冷剂式空调系统

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1、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.

2、 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 2.53.机组不能按室外气象参数变化和室内负荷变化实现全

3、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7116.3KW常见制冷量为23KW和35KW.2. 窗式:全部设备装在箱内，冷量1.57KW.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

4、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2025C,精度1C,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2427C, 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

5、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f过滤器f蒸发器X 离心风机/逆风f室内室外新风f新风阀8/X排风阀9f室外2

6、) .制冷循环路线:压缩机1-冷凝器2 f毛细管4-蒸发器3-压缩机12. 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:

7、 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 7-4.5.6 7-4. 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

8、量选空调气容量，住宅冷负荷70-100w/ m 2间歇工作，可按120-140w/ m 2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 f四通换向阀10/二次加热

9、器8、干燥器3f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 1C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

10、、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

11、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 m 3/h风量与冷量(W)之比为1:2.5-3.3.风冷式焓差为8-9 KJ/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 m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)

12、.自控送风温湿度的调节范围及精度为17-20C2C,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1.6C时，乙二醇自然冷 却系统就可提供全部冷量在1.6-18.3C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P1592. 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 f膨胀阀5-蒸

13、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16x 0.75mm,铝片厚0.2-0.3 mm,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

14、,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

15、设计.7-5变制冷剂流量系统一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(Vainable Refrigerant Volume), 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

16、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

17、”，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，

18、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

19、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

20、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

21、）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

22、降到35C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13-15C，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13C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 13C。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

23、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 C时。机组按热泵工况运行。当水温W 13 C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21C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

24、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

25、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

26、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29C时，冷却塔风阀开启，运行自然对流排热。（b）环路水温升至30C时，淋水开始，利用喷淋水蒸发冷却排热。（c）环路水温升至31C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32C时，风机高速运行，加强排热。(e) 环路水温升至40C时，高温指示灯亮，发出高温报警。(f)

27、 环路水温升至46C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10-20C范围内)分级补热。具体步骤如下 环路水温降到13C时，水加热设备投入运行。 环路水温升到16C时，水加热设备停止运行。 环路水温降到7C时，发出低温报警。 环路水温降到4C时，低温停机。注意：当采用电加热器时，可对电加热分档投入。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

28、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 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。 循环水泵与所有水源热泵机组连锁 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10-35C，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

29、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

30、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

31、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 P1716. 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。