1-空调系统的组成与方式
1 空调系统的组成与方式
1.1 中央空调系统的组成
1.2中央空调系统的分类与比较
1.2.1中央空调系统的分类
1.2.2典型空调系统的比较
1.2.3空调系统选择的原则
1.3 全空气空调系统（AAA）
1.3.1 全空气空调过程
1.3.2 回风方式的选定
1.3.3 风量平衡
1.3.4 系统的划分
1.3.5 分区处理
1.3.6 双风道系统
1.4 变风量空调系统(VAV)
1.4.1 采用变风量的原因
1.4.2 定风量与变风量的区别
1.4.3 变风量末端装置的形式
1.5风机盘管＋新风空调系统
1.5.1 风机盘管的构造、类型和基本参数
1.5.2 系统的新风供给方式
1.5.3 系统中的新风终状态的处理方式
1.5.4 风机盘管的水系统与调节
1.6商用、户式中央空调、变流量系统
1.6.1 商用中央空调
1.6.2 户用中央空调
1.6.3 变流量系统（VRV）
1.1 中央空调系统的组成
中央空调系统主要由制冷制热设备或装置（压缩机、压缩冷凝机组、冷水机组、空调箱、锅炉、喷水室等）、管路（制冷剂管路、冷媒管路、载冷剂管路等）、室内末端设备（室内风管水管、散流器、风机盘管、空调室内机等）、室外设备（室外风管、冷却塔、风冷式冷凝器等）、水泵、控制装置及附属设备等组成。
中央空调系统的组成参见图1-1和图1-2，多房间的单风道全空气空调系统参见图1-3。
图1-1 中央空调系统组成示意图1 图1-2 中央空调系统组成示意图2
(多房间的单风道全空气空调系统动画演示)
中央空调系统的组成及举例参见表1-1。
组成举例
空气分布、输送系统送、回风管道、散流器等空气处理设备空调箱、风机盘管
冷媒输送系统冷冻水泵、冷冻水管路及附件
冷热源冷水机组、锅炉等
热媒输送系统热水泵、热水管路及附件
散热系统冷却风系统或冷却水系统
图1-4所示是组合式空调机组夏季运行工况示意图，图1-5是卧式风机盘管构造图。
（组合式空调机组动画演示）
（卧式风机盘管构造图）
图1-3和图1-4分别是卧式风机盘管实物图和吸顶式风机盘管实物图。
图1-3 卧式风机盘管实物图1-4 吸顶式风机盘管实物
中央空调冷冻水、冷却水、热水系统举例参见图1-5
图1-5中央空调冷冻水、冷却水、热水系统举例1.2中央空调系统的分类与比较
1.2.1中央空调系统的分类
中央空调系统主要按如下方式分类，参见图1-6：
(1)按空气处理设备的集中程度分
(2)按承担负荷的介质来分
(3)按空调系统的用途分
(4)按对建筑物内空气来源分
图1-6 中央空调系统常见分类方式
其他的分类方法有：
按风量是否固定分：定风量系统、变风量系统
按风管内空气流速分：低速系统（<8m/s）、高速系统（ >20～30m/s ）
按用途分：工艺性空调、舒适性空调
按系统精度分：一般性空调、恒温恒湿空调
按运行时间分：全年性空调、季节性空调
按使用场所分：大型工民建筑用空调、商用空调、户式空调
1.2.2典型空调系统的比较
把集中式（以定风量全空气系统为例）、半集中式（以风机盘管＋新风系统为例）、分散式（以单元式空调机为例）空调系统进行比较。
1.2.2.1集中式空调系统
集中式空调系统将空气处理过程组合在一个或几个空气调节机组（或称空调箱）内进行，然后通过空气输送管道和空气的分配器送至各个房间。这种空调系统又称中央空调系统。
集中空调系统根据处理空气的来源情况，又分直流式、封闭式和回风式，一般空调系统均为回风式空调系统。回风式空调系统又按送风前在空气处理过程中回风参与的混合次数不同，分为一次回风式和二次回风式。让回风与新风先混合，然后加以处理，达到送风状态，这种只混合一次的集中式系统，称为一次回风式系统。让新风与部分回风混合并经处理后，再次与部分回风混合而达到要求的送风状态，称为二次回风式系统。中央空调系统为了节能，一般采用回风式，除非空调房间内存在有害物质；设计规范建议仅作为夏季降温用的空调系统，宜采用一次回风。
（一次回风露点送风单风道空调系统动画演示）
（二次回风系统的处理流程动画演示）
集中式空调按送风管的套数不同，可分为单风管式和双风管式。单风管式只能从空调机房送出一种状态经处理的空气；双风管式，用一条风管送冷风，另一条风管送热风，冷风和热风在各房间的送风口前的混合箱内按不同比例混合，达到各自要求的送风状态，再进入房间。同时，根据主送风管内的空气流速，又有低速空调系统（一般主管风速在15m/s以下）和高速空调系统（主风管流速大于15m/s）之分。高速风管内空气流速高，风管尺寸小，但风管阻力损失大，噪声高。
(多房间的单风道全空气空调系统动画演示)
（双风道定风量集中空调系统动画演示）
集中式系统按送风量是否变化，又可分为定风量系统和变风量系统。定风量系统的送风量是固定不变的，并且按最不利的情况来确定房间的送风量。变风量系统设有可根据室内负荷变化，自动调节送风量的送风装置，当室内负荷减少时，它可保持送水参数不变（不需再热），而是自动减少风量来保持室内温度的稳定，这样，由于处理的风量减少，可降低风机功率电耗及制冷机的冷量。因此，与定风量系统比较，变风量系统的初投资高一点，但它节能、运行费用低，综合经济性好。空调装置的容量越大，采用变风量系统的经济性越好。
（定风量再热式单风道空调系统动画演示）
（变风量单风道空调系统动画演示）
通常面积较大的单个空调房间（例如影剧院、体育馆、会堂、大型的展览厅、餐厅、舞厅、商场、会议室、阅览室等），或者室内空气设计状态相同、热湿比和使用时间也大致相同、且不要求单独调节的多个房间才采用集中式空调系统。“设计规范”要求集中式空调系统一般宜采用单风管式低风速空调系统。
1.2.2.2 半集中式空调系统
半集中式系统式建立在集中式空调系统基础上，先把空气集中在一空调器内进行集中处理，再送入各房间分配器，然后按各房间的具体要求，对空气进行二次处理（加热或冷却），从而使空调效果更为理想。
（半集中式双水管诱导器系统动画演示）
风机盘管加独立新风系统是典型的半集中式系统。这种系统的风机盘管分散设置在各个空调房间内；新风机可集中设置，也可分区设置，但都是通过新风送风管，向各个房间输送经新风机组作了预处理的新风。因此，独立新风系统有兼有集中式系统的特点。
通常空调房间个数较多又需要独立控制的建筑如宾馆、酒店的客房、办公楼等可采用半集中式空调系统。
此外，对已集中设置冷、热源的建筑物中的大面积空调房间，通常多设置冷量和风量都较大的单独的空调柜来进行空气处理。空调柜设置在专用的空调机房内或设于吊顶上，通过送风管向空调房间送风，这种系统相对于集中设置的冷、热源来说是半集中式系统；相对于空调房间来说又可看作是集中式系统。
1.2.2.3分散式空调系统
分散式空调系统又称局部式空调系统。这种系统没有集中的空调机房，空气处理设备全分散在被调房间内。空调房间使用空调机组者属于此类。空调机组把空气处理设备、风机以及冷热源都集中在一个箱体内，形成了一个非常紧凑的空调装置，只要接上电源就能对房间进行空气调节。因此，这种系统不需要空调机房，一般也没有输送空气的风道。
（空调机流程动画演示）
（分体式空调器原理动画演示）
（热泵式窗式空调系统原理动画演示）
(a)风冷式（分体式）热泵空调机组示意图
(b)空调机组示意图
图1-7 分散式空调示意图
分散式空调系统安装方便，使用便利，灵活性好，但维护不太方便，经济性一般不高。通常空调房间较小，又相对独立的建筑如办公楼、商店等建筑都可采用分散式空调系统。
经过对旅馆进行集中空调和局部空调的能耗和造价的比较，证明从30间客房起，集中供冷的耗电明显降低，大约节电30％左右，从造价上看，20～30间客房的窗式空调略低于集中空调，40间客房时二者相当，从50间客房起中央空调比局部空调减少，约少12％～30％。
综合耗电、造价两因素，GB50189～93规定客房超过40间应采用冷水机组集中供冷的中央空调系统。
1.2.3空调系统选择的原则
（1）选择空调系统时，应根据建筑物的用途、规模、使用特点、室外气象条件、负荷变化情况和参数要求等因素，通过技术经济比较确定。这样就可在满足使用要求的前提下，尽量做到投资省、系统运行经济和能耗小。
（2）对集中式空调系统，一般宜采用单风管式的空调系统，当房间负荷变化较大，采用变风量系统能满足要求时，不宜采用定风量再热式系统。普通舒适性空调对空调精度无严格的要求，较多采用无再热的定风量集中式系统。仅作为夏季降温用的系统，不应采用二次回风系统。
（3）空调面积较小的建筑，或建筑物中仅个别房间有空调要求，宜采用分散式空调系统。空气调节房间较多，且各房间空调要求不一的建筑物，条件许可时，宜采用四管制或双风道变风量空调系统。面积很大的空调房间，或室内空气设计状态相同、热湿比和使用时间也大致相同，且不要求单独调节的多个空调房间，通常多采用单风管、低速、一次回风、无再热的定风量集中式空调系统。
空调系统的常见选择原则见表1-2
表1-2 空调系统的常见选择原则表
1.3 全空气空调系统（AAA ）
全空气空调系统，英文为all －air conditioning system ，是全空气、单风道、低风速中央空调系统的简称。
1.3.1 全空气空调过程
图1-13到图1-19分别列举了几种全空气处理过程的焓湿图或示意图。
图1-8 一次回风无再热的空气处理过程
（一次回风定风量露点送风单风道空调系统动画演示）
图1-9 一次回风有再热的空气处理过程（一次回风定风量再热式单风道空调系统动画演示）
图1-10 一次回风无再热空气处理状态点举例
图1-11 一次回风有再热空气处理状态点举例（二次回风系统的处理流程动画演示）
1.3.2 回风方式的选定
表1-3提供了回风方式的选择依据。
1.3.3 风量平衡
1.3.3.1房间通风量与换气次数
应按冬、夏季的设计计算条件分别确定，多以解决夏季问题为基础。应区别采暖、通风、空气调节几种不同环境控制方法。
（1）夏季送风状态和送风量
对于空调建筑，夏季通风换气着重在于消除室内余热、余湿，进而保证人体的舒适健康。
全热平衡：R s c s s h M Q h M =+
s R c
s h h Q M -=
显热平衡：R p s s c s p s t c M Q t c M =+, )
(,s R p s
c s t t c Q M -=
湿平衡：10001000
R
s w s s d M M d M =
+， s R W s d d M M -=1000 p
c 通常按干空气的定压比热容近似取为1.01kJ/kg.k ，故
)
(,s R p s c s t t c Q M -=
为
近似，同其它应略有差异。
图1-12所示为夏季室内空气状态变化过程。
图1-12 夏季室内空气状态变化过程
由于入室空气同时吸收室内余热量和余湿量后，其状态即由O 变成R ，那么
这一状态变化过程的方向和特征即由热湿比1000
?--=s
R s R d d h
h ε来决定。这意味着，通过室内状态R 的热湿比线上并位于R 点下方的所有各点均可能成为待定的送风状态O 。 很明显，送风状态O 对R 点距离的远近决定了送风焓差的大小，从而影响到送风量的大小。距离越近，送风量越大，处理与输送空气所需设备容量则大，相应的初投资和运行费用也更节省些。送风量减小，将影响室内空气分布的均匀性和稳定性，并可能形成下降冷气流，影响到人体热舒适。
暖通空调规范规定了夏季送风温差的建议值，以便合理地确定送风状态和送风量。换气次数也作为衡量或制约送风量大小地指标。换气次数n=L/V （次/h ）。
室温允许波动范围(℃)
送风温差(℃)
换气次数(次/h) ±0.1～0.2 2～3 150～20 ±0.5 3～6 >8 ±1.0 6～10
≥5
＞±1.0
人工冷源≤15
天然冷源：可能的最大值
不宜小于5
温差有类似作用。送风状态点应在热湿比线上。
送风量G=Q/△I=W/△d=QX/C P ，C P 与温度有关，故为近似。 对于通风建筑，若夏季通风旨在排除室内余热余湿，可采用类似空调送风量计算的公式来确定房间的通风量，但需注意：其进风温湿度应由室外通风计算参数来决定；其排风状态也与室内设计状态不同。若通风旨在排除某种污染物，可按下式计算房间的全面通风量：
j
yp s c c M
M -=
ρ
M ——散入房间的某种污染物量 yp
c ——排风中该种污染物的允许浓度 j
c ——送风中含有该污染物的浓度
当房间同时存在余热余湿和其他空气污染物时，全面通风量按其中最大通风量计算。当散入室内的污染物量无法计算时，可按经验或换气次数来估定。（建筑环境学）
（2）冬季送风状态和送风量 图1-13为冬季送风状态变化过程
图1-13 冬季送风状态变化过程
在夏季基础上考虑。在冬季，通过围护结构的温差传热通常内向外传递，故室内余热量往往比夏季要少得多，甚至可能为负值；室内余湿量则一般相同。这
样，冬季的夏季）（冬季）(εε<'，或0<'（冬季）ε，送风温度和焓值均可能高于R ，且送热风时送风温差可更大，相应的送风量也就完全可能比夏季小。
冬季送风量的确定原则如下：
①冬夏季相同（设计、运行便利）
②冬季送风量减少（节能，满足n min 的要求，且送风温度尽量控制在45℃以下）
1.3.3.2新风量的确定
新风量为夏冬设计工况下应向室内提供的室外新鲜空气量，与室内空气品质和空调系统能耗有关。
新风量的确定一般遵循下列三个原则：
（1）满足卫生要求
新风量应能稀释室内二氧化碳，使室内二氧化碳浓度不超过1000ppm（1L/m3）,由此确定常态每人新风量为30m3/h，实际应根据设计规范确定。
工业建筑空调应保证每人新风量为30m3/h以上；民用建筑空调最小新风量见表1-4。
（2）补充局部排风量
当空调房间内有排风柜等局部排风装置时，新风量应不小于局部排风量，以保证室内正压，防止室外空气进入房间。
（3）保持房间正压
为防止室外未经处理的空气进入房间干扰室内空调参数，必须保证室内正压（室内空气压力大于室外空气压力），用新风量补充室内正压下由房间门窗等向外渗风量。普通空调系统可取5～10Pa。
室内外压差作用下每米门窗缝隙的渗透的空气量可以查《供热空调设计手册》获取。
系统新风量也可按总风量10％来计算。
最终确定原则：
最小新风量由上可确定三个值：Gf1＝局部排风量Gp＋正压渗透风量Gs
Gf2＝n×满足卫生要求风量ga
Gf3＝系统总风量×10％
新风量Gw＝max（ Gf1 ，Gf2， Gf3 ）
1.3.3.3 风量平衡
风量平衡应尽量遵循以下原则：
（1）春秋季节应尽可能提高新风比，节约能耗。
（2）全年新风量固定时：
①室内要求正压——靠门窗缝隙排风。
②室内不要求正压——有局部排风。
（3）全年新风量变化时：
①室内要求正压——靠门窗缝隙排风。
②室内不要求正压——室内无缝隙排风。
（4）一些工业空调全年采用固定的新风比（如洁净空调），一些民用建筑可采用全年新风量可变的系统。
（5）当风量特别大的时候，因风管截面积较大，为减少与建筑配合的矛盾，可根据实际情况分成多个系统，减小风管占据建筑空间。
（通风房间的风量平衡动画演示8677）
1.3.4 系统的划分
同一建筑物内平面和竖向房间的负荷差别大，各房间用途、使用时间和空调设备承压能力等均不相同，为使空调系统既能保持室内要求参数，又能经济管理，就需要将系统分区。系统分区主要考虑室内设计参数、负荷特性、建筑高度、房间使用功能和使用时间等因素。一般的方法是：
(1) 将室内温湿度基数、洁净度和噪声等要求相同或相近的房间划为一个系统。
(2) 根据空调控制精度，将室内温、湿度允许波动范围相同或相近划分为一个系统。
(3) 对大型办公楼来说，周边区（由玻璃窗到进深5米左右）受到室外气温和太阳辐射的影响，冬夏季空调负荷变化大，内部区由于远离外围护机构，室内负荷主要是人体、照明、设备等的发热，空调负荷变化较小，可能全年为冷负荷。因此，可将平面分为周边区和内部区。
(4) 在高层建筑中，根据设备、管道、配件等承压能力，沿建筑物高度方向上划分，可分为低区、中区和高区。
(5) 按建筑物各房间的用途、功能、性质和使用时间分区，例如，办公楼建筑可按办公室、会议室、食堂等设置不同的空调系统。旅馆建筑客房室全天使用的，而其他餐厅、会议室、舞厅等非全天使用，应划为不同的空调系统。医院应把洁净室要求相同的房间划为一个区，按门诊、手术室、病房、办公室分别设置空调系统。
除了双风道、变风量和水源热泵系统外，一般应注意避免把负荷特性（指热湿负荷大小及变化情况等）不同的空调房间划分为同一系统，否则会导致能耗的增加和系统调节的困难，甚至不能满足要求
同时对负荷特征一致的空调房间，规模过大时，宜划分为若干个系统，分区设置空调系统，这样会减少设备选择、管道布置、系统安装及调节控制等方面的困难。
1.3.5 分区处理
分区处理通常采用三种方式：
（1）采用末端加热器满足各分区的需要，见图1-14；
（2）采用新风处理箱和分区空气处理箱满足分区需要，见图1-15；
（3）采用分区空气处理箱满足分区需要，见图1-16。
图1-14 采用末端加热器满足各分区的需要
图1-15 采用新风处理箱和分区空气处理箱满足分区需要
图1-16 采用分区空气处理箱满足分区需要
系统划分时尽量把室内参数、热湿比等相近的房间组合在一个系统；但为了减少投资和运行费用，空调要求或条件不同的房间也有必须组合成一个系统的情况，这时可以在集中系统上加辅助措施，也可以集中处理新风或相对集中处理新风以满足实际要求。
1.3.6 双风道系统
双风道空调系统也是全空气空调系统，设有两条送风管道（送热风、送冷风）和一条回风管道。
1.3.6.1 构成
分别设有冷、热风道（管路风速常为15～25m/s），每房间设有混合箱将冷、热风混合，混合比例由室温传感器控制，混合比例不会受其他房间调节冷热风比时管路内系统压力变化的影响。一次回风方式，回风管道集中布置，为稳定室内压力采用双风机。参见图1-17
图1-17 双风道空调系统示意图
（双风道定风量集中空调系统动画演示）
（双风量定风量混合箱工作原理动画演示）
1.3.6.2 种类
双风道系统主要有冷热风分别处理和露点再热两种方式。
（双风道定风量冷热风分别处理空调系统动画演示）
（定风量再热式双风道空调系统动画演示）
1．3．6.3 特点与应用
双风道系统具有全空气空调方式的一般优点，还具有自身优点：
（1）房间的个别控制性能好；
（2）同一时间内可供冷、供热；
（3）因直接用冷、热空气混合，室温调节反应迅速；
（4）冬季和过渡季节的冷源和夏季的热源可利用室外新风。
缺点：
（1）冷热风混合调温有能量损失，全年送风动力较高（高速风管），运转费用高；
（2）双风管材料、安装人工费用高；
（3）双风管布置难度大；
（4）不能精确控制室内湿度。
应用：
在使用要求较高的高级办公楼、建筑造型及功能复杂、冷热负荷分布规律性差的建筑。但因能耗较大现在使用减少。
设计双风管空调系统时，可采用下列数据：
冷风温度全年为12～15℃，夏季热风温度比室温高3℃，冬季热风温度为35～45℃，过渡季热风温度为25～35℃。
冷风量按总风量的100％计算，热风量按总风量的50％～70％考虑。常用高速风管以减小风管断面尺寸，混合箱后采用低速风管。
1.4 变风量空调系统(VAV)
1.4.1 采用变风量的原因
定风量系统其送风量是根据空调房间最大冷负荷确定的，但实际上房间的冷负荷是变化的，当负荷减小时，就要减小送风温差和送风湿度差来达到平衡。如此不仅增加加热量消耗，还浪费了冷量。最好采用变风量。即送风温差不变，通过空调末端装置来改变送风量。
（变风量单风道空调系统）
1.4.2 定风量与变风量的区别
定风量与变风量的区别详见表1-5。
表1-5 定风量与变风量的区别表
定风量系统的送风量是固定不变的，并且按最不利的情况来确定房间的送风量。变风量系统设有可根据室内负荷变化，自动调节送风量的送风装置，当室内负荷减少时，它可保持送水参数不变，自动减少风量来保持室内温度的稳定。由于处理的风量减少，可降低风机功率电耗及制冷机的冷量。
与定风量系统比较，变风量系统的初投资高一点，但它节能、运行费用低，综合经济性好。空调装置的容量越大，采用变风量系统的经济性越好。
1.4.3 变风量末端装置的形式
变风量末端装置可分为节流型、旁通型和诱导型三种。
其中节流型变风量风口应用最广泛，其结构种类很多，普通节流型VAV末端装置和带风速传感器的电子式VAV末端装置是典型代表。
（节流型变风量系统动画演示）
（节流型变风量风口动画演示）
（用开关风门控制风量的空调动画演示）
图1-18 电子式VAV末端装置
VAV装置关小后管内静压变高，此时可利用静压控制器调低风机的转速减小风量。
（VAV系统的风量控制原理动画演示）
1.5风机盘管＋新风空调系统
风机盘管机组常和经过独立处理的新风系统相结合，这样的中央空调系统称为风机盘管＋新风系统。
风机盘管加新风空调系统是空气——水空调系统中的一种主要形式，也是目前我国民用建筑中采用最为普遍的一种空调形式。它以投资少、使用灵活等有点广泛应用于各类建筑中。
1.5.1 风机盘管的构造、类型和基本参数
1.5.1.1 风机盘管的构造
风机盘管机组由盘管（表冷器，一般为2～3排）和风机（前向多叶风机和贯流风机）组成，风量在250～2500m3／h。
风机盘管的构造图见图1-19到图1-20。
图1-19 立式风机盘管结构图
图1-20 卧式风机盘管结构图
图1-21 卧式风机盘管实物图