中央空调系统设计调研报告

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由经过处理的空气来承担的空调系统。

空气－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20～30 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。

1．2．2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，通常就称为空调通风系统。

1．2．3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。

1．2．4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。

1．2．5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)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
2．3．1 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。

2．3．2 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有2～3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
表2－1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，因而获得了广泛的应用，其单机制冷量从150至2200KW，适用于中、大型工程
3．1．4 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
3．1．5 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 溴化锂吸收式冷水机组
溴化锂吸收式冷水机组是以热能为动力，以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂，制取0℃以上的冷媒水，可用作空调或生产工艺过程的冷源，溴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3－1 常用中央空调水系统的优缺点比较表
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
第4章中央空调系统节能优化简介
现在我国每年新建房屋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40~60%，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。