中央空调系统设计调研报告

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1、中央空调系统设计调研报告第1章 中央空调系统概述1. 1中央空调及其类别中央空调是指根据国家设计规范的设计参数和要求进行选型设计、安装的。用于建筑物的空调系统。它是由一台主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同房间的温度，以达到对室内空气进行调节为目的的一种空调系统。主要由室外主机、室内风机盘管、及其相连接的风道等组成。随着中央空调技术的发展，中央空调系统的种类日益增多，演变也很迅速。目前常用的分类如下。1. 1. 1按工作原理分类中央空调系统按工作原理可分为三类：一类是全空气空调系统， 一类是空气-水空调系统，还有一类是冷媒式空调系统。其中全空气空调系统是指空调房间的室内负荷全部

2、由经过处理的空气来承担的空调系统。空气一水空调系统是指空气和水两种介质作为工作媒体，将室内的热湿负荷转移至室外空调系统。 冷媒式空调系统是指以冷媒作为冷量输送介质的空调系统，包括一拖多商用空调和一拖多户式中央空调。1. 1. 2按空气处理方式分类中央空调系统按空气处理方式分类可分三类：一类是集中式中央空调，一类是半集中式中央空调， 还有一类是局部式中央空调。其中集中式中央空调的空气处理设备集中在中央空调室里，处理过的空气通过风管送至各房间的空调系统，适用于面积大、 房间集中、各房间热湿负荷比较接近的场所；半集中式中央空调是既有中央空调又有处理空气的末端装置的空调系统，多用于对空气精度有较高要求

3、的车间和实验室等；局部式中央空调是每个房间都有各自的设备处理空气的空调，多用于面积小、房间分散、热湿负荷相差大的场合， 如办公室、机房、家庭等。1. 1. 3按使用目的分类中央空调系统按使用目的分类可分为两类：一类是舒适性中央空调和工艺性中央空调。其中舒适性中央空调要求温度适宜，环境舒适，对温湿度的调节精度无严格要求，多用于住房、办公室、影剧院、商场、体育馆、汽车、船舶、飞机等；工艺性中央空调对温度有一定的调节精度要求，另外空气的洁净度也要有较高的要求，多用于电子器件生产车间、精密仪器生产车间、 计算机房、生物实验室等。1. 1. 4其他分类按制冷量分类：大型空调机组、中型空调机组和小型空调机

4、组。按新风量的多少分类：直流式系统（空调器处理的空气为全新风）、封闭式系统（空调系统处理的空气为循环空气）、混合式系统（空调器处理的空气由回风和新风混合而成）。按送风速度分类：高速系统（主风道风速2030 m/s）、低速系统（主风道风速 12 m/s以下）1. 2中央空调系统的运行原理由于空调事业的发展，各种新技术和新设备不断的出现或引进，中央空调可以适用于不同的建筑物，适应各种不同的要求，但按最基本的原理可分为空气循环系统、通风系统、冷冻水循环系统、制冷剂循环系统、冷却水循环系统五部分。1. 2. 1空气循环系统空调循环系统对空气进行的加热、加湿、冷却、去湿和过滤等，都由相应的空气处理设备来

5、实现， 这些设备由风管连接起来，通过送、回风口把处理好的空气送入空调房间，并把房间内的空气取回来。 这样，送回风口、风管、空气处理设备和提供空气流动动力的风机以及风阀等附件就组成了一个空气循 环系统，这是空调系统中的第一个循环系统。2. 2. 2通风系统空调系统与通风系统二者是密不可分的，但在工程上，将只要求控制室内温度的调节技术称为供暖或降温，将为保持室内环境有害浓度在一定卫生要求范围的技术叫做通风，只有对空气进行全面处理的技术才成为空调。其中冷却和去湿都与制冷有关。由于大多数系统在过渡季节或非工作时间要辅以通风 系统对房间进行机械通风，这样空调系统与通风系统有许多部分就结合在一起了，通常就

6、称为空调通风系统。3. 2. 3冷冻水循环系统对空气进行加热、冷却或冷却去湿的设备通常是指加热盘管或冷却盘管，由冷热源设备给这些盘管提供处理空气的热量或冷量。 热源设备主要有锅炉， 也有采用电加热器等； 冷源设备主要是各种冷水机 组。如，夏季供冷时，冷水机组的蒸发器、处理空气的冷却盘管和提供水流动力的水泵以及它们之间的连接水管和附件组成了空调系统中的另一个回路，称之为冷冻水循环系统， 一般这是一个密闭的循环系统，即它不与大气直接相通。这个循环水系统通过冷冻水源源不断地把制冷机产生的冷量送到冷却盘管 去处理空气。4. 2. 4制冷剂循环系统冷水机组的主要部件除了压缩机之外还有蒸发器、冷凝器和膨胀

7、阀，它们之间由专门的管路连接起来，其内部流动着制冷剂，它们是一个有压的密闭循环系统。5. 2. 5冷却水循环系统制冷剂在蒸发器那里吸热制冷，吸收的热量到冷凝器那里冷凝放热，因此，为了维护压缩机的工作，必须把冷凝器里的制冷剂释放的热量排除掉，这个任务是由冷冻水循环系统来完成的。冷却水系统由冷凝器、冷却水泵、冷却塔和连接水管及附件组成。冷却水从冷凝器里带走热量，在冷却塔中直接释放给大气。一个中央空调系统正是把室内空气、冷冻水、制冷剂和冷却水在各自的系统内不断的循环流动，把室内的热量连续不断地释放给大气，才能对室内连续不断地吹冷气，提供冷量，因此这四个循环缺少哪一个都不行。当然它们的形式可能在不同的

8、系统里会有改变，比如冷却水系统可以用室外大气直接冷却冷却器来代替，这就是风冷系统。第2章办公建筑常用中央空调系统目前国内大、中型办公建筑中常见的空调系统有：(1) 全空气定风量空调系统；(2) 全空气变风量空调系统；(3) 风机盘管加新风系统。2. 1全空气定风量空调系统早期欧美国家的办公建筑采用全空气单风道(或双风道)定风量空调系统，用于末端再热(或冷、 热风混合)来控制区域温度。全空气定风量系统空气过滤较好，气流组织得到保证，去湿能力强，也没 有因水管进入空调房间带来的“霉菌”和“水害”等问题。定风量空调系统最大的缺点是当应用于多房 间且处于部分负荷时，再热和冷、热风混合将产生冷热抵消，风

9、机也无法调速节能。我国的全空气定风量再热空调系统主要用于工业建筑。需要区域温度控制的多房间办公建筑很少采用带再热和冷、热混合的全空气定风量系统。2. 2全空气变风量空调系统2. 2. 1系统优点全空气变风量空调系统具有下列优点：(1) 区域温度可控，所采用的比例调节方式的控制质量优于风机盘管机组的双位调节，所采用的风量调节方法的节能性也远胜于定风量系统的再热调节方法；(2) 部分负荷时，采用变频装置调节风机转速，大大降低了风机耗能；(3) 保持定风量空调系统空气过滤效率高、室内空气品质好、室内相对湿度低、热舒适性好的特点；通过改变新风比还可利用室外低温新风进行自然冷却，并可实现低温送风；(4)

10、 系统无水管进入空调区域。2. 2. 2系统缺点全空气变风量空调系统也存在一些缺点，它们是：(1) 因大量使用变风量末端装置及其控制设备，初投资较大；(2) 风量调节时，区域内新风分配可能会不均匀；(3) 末端装置内置风机和调节风阀可能会产生噪声；(4) 设计、施工、管理较复杂；(5) 末端装置较小风量时室内气流分布状况较差。2. 3风机盘管加新风系统6. 3. 1 系统优点风机盘管加新风系统是一种广泛用于办公建筑的空调方式，其最大的优点是可以实现各房间的空气循环和室温控制。 作为一种空气-水系统， 水代替空气输送能量。 风机盘管机组的空气循环半径和配用 风机均很小，风机耗能较小。日本是一个资

11、源匮乏、节能意识很强的国家，风机盘管系统在其早期的办公、商业建筑中得到了广泛的应用。受日本空调技术的影响， 80年代中期，我国的办公、商业舒适性 空调随风机盘管系统同步发展起来。由于风机盘管机组制造、安装、控制、维修和使用比较简单，尤其 是被国内生产企业消化后大量生产、价格便宜、易于普及，已成为目前民用建筑中最主要的空调设备。7. 3. 2 系统缺点风机盘管加新风系统也有其固有的缺点，它们是：(1) 风机盘管机组设置在空调区域内，因噪声限制，配置的风机静压很低，只能配置简易过滤网，无法采用高效的过滤器，故空气过滤效果差，不能满足现代办公建筑对可吸入颗 粒物的过滤要求；(2) 风机盘管机组一般只

12、有 23排，去湿能力有限，导致室内相对湿度偏高，不仅影响舒适度，还易于室内细菌、霉菌生长。风机盘管机组湿润的翅片、滴水盘及凝结水管都是各 种微生物的孽生地。因此，该空调方式无法满足现代办公对室内空气品质的要求；(3) 风机盘管的冷、热水管和凝结水管通常在办公室的吊顶内敷设，漏水问题对电脑等办公设备是一种潜在的威胁。机组维修需进入办公区域，直接影响办公区正常使用；(4) 风机盘管系统还存在一些其他缺点，如：双位控制使室温波动较大；空调水系统温差较小，降低了水系统输送效率和冷热源设备的效率。上述缺点说明风机盘管加新风系统已不满足现代办公建筑要求，有逐步被全空气变风量系统取代的趋势。然而，因其风机耗

13、能小、区域温度可控、价格低廉以及管理简单等其他优势，今后长时间内，在 普通的办公、商用建筑中它仍将占据主要的地位。风机盘管机组还可与全空气变风量空调系统配合使用， 继续发挥作用。2. 4常用舒适性空调系统比较表2- 1常用舒适性空调系统比较表比较项目全空气系统空气-水系统定风量空调系统变风量空调系统风机盘管十新风系统优点1 .空气过滤等级高，空气品质好；2 .可通过变新风比实现新风自然冷却节能；3 .去湿能力强，室内相对湿度低；4 .初投资小。1 .区域空气温度可控；2 .空气过滤等级高，空气品质 好；3 .部分负荷时风机可变频调速 节能；4 .去湿能力强，室内空气相对 湿度低；5 .可通过变

14、新风比实现新风自1 .区域温度可控；2 .空气循环半径小，输送能耗低；3 .初投资小；4 .占用机房空间小。然冷却功能。缺点1 .区域空气温度不可控。如采 用再热方式控制区域空气温度， 冷热抵消不节能；2 .部分负荷时风机不可变频调 速节能。1 .初投资大；2 .设计、施工、管理复杂。1 .空气过滤等级低，空气品质差；2 .一般不可利用变新风比实现新 风自然冷却节能；3 .有滋生“细菌” “霉菌”与出 现“水害”的可能性。适用范围1 .区域温控要求不高；2 .大厅、商场、餐厅等场所；3 .大、中型空间。1 .区域温控要求高；2 .空气品质要求高；3 .高等级办公、商业场所；4 .大、中、小各类

15、房间。1 .空气品质要求不高；2 .有区域空气温度控制要求；3 .普通等级办公、商用场所；4,中、小型空间。表21列举了常用舒适性空调系统的特点和适用范围，在实际工程中各种舒适性空调系统常“因地制宜”地组合使用，以达到投资、舒适节能的目的。由于变风量空调系统自控要求高，主要部件国产化率低、投资较大，目前国内仅用于高等级办公建筑。第3章中央空调分系统及主要设备3. 1中央空调的主机3. 1. 1水冷冷水机组水冷冷水机组属于中央空调系统中的制冷机组部分，其载冷剂为水，称为冷水机组；冷凝器的冷却为利用常温水的换热降温来实现， 故称为水冷机组。与水冷机组相对的称为风冷机组， 风冷机组的冷凝 器由与室外

16、空气的强制通风换热达到制冷目的。3. 1. 2 活塞式冷水机组活塞式冷水机组就是把实现制冷循环所需的活塞式制冷压缩机、辅助设备急附件紧凑地组装在一起的专供空调用冷目的使用的整体式制冷装置。活塞式冷水机组单机制冷从60至900KW,适用于中、小工程。3. 1. 3螺杆式冷水机组螺杆式冷水机组是提供冷冻水的大中型制冷设备。常用于国防科研、能源开发、交通运输、宾馆、饭店、轻工、纺织等部门的空气调节，以及水利电力工程用的冷冻水。螺杆式冷水机组是由螺杆制冷压缩机组、冷凝器、蒸发器以及自控元件和仪表等组成的一个完整制冷系统。它具有结构紧凑、体积小、重量轻、占地面积小、操作维护方便、运转平稳等优点，因而获得

17、了广泛的应用，其单机制冷量从150至2200KW,适用于中、大型工程8. 1. 4离心式冷水机组离心式冷水机组是由离心式制冷压缩机和配套的蒸发器、冷凝器和节流控制装置以及电气表组成整台的冷水机组 ，单机制冷量从 700至4200KW。其适用于大、特大型工程315 VRV系统VRV系统即制冷剂流量可变式系统。其形式为一组室外机，由功能机、恒速机和变频机组成。通 过并联室外机系统， 将制冷管道集中进入一个管道系统，可以方便得根据室内机的容量的匹配，对室内机的合适的容量从 122.5KW以1.5KW的级差进行选择，即最多一组室外机可连接30台室内机。室内机有天花板嵌入式、 挂壁式、落地式等。 型式不

18、同的室内单机可连接到一个制冷回路上，并可进行单独 控制。室内单机最小容量为0.6KW,最大为3.75KW ,室内机的容量可在室外机容量的50%至130%内调节。3. 1. 6 模块机模块机是在 VRV系统的基础上发展热来，在1985年，由澳大利亚捷风集团发明并申请专利。它将传统的氟利昂管路改变为水路系统，将室内外机合并为制冷机组，室内机改为风机盘管。 利用载冷剂水的换热来实现制冷过程。 模块机由于能够根据冷负荷要求自动调节启动机组数量，实现灵活组合而此得名。3. 1. 7澳化锂吸收式冷水机组漠化锂吸收式冷水机组是以热能为动力，以水为制冷剂，以澳化锂溶液为吸收剂，制取0 c以上的冷媒水，可用作空

19、调或生产工艺过程的冷源，漠化锂吸收式以热能为动力，常见的有直燃型、蒸汽型、 热水型三类，其冷量范围为230至5800KW,适用于中型、大型、特大型工程。3. 2中央空调的水系统3. 2. 1中央空调的水系统的分类中央空调的水系统按供、回水管道的数量可分为三类：双管制、三管制和四管制。中央空调的水系统按供、回水在管道内的流动关系可分为两类：同程式和异程式。中央空调的水系统按供、回水干管的布置形式可分为两类：水平式和垂直式。中央空调的水系统按原理可分为两类：开式和闭式。中央空调的水系统按调节方式可分为两类：定流量和变流量。3. 2. 2常用中央空调水系统的优缺点比较表31常用中央空调水系统的优缺点

20、比较表类型特征优点缺点闭式1 .管路系统不与大气相接触2 .仅在系统最高点设置膨胀水箱1 .与设备的腐蚀机会少2 .不需克服静水压力，水泵压力、功率均低3 .系统简单1 .与蓄热水池连接比较复杂开式1 .管路系统与大气相通1.与蓄热水池连接比较简单1 .易腐蚀2 .输送能耗大同程 式1 .供回水干管中的水流方向相 同2 .经过每一管路的长度相等1 .水量分配2 .调度方便3 .便于水力平衡1 .需设回程管2 .管道长度增加3 .初投资稍高异程 式1 .供回水干管中的水流方向相 反2 .经过每一管路的长度不相等1 .不需设回程管2 .管道长度较短3 .管路简单4 .初投资稍低1 .水量分配2 .

21、调度较难3 .水力平衡较麻烦两管 制1.供热、供冷合用同一管路系统1 .管路系统简单2 .初投资省1 .无法同时满足供热、供冷的要 求三管 制1 .分别设置供冷、供热管路与换 热器2 .冷热回水的管路共用1 .能同时满足供冷、供热的要求2 .管路系统较四管制简单1 .有冷热混合损失2 .投资高于两管制3 .管路系统布置较简单四管 制1 .供冷、供热的供、回水管均分 开设置2 .具有冷、热两套独立的系统1 .能灵活实现同时供冷或供热，2 .没有冷、热混合损失1 .管路系统复杂，2 .初投资高3 .占用建筑空间较多定流 量1 .系统中的循环水量保持定值2 .负荷变化时，通过改变供或回水温度来匹配1

22、 .系统简单，操作方便2 .不需要复杂的自控设备1 .配管设计时，不能考虑同时使用系数2 .输送能耗始终处在设计的最大值变流 量1 .系统中的供回水温度保持定值2 .负荷改变时，通过供水量变化 来适应1 .输送能耗随负荷减少而降低2 .配管设计时，可以考虑同时使用系数，管径相应减小3 .水泵容量、电耗也相应减少1 .系统比较复杂2 .必须配备自控设备3. 3中央空调的风系统3. 3. 1常见的气流组织形式常见的气流组织形式有侧送风、散流器送风、条缝送风喷口和送风孔板送风等。3. 3. 2常见空气分布器的型式、特征及适用范围表3-2常见空气分布器的型式、特征及适用范围表空气分布器类型送风口名称型

23、式气流类型及调节性能适用范围备注侧送风口格栅送风口叶片固定和叶片可调节两种，不带风量调节1 .属圆射流2 .叶片可调节格栅，可根据需要调节上、下倾角或扩散角3 .不能调节风口风量要求不高的一般空调工程叶片固定的格 栅风口可做回 风用，也可做新 风进风口单层百叶送风口叶片横装为H型，竖 装为V型，均带有对 开式风量调节阀1. 属圆射流2. H型可调节竖向仰角或倾角，V型可调节水平扩散角3. 能调节风口风量用于一般精度的空调工程单层百叶风口 与过滤器配套 使用可做回风 口双层百叶送风口双层百叶送风口1 . 属圆射流2 .外层叶片可调节，可根据需要调节竖向仰角或俯角，以及调节水平扩散角3 .能调节风

24、口风量用于公共建 筑的舒适性 空调，以及精 度较高的工 艺空调叶片可调成A、B、C D四种吹出角度，调节范围为：0-180 条缝形百叶送风口长宽比大于 10,叶片横装可调节的格栅风口，或者与对开式风量调节阀组装在一起的条缝百叶风口1. 属平面射流2. 根据需要可调节上下倾角3. 必要时也可调节风量可作为风机 盘管出风口， 也可用于一 般的空调工 程-散流器圆形（方形）直片式散流器扩散圈为三层锥形面，拆装方便。可与单开阀板式或双开发板式风量调节阀配套使用1 .扩散圈挂在上面一档呈下送流型，挂在下面一档呈平送贴附流型2 .能调节送风量用于公共建 筑的舒适性 空调和工艺 空调-圆盘型散流器圆盘呈倒蘑

25、菇形，拆装方便。可与单开或双开阀板风量调节阀配套使用1 .圆盘挂在上面一档时呈下送流型，挂在下面一档呈平送贴附流型2 .能调节送风量同上-流线型散流器散流器及其扩散圈呈流线型，可调节风量气流呈下送流型，采用密集分布用于净化空调-方（矩）形散流器扩散圈的形式有 10 多种，可形成 1-4 个不同的送风方向，可与对开式多叶调 节阀或单开阀板式 风量调节阀配套使用，拆装方便1.平送贴附流型2.能调节送风量用于公共建 筑舒适性空 调-条缝形（线形）散流器长宽比很大，叶片单向倾斜为一面送风，叶片双向倾斜为两面送风气流呈平送贴附流型用于公共建 筑舒适性空 调-第4章中央空调系统节能优化简介现在我国每年新建

26、房屋 20亿平方米中，99%以上是高能耗建筑； 而既有的约430亿平方米建筑中，只有4%采取了能源效率措施，单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上。而空调系统的能耗在公共建筑总能耗中占了 4060%,其中，又以冷冻水系统能耗最大，占 60%以上，并且普遍存在 能源浪费的情况，因此公共建筑中的冷源与水系统存在巨大的节能潜力。对于中央空调来说，按照国家标准，系统的最大负载能力是按照气温最高，负荷最大的工作环境来设计的，就系统本身来说，存在着很大的储备空间，而实际上系统又很少在这些极限条件下工作。根据有关资料统计，中央空调设备97%的时间在70%负荷以下波动运行，所以实际负荷总不能达到满负

27、荷（即通常所说的“大马拉小车”）；特别是冷气需求量较少的情况下，主机负荷率低。保证有较好的运行状态和较高的运行效率，找出冷水机组的最优运行工况，并通过控制系统实现能量匹配的自动调节，将大幅度地降低中央空调系统能耗。目前，在国家倡导建设可持续发展社会、节能降耗的大环境下，为系统优化的研究和推广提供了广阔的市场。而随着计算机技术的迅猛发展，先进集散控制系统的大量应用，也为系统优化研究的快速发展提供了可能。空调节能优化的目的是有效利用能源，以最小的能耗创造出一个适合人居住、工作的室内环境。空调系统实现节能优化可以有效地减少空调系统能耗和建筑总能耗，提高能源利用率，对减少温室气体排放，减轻环境污染，实现人类社会的可持续发展有着积极的意义。