淺談中央空調(diào)系統(tǒng)

魏同濟(jì)（天津中發(fā)機(jī)電工程有限公司天津300000）

淺談中央空調(diào)系統(tǒng)

魏同濟(jì)
（天津中發(fā)機(jī)電工程有限公司天津300000）

本文根據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)，結(jié)合在實(shí)踐中的應(yīng)用分析中央空調(diào)系統(tǒng)主要采取的節(jié)能措施及所能達(dá)到的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益。

冷熱源系統(tǒng)；空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)；空調(diào)發(fā)展；節(jié)能措施

引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)及人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)居住環(huán)境也提出了越來(lái)越高的要求，因此中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用已不僅僅存在于大型的公共建筑之中，也將會(huì)更多的應(yīng)用到每一位普通老百姓的家中。

1 中央空調(diào)組成要件

中央空調(diào)系統(tǒng)是由冷源、熱源系統(tǒng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。它采用卡諾循環(huán)為原理對(duì)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供所需的冷量及熱量以抵消室內(nèi)冷、熱負(fù)荷的一種方式。制冷系統(tǒng)是中央空調(diào)系統(tǒng)至關(guān)重要的部分，其組成將直接影響了中央空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行中的合理性、經(jīng)濟(jì)性及高效性。

1.1 冷源、熱源系統(tǒng)

空調(diào)用制冷技術(shù)屬于普通制冷范圍，其主要采用的方法為卡諾原理對(duì)使用空間的冷、熱負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)。（主要是利用液體氣化過(guò)程需要吸收熱量，而液體不同其壓力不同，從而不同液體沸點(diǎn)也不盡相同，壓力越低導(dǎo)致沸點(diǎn)也就越低。根據(jù)熱能量由高溫物體向低溫物體傳遞的方式不同可分為：蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷。而制熱系統(tǒng)應(yīng)用的為卡諾逆向原理，其原理與制冷系統(tǒng)正好相反。壓縮機(jī)吸入低溫低壓氣體經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮使其成為高溫高壓氣體，高溫高壓氣體通過(guò)換熱器把水溫提高，同時(shí)高溫高壓氣體會(huì)凝結(jié)為液體。液體再由蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)，變?yōu)榈蛪旱蜏貧怏w，低壓低溫氣體再次被壓縮機(jī)吸入進(jìn)行壓縮。

冰蓄冷系統(tǒng)，冰蓄冷的應(yīng)用是根據(jù)電力系統(tǒng)用電調(diào)峰的情況，在電力負(fù)荷較低的時(shí)期，利用電價(jià)的優(yōu)惠，采用電制冷主機(jī)進(jìn)行制冰制冰，并貯存在蓄冰槽中，在電力負(fù)荷較高的白天，避開(kāi)用電高峰負(fù)荷，間歇或停止運(yùn)行電制冷主機(jī)，把蓄冰槽中儲(chǔ)存的冷量釋放出來(lái)，以滿足建筑物空調(diào)負(fù)荷的需求，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)應(yīng)用可以減少高峰時(shí)期的用電負(fù)荷，同時(shí)避免低谷時(shí)期電力系統(tǒng)供電所產(chǎn)生的電力資源的浪費(fèi)，達(dá)到了能源效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收。

1.2 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1.2.1 根據(jù)空氣處理設(shè)備的設(shè)置分類可分為：

（1）集中系統(tǒng)是指將所有的空氣處理設(shè)備全部放置在一個(gè)集中的空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，該系統(tǒng)一般應(yīng)用在大、中型的工業(yè)建筑或民用建筑內(nèi)。

（2）半中系統(tǒng)是指除去空調(diào)機(jī)房以外，還將一些空調(diào)設(shè)備放置在其他分散的房間內(nèi)，其中多數(shù)設(shè)置有冷熱源交換裝置，它的主要作用是對(duì)來(lái)自集中處理設(shè)備的空調(diào)進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ)充處理，一般應(yīng)用在中型建筑內(nèi)。

（3）全分散系統(tǒng)是指將記住把冷熱源和空氣處理及輸送設(shè)備放置在一個(gè)空間內(nèi)，從而形成一個(gè)緊湊的系統(tǒng)，可根據(jù)需求分散的設(shè)置在空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，無(wú)需設(shè)置集中的空調(diào)機(jī)房。

1.2.2 根據(jù)吸收室內(nèi)負(fù)荷介質(zhì)種類的不同可分為：

（1）全空氣系統(tǒng)是指房間內(nèi)的負(fù)荷全部由經(jīng)過(guò)處理的空氣進(jìn)行吸收調(diào)節(jié)的空調(diào)系統(tǒng)，由于空氣系統(tǒng)的比熱值小，因此吸收同等質(zhì)量的負(fù)荷所需要的空氣量較多，所需要安裝的風(fēng)管道斷面積較大，風(fēng)速較高，因此一般應(yīng)用于有特殊需求的大空間內(nèi)。

（2）全水系統(tǒng)是指房間內(nèi)的負(fù)荷全部有水作為媒介進(jìn)行吸收調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)，由于水的比熱值比空氣的比熱值大，因此相同條件下所需要的水量較少，使用管道較小，可節(jié)省空間。但僅靠水系統(tǒng)無(wú)法解決通風(fēng)換氣的問(wèn)題，一定時(shí)間內(nèi)房間內(nèi)容易產(chǎn)生較多的二氧化碳導(dǎo)致使用者的不適，因此此種方法無(wú)法單獨(dú)被采用。

（3）空氣-水系統(tǒng)根據(jù)上述兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)上述兩種方法的綜合，大型建筑空調(diào)系統(tǒng)的一般采用空氣-水系統(tǒng)進(jìn)行空間內(nèi)負(fù)荷的調(diào)節(jié)。常用方法有風(fēng)機(jī)盤(pán)管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，此種方法既解決了全空氣系統(tǒng)占用空間大的缺陷，又能避免全水系統(tǒng)無(wú)通風(fēng)換氣的缺點(diǎn)，因此在目前被廣泛的進(jìn)行應(yīng)用。

（4）冷劑系統(tǒng)是指采用制冷劑（一般為氟化物）為介質(zhì)來(lái)通過(guò)蒸發(fā)器來(lái)吸收室內(nèi)的余熱余濕。但由于制冷劑輸送管道不能長(zhǎng)距離進(jìn)行輸送，因此該系統(tǒng)只能應(yīng)用于局部分散系統(tǒng)，在使用上有一定的限制。制冷劑系統(tǒng)也可以與空氣系統(tǒng)結(jié)合使用形成空氣-冷劑系統(tǒng)。

1.2.3 根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)處理空氣來(lái)源形式分類可分為：

（1）封閉式系統(tǒng)根據(jù)說(shuō)處理的空氣全部由機(jī)房本身進(jìn)行提供，無(wú)其他外部空氣進(jìn)行補(bǔ)充，機(jī)房?jī)?nèi)空氣為再循環(huán)空氣，使得空氣形成一個(gè)閉合環(huán)路。這種系統(tǒng)消耗能源較少，但是室內(nèi)環(huán)境較差。當(dāng)人長(zhǎng)時(shí)間停留在該場(chǎng)所，且在門(mén)窗緊閉的情況下，外界空氣無(wú)法進(jìn)入，無(wú)法達(dá)到空氣的再生，室內(nèi)空氣質(zhì)量較差。該系統(tǒng)形式僅可用于戰(zhàn)時(shí)的地下隱蔽處所等戰(zhàn)備工程以及人員很少流動(dòng)的倉(cāng)庫(kù)等地。

（2）直流式系統(tǒng)它與封閉系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，所處理空氣直接源于室外，處理后再進(jìn)入室內(nèi)，后直接排出在外，空氣不形成閉合回路，該系統(tǒng)能耗較大，主要應(yīng)用于無(wú)法使用回風(fēng)的場(chǎng)所如散發(fā)大量有害物質(zhì)的車間、試驗(yàn)室能部位，但在一些地方可以設(shè)置能量回收裝置，以減少能量消耗大的問(wèn)題。

（3）混合式系統(tǒng)該系統(tǒng)是將上述兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合。這樣既可以滿足封閉系統(tǒng)耗能少，又能滿足直流式系統(tǒng)衛(wèi)生環(huán)境好的要求，使空氣處理做到經(jīng)濟(jì)合理，因此在目前的工程當(dāng)中該系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展歷史

上世紀(jì)六、七十年代，美國(guó)發(fā)生了罕見(jiàn)的干旱天氣，為了更好的解決干旱缺水地區(qū)的空調(diào)冷熱源問(wèn)題,美國(guó)率先研制出風(fēng)冷式冷水機(jī),采用空氣散熱的方式來(lái)代替冷卻塔散熱,英文名稱是:Air cool Chiller,簡(jiǎn)稱為Chiller!

在空氣處理發(fā)展的歷史中美國(guó)和日本一直走在了世界的前沿。美國(guó)作為世界上最大的空調(diào)市場(chǎng)，占據(jù)世界空調(diào)設(shè)備總額的30%左右。其使用的大多數(shù)為有風(fēng)管的單元式空調(diào)系統(tǒng)，但熱泵的使用比例相對(duì)較低。且美國(guó)的市場(chǎng)與其他國(guó)家有一些差別，原因是：美國(guó)的國(guó)土面積大，大多人居住在人員較少的空曠地區(qū)，能源價(jià)格低，在全國(guó)范圍內(nèi)電力及燃?xì)獾氖褂眯矢?。?qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)和相對(duì)較低廉的安裝維護(hù)費(fèi)用推動(dòng)者美國(guó)中央空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展。

在日本，因?yàn)樯鲜兰o(jì)八十年代氟利昂制冷劑的使用對(duì)地球大氣臭氧層的破壞引起了高度的重視，再加上電力和能源的日趨緊張，各國(guó)家的廠商開(kāi)始重視溴化鋰技術(shù)的應(yīng)用。逐漸日本的家用壁掛式空調(diào)越來(lái)越多的走進(jìn)了普通家庭的視野。隨著技術(shù)的日臻成熟，人們生活水平的提高，這種空調(diào)如今被廣泛的中國(guó)老百姓所接受。

在我國(guó)，自1987年開(kāi)利公司在上海建立首家合資公司以來(lái)，中央空調(diào)的發(fā)展在中國(guó)也進(jìn)入了快速的發(fā)展道路，目前包括了開(kāi)利、麥克維爾、約克等進(jìn)口品牌及美的、格力為代表的國(guó)產(chǎn)品牌。2003-2013年的11年時(shí)間里中央空調(diào)市場(chǎng)由85億增長(zhǎng)到644億，CAGR達(dá)到22.45%。中國(guó)的出口規(guī)模已達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。而按照產(chǎn)品類型來(lái)看，多聯(lián)機(jī)、單元機(jī)及大型水機(jī)（離心機(jī)、螺桿機(jī)）占據(jù)著市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。其中多聯(lián)機(jī)、單元機(jī)占據(jù)著中國(guó)小冷量中央空調(diào)的中間力量，而大型水機(jī)則以無(wú)可替代的制冷量始終主導(dǎo)著大型商用市場(chǎng)，并成為未來(lái)市場(chǎng)的風(fēng)向標(biāo)。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）中央空調(diào)系統(tǒng)具有舒適性高，可將全部居室的空氣調(diào)節(jié)作為整體來(lái)實(shí)現(xiàn)，避免了常規(guī)分體對(duì)區(qū)域的劃分而造成的冷熱不均的現(xiàn)象。

（2）中央空調(diào)系統(tǒng)可以通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)及安裝，實(shí)現(xiàn)與整體的裝飾風(fēng)格協(xié)調(diào)統(tǒng)一。其室內(nèi)機(jī)的安裝有多重形式，用戶可根據(jù)裝修風(fēng)格和個(gè)人喜好進(jìn)行選擇合適的出風(fēng)方式。

（3）中央空調(diào)系統(tǒng)以水為介質(zhì)，避免了氟物質(zhì)的泄露，避免了大氣環(huán)境的破壞。

（4）中央空調(diào)系統(tǒng)可以配置新風(fēng)處理設(shè)備，將室外自然風(fēng)引入室內(nèi)，從而保證室內(nèi)空氣的清新、衛(wèi)生，避免因頻繁開(kāi)窗換氣而造成的室內(nèi)環(huán)境溫度的下降和資源的浪費(fèi)。

（5）中央空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)及可以設(shè)置單獨(dú)的溫控器，隨時(shí)調(diào)節(jié)各使用房間的溫度、風(fēng)量。各房間內(nèi)設(shè)備的調(diào)節(jié)可獨(dú)立進(jìn)行互補(bǔ)干涉，各家庭成員可根據(jù)各自使用房間調(diào)節(jié)環(huán)境溫度達(dá)到舒適協(xié)調(diào)?？紤]到家庭內(nèi)各區(qū)域的使用空調(diào)的時(shí)間及機(jī)會(huì)不一同，裝機(jī)容量可以相對(duì)縮小，真正達(dá)到省錢(qián)的目的，比普通的家用空調(diào)省點(diǎn)在30%以上。

（6）中央空調(diào)系統(tǒng)管理運(yùn)行靈活方便。中央空調(diào)系統(tǒng)制冷站可直接控制制冷冷機(jī)開(kāi)停時(shí)間和冷量大小?？筛鶕?jù)氣候變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。以解決運(yùn)行費(fèi)用。

（7）中央空調(diào)系統(tǒng)使用壽命長(zhǎng)，且故障少好維修。中央空調(diào)系統(tǒng)無(wú)論是空調(diào)機(jī)組還是送回風(fēng)管管道系統(tǒng)，還是風(fēng)機(jī)盤(pán)管和新風(fēng)系統(tǒng)均不易發(fā)生故障，而制冷設(shè)備則在制冷站內(nèi)便于維修。

4 中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能與社會(huì)效益

當(dāng)前建筑能源消耗占到總能源消耗的30%，而在中央空調(diào)的建筑物中能源消耗占到了70%。中央空調(diào)系統(tǒng)作為社會(huì)最重要的能耗系統(tǒng)需要消耗大量的社會(huì)能源。因此通過(guò)優(yōu)化中央空調(diào)的內(nèi)部能源系統(tǒng)能夠降低能耗，節(jié)約資源的同時(shí)也能夠增加社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，要求在能源利用的各個(gè)環(huán)節(jié)從規(guī)劃設(shè)計(jì)到施工運(yùn)轉(zhuǎn)的全國(guó)程中貫徹節(jié)能的觀點(diǎn)，才可以達(dá)到節(jié)能的效果，無(wú)論哪個(gè)環(huán)節(jié)的浪費(fèi)也不能說(shuō)該系統(tǒng)是節(jié)能的。中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到中央空調(diào)系統(tǒng)的使用性能。例如，設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)復(fù)合往往是以最大的負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，而運(yùn)行實(shí)在部分負(fù)荷的情況下進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行，如果設(shè)計(jì)的部分系統(tǒng)不能滿足運(yùn)行的部分負(fù)荷，那么能源的消耗是巨大的。又如，新風(fēng)系統(tǒng)的開(kāi)啟應(yīng)該是隨著外界環(huán)境溫度的變化，以最大的限度縮短設(shè)備的開(kāi)啟時(shí)間。又如，在設(shè)計(jì)過(guò)程中增加外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，減少熱損失，降低空調(diào)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，從而達(dá)到節(jié)能要求。

可以說(shuō)空調(diào)的設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)能起著至關(guān)重要的作用。在施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容和施工驗(yàn)收規(guī)范的要求進(jìn)行施工，盡量?jī)?yōu)化水管管路及閥門(mén)的使用，減少管內(nèi)介質(zhì)的阻力損失降低能量損失。做好水管道保溫工作，防止負(fù)荷在管道流動(dòng)過(guò)程中造成能量的損失。

為了能夠使中央空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行，在使用之初應(yīng)增強(qiáng)對(duì)人員操作的培訓(xùn)，提高人員的素質(zhì)，建立健全操作及使用制度，使得各項(xiàng)中央空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和節(jié)能措施的效果能夠得到改善，提高良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

做好中央空調(diào)的節(jié)能措施，有利于更好發(fā)揮中央空調(diào)系統(tǒng)在社會(huì)生產(chǎn)建設(shè)的應(yīng)用，給人員以良好的舒適的生活空間。

[1]《空氣調(diào)節(jié)》（第四版）范存養(yǎng)編中國(guó)建筑工業(yè)出版社

[2]中央空調(diào)能耗現(xiàn)場(chǎng)與節(jié)能途徑探討[J]劉憲英中國(guó)建設(shè)信息2005-06-08

[3]建筑空調(diào)節(jié)能措施的幾點(diǎn)建議[J]焦磊中國(guó)新技術(shù)產(chǎn)品2009（4）

[4]建筑空調(diào)節(jié)能技術(shù)探討[J]尚立斌高喜玲中國(guó)科技信息2009（14）