，静水压力越大，使水泵的扬程增大，耗电越多。首先前面我们了解了静水压力的概念，下面来说闭式系统为什么不用考虑静水压力，因为闭式系统整个管道是充满水的，水泵出水口和进水口管道中不存在2个液面，没有液面差，所以静水压力为0，也就谈不上水的提升高度，水泵的扬程只是消耗在克服管路系统阻力上了。如果还是想不明白回忆一下初中物理中的连通器，想想水力学的知识。这个想明白了，我们将一下开式系统的静水压力，众所周知一般冷却水系统为开式系统，那么我们就用冷却水系统来举例吧，一般的冷却塔上部进水，下部是水盘。当水泵将冷却水输至系统最高点（冷却塔进水口）并送出管道以后，水压立即下降（和大气压一致），然后下落至水盘。在这个过程中，水力输送的压力传递过程被打断（供水压力和回水压力之间无直接联系）。系统存在两个不同的液面高度，其高差就是冷却塔进水管出口到水盘之间的高差，形成静水压力。水泵的实际扬程，非但消耗在系统管路阻力上，也消耗在提升水位高度上（水从冷却塔水盘被提升到冷却塔进水口）。相信很多人又会说，你前面的结论不是说是静水压力和换热末端装置与制冷机房的高差有关吗，这不是相互矛盾了。其实你想一下把冷却水系统的冷却塔换成开式系统中的末端装置喷水室，喷水室设在5楼时候假设水泵扬程需要克服的静水压力为0.1公斤(1.5-1.4)，设在50层时静水压力为1公斤(15-14)，所以结论就是静水压力的大小和换热末端装置与制冷机房的高差有关，且多层建筑如选用开式系统时存在多个喷水室，形成多个液面差，水泵的扬程要增大很多，所以高层宜采用闭式系统。

PS：随着国外技术的发展和节约能耗要求一般采用开式系统，国内通常采用闭式系统。

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二、按供、回水管道数量分为：

• 双管制

  对任一空调末端装置——自身不带冷(热)源的非独立式空调设备，只设一根供水管和一根回水管，夏季供冷水、冬季供热水，这样的冷(热)水系统，称为双管制系统。

  双管制的优点结构简单，初期投资少；而缺点是过渡季节同一系统朝向不同的房间或其他要求较高的房间，有些需要供冷，有些需要供热，不容易全面得到满足。因此，双管制系统适用于夏季供冷、冬季供热的季节性空调系统，或仅要求按季节变化统一供冷或供热工况转换的全年使用的空调系统。

• 三管制

  三管制系统由一根供冷水管、一根供热水管和另一根回水管构成，三管制虽然能同时满足过渡季节部分房间供冷或供热的需求，但由于同时使用同一根回水管而存在冷量和热量的相互抵消，造成能源的浪费，因而很少采用。

• 四管制

  对任一空调末端装置，设有两根供水管和两根回水管，其中一组用于供冷水，另一组用于供热水，这样的冷(热)水系统称为四管制系统，采用四管制的空调机的换热器，一般有冷、热两组盘管。采用四管制初期投资高，但惹利用建筑物内部热源的热泵提供热量时，运行很经济，并且容易满足不同房间的需求。对于舒适度要求高的建筑物可采用四管制系统，一般建筑物宜采用双管制系统。

  

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三、按调节方式不同分为：

• 定水量

  定水量系统中的水量是不变的，它通过改变供回水温差来适应房间负荷的变化。这种系统各空调末端装置，采用受设在空调房间内的温控器控制的电动三通调节阀调节。定水量系统特点是结构简单，操作方便，不需要复杂的自动控制装置，但是由于系统输水量是按照最大空间负荷来确定的，因此循环泵的输送能耗总是处于 最大值，造成部分负荷时运行费用大。定水量系统适用于只有一台冷水机组和一台循环水泵的大面积空调系统，体育馆、影剧院、展览馆、报告厅等间歇性使用的空调系统。

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• 变水量

  变水量系统是通过改变空调负荷侧的水流量来适应房间负荷的变化。这种系统各空调末端装置，采用受设在空调房间内的温控器控制的电动二通调节阀调节。变水量系统中，水泵的输水量随负荷变化而变化，其能耗在部分负荷运行时随负荷的减小而降低，降低了系统运行的成本。变水量系统适用于设置两台或多台冷水机组和循环泵的空气调节系统，其必须设置相应的自控装置。

  

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四、按循环水泵的设置情况分为：

• 单式水泵供水系统

  冷（热）源侧与负荷侧合用一组循环水泵。

  特点：单式泵系统简单，初投资省。但是不能调节系统流量，在低负荷时不能减少系统流量以节约能耗。常用于小型建筑物的空调系统中，不能适应供水半径相差悬殊的大型建筑物的空调系统中。

  如果负荷侧采用三通调节阀调节，结合前面的定流量和变流量所说，属于单式水泵定流量水系统。但是如果采用两通阀，属于单式水泵变流量水系统，那么系统中的水流量将会减少，为了防止流过制冷机的水量过少，以致发生故障，应在供回水干管间设置旁通管路。在旁通管路上应安装上两通调节阀，当负荷侧需要的流量小于冷源设备的流量时打开旁通管路上的阀门以取得流量的平衡。

  ps：因为冷水机组的流量我们要求基本恒定的。但从另一方面，从末端设备的使用要求来看，用户侧要求水系统变化量运行以改变供冷（热）量的多少。这两者构成了一对矛盾，解决此矛盾最常用的方法是在供回水管上设置压差旁通阀，其工作原理是：在系统处于设计状态下，所有设备都满负荷运行时，压差旁通阀开度为零（无旁通水流量），这时压差控制器两端接口处的压力差（又称用户侧供回水压差）即是控制器的设定压差值。当末端负荷变小后，末端的两通阀关小，供回水压差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，由于旁通阀与用户侧水系统并联，它的开度加大将使供回水压差减小直至达到时才停止，部分水从旁通阀流过而直接进入回水管，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，末端设备的调节阀关闭或关小，系统管网阻力升高（阻力特性曲线上扬）导致供回水压差增加（水泵工作扬程增加，流量下降），确定压差一般采用最不利配水点来测定，使水系统能满足最不利供水需求，中央空调实际运行数据显示循环水泵的能耗占比在15%-20%左右，所以压差的设定值很关键。

• 复式水泵供水系统

  冷（热）源测与负荷侧分别配备循环水泵。

  特点：复式泵系统可实现水泵变流量(冷热源侧设置定流量，负荷侧设置二次水泵，可调节流量)，节约输送能耗。能过适应空调分区的负荷变化。适用于大型的空调系统。