暖通空调系统的分类、原理、选型与设计（上篇）

一、有关中央空调的基础知识

1.1什么是制冷剂，其工作原理是什么？

答：在被冷却对象和环境介质之间传递热量，并最终把热量从被冷却对象传给环境介质的制冷机中进行制冷循环的工作物质。

其工作原理是制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物质的热量而蒸发，在冷凝器中将所吸收的热量传给周围的空气或者水，而被冷却为液体，往复循环，借助于状态的变化来达到制冷的作用。

1.2什么是载冷剂，其工作原理是什么？

答：将制冷装置的制冷量传递给被冷却介质的媒介物质。 

如常用的空调冷冻水，其在蒸发器内被冷却降温，然后远距离输送，来冷却需要被冷却的物体。目前常用的载冷剂有水，它只能用于高于0 ℃的条件，当要求低于0 ℃时。一般采用盐水，如：氯化钠或者氯化钙水溶液或者采用乙二醇、丙二醇等有机化合物的水溶液。

1.3什么是显热？

答：对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加进去后，物质的温度就升高，加进热量的多少在温度上能显示出来，即不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。如对液态的水加热，只要它还保持液态，它的温度就升高；因此，显热只影响温度的变化面不引起物质的形态的变化。例如机房中、其计算机或程控交换机的发热量很大，它属于显热。

显热变化可以用温度测量仪器进行测量。

1.4什么是潜热？

答：对液态的水加热，水的温度升高，当达到沸点时，虽然热量不断的加入，但水的温度不升高，一直停留在沸点，加进的热量仅使水变成水蒸气，即由液态变为气态。这种不改变物质的温度而引起物态变化(又称相变)的热量称为潜热。如计算机房中、工作人员人体发热以及换气带进来的空气含湿量，这些热量称为潜热。(全热等于显热与潜热之和。)

如果使液体变为气体，那么该潜热为汽化潜热。

如果使气体变为液体，则该潜热称为凝结潜热。

潜热变化不能用温度测量仪器进行测量。

1.5什么是动压、静压、全压？

答：在选择空调或风机时，常常会遇到静压、动压、全压这三个概念。根据流体力学知识，流体作用在单位面积上所垂直力称为压力。当空气沿风管内壁流动时，其压力可分为静压、动压和全压，单位是 mmHg或 kg／m2或 Pa，我国的法定单位是 Pa。 

静压(Pi)： 由于空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压力称为静压。计算时，以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压。以大气压力为零点的静压称为相对静压。空调中的空气静压均指相对静压。静压高于大气压时为正值，低于大气压时为负值。

动压(Pb)： 指空气流动时产生的压力，只要风管内空气流动就具有一定的动压，其值永远是正的。

全压(Pq)： 全压是静压和动压的代数和：Pq＝Pi十Pb 全压代表 l m3气体所具有的总能量。若以大气压为计算的起点，它可以是正值，亦可以是负值。

    

2、空调的分类

2.1按照使用目的，空调可分为哪几类？

★舒适空调---要求温度适宜，环境舒适，对温湿度的调节精度无严格要求、用于住房、办公室、影剧院、商场、体育馆、汽车、船舶、飞机等。 

★工艺空调---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。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。 

2.2按照空气处理方式，可分为哪几类？ 

★集中式（中央）空调---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选用，如宾馆、办公楼、船舶、工厂等。系统维修管理方便，设备的消声隔振比较容易解决。

 

★半集中式空调---既有中央空调又有处理空气的末端装置的空调系统。这种系统比较复杂，可以达到较高的调节精度。适用于对空气精度有较高要求的车间和实验室等。 

★局部式空调---每个房间都有各自的设备处理空气的空调。空调器可直接装在房间里或装在邻近房间里，就地处理空气。适用于面积小、房间分散、热湿负荷相差大的场合，如办公室、机房、家庭等。其设备可以是单台独立式空调相组，如窗式，分体式空调器等。也可以是由管道集中给冷热水的风机盘管式空调器组成的系统，各房间按需要调节本室的温度。 

2.3按照制冷量可分为哪几类？ 

★大型空调机组---如卧式组装淋水式，表冷式空调机组，应用于大车间、电影院等。 

★中型空调机组---如冷水机组和柜式空调机等，应用于小车间、机房、会场、餐厅等。 

★小型空调机组---如窗式、分体式空调器，用于办公室、家庭、招待所等。

2.4按新风量的多少来分，空调可以分为哪几类？ 

★直流式系统---空调器处理的空气为全新风，送到各房间进热湿交换后全部排放到室外，没有回风管。这种系统卫生条件好，能耗大，经济性差，用于有有害气体产生的车间。实验室等。 

★闭式系统---空调系统处理的空气全部再循环，不补充新风的系统。系统能耗小，卫生条件差，需要对空气中氧气再生和备有二氧化碳吸式装置。如用于地下建筑及潜艇的空调等。 

★混合式系统---空调器处理的空气由回风和新风混合而成。它兼有直流式和闭式的优点，应用比较普遍，如宾馆、剧场等场所的空调系统。 

按送风速度分：高速系统---主风道风速20－30m/s。低速系统---主风道风速12m/s以下。

    

3、有关空调的常用术语

3.1名义制冷量：

答：单位时间内，空调器在名义制冷工况下从空间区域或房间内排除的热量，就叫名义制冷量。

3.2名义制热量：

答：单位时间内，空调器在名义制热工况下向空间区域或房间内释放的热量。

3.3能效比（EER-COOLING）：

答：单位电动机输入功率的制冷量大小。是反映空调器制冷运转时的制冷量与制冷功率之比,单位W/W。国家标准规定，2500W空调的能效比标准值2.65；2500W至多4500W空调的能效比标准值为2.70。

3.4性能参数（COP-HEATING）：

答：制冷压缩机的性能参数COP值，即：单位轴功率的制冷量。轴功率（压缩机的耗功率）指电动机传至压缩机机轴上的功率，主要包括直接用于压缩空气的所耗功率和克服运动机构的摩擦阻力所耗功率。

    

4、几种常见空调主机形式？

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，而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。

2）VRV系统：

是variable Refrigerant Volume系统的简称，即制冷剂流量可变式系统。其形式为一组室外机，由功能机和恒速机，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）模块机：

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。

4）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。

5）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。

6）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。

7）溴化锂吸收式冷水机组：

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。

5、 中央空调机组分类

中央空调机组是中央空调系统的核心部分。合理选择机组，对于一个中央空调项目来说至关重要。就冷（热）水机组的制冷方式和结构分类，可划分为以下几种类型：

二、中央空调工作原理

1、压缩式空调制冷工作原理？

答：空调在作制冷运行时，低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入后加压变成高温高压的制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体在室外换热器中放热（通过冷凝器冷凝）变成中温高压的液体（热量通过室外循环空气带走），中温高压的液体再经过节流部件节流降压后变为低温低压的液体，低温低压的液体制冷剂在室内换热器中吸热蒸发后变为低温低压的气体（室内空气经过换热器表面被冷却降温，达到使室内温度下降的目的），低温低压的制冷剂气体再被压缩机吸入，如此循环。

2、空调制热运行原理？

答：空调在作制热运行时，低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入后加压变成高温高压的制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体在室内换热器中放热变成中温高压的液体（室内空气经过换热器表面被加热，达到使室内温度升高的目的），中温高压的液体再经过节流部件节流降压后变为低温低压的液体，低温低压的液体在换热器中吸热蒸发后变为低温低压的气体（室外空气经过换热器表面被冷却降温），低温低压的气体再被压缩机吸入，如此循环。

3、空调系统组成部分

空调系统有四大件，它们是压缩机、冷凝器、蒸发器和节流部件。

3.1压缩机知识简介

压缩机是整个空调系统的核心，也是系统动力的源泉。整个空调的动力，全部由压缩机来提供，压缩机就相当于把一个实物由低势位搬到高势位地方去，在空调中它的目的就是把低温的气体通过压缩机压缩成高温的气体，最后气体在换热器中和其他的介质进行换热。

3.2换热器知识简介 

根据在空调上的作用不同，换热器可分为冷凝器和蒸发器。现在就冷凝器和蒸发器的分类和区别述说一下。

（1）冷凝器：

冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压的制冷剂过热蒸汽冷却成液体或气液混合物。制冷剂在冷凝器种放出的热量由冷却介质（水或空气）带走。冷凝器按其冷却介质和冷却的方式，可以分为水冷式、空气冷却式、水和空气混合冷却式三种类型。由于文字限制，详见制冷百科相关文章。

（2）蒸发器：

蒸发器的作用是利用液态低温制冷剂在低压下易蒸发，转变为蒸气并吸收被冷却介质的热量，达到制冷目的。

蒸发器的种类：  蒸发器按冷却介质的不同，分为冷却液体载冷剂、冷却空气或其他气体的两大类型。在冷却液体载冷剂的蒸发器中，有水箱式（沉浸式）蒸发器（包括立管式、螺旋管式、蛇型式）、板式蒸发器、螺旋板式蒸发器、壳管式蒸发器（包括卧式蒸发器、干式蒸发器）等。在冷却空气蒸发器中，有空调用翅片蒸发器、冷冻冷藏用空气空气冷却器（冷风机）及排管蒸发器等。由于文字限制， 详见制冷百科相关文章。

3.3节流结构知识简介 

节流部件： 节流部件是制冷系统不可缺少的四大部件之一。它的作用是使冷凝器出来的高压液体节流降压，使液态制冷剂在低压（低温）下汽化吸热。所以，它是维持冷凝器中为高压、蒸发器为低压的重要部件。

3.4气液分离器知识简介 

在蒸发器中，由于液体在蒸发器中蒸发，由液体变为气体的过程，由于考虑负荷的变化，可能会有一部分的制冷剂未全部蒸发，而会直接进入到压缩机。由于液体的不可压缩性，所以在未进入压缩机之前，首先要通过气液分离器，以确保进入压缩机全部为汽体，保证压缩机能正常的运转。

气液分离器安装与压缩机的进口端，主要是防止返回压缩机的低压低温蒸汽携带过多的液滴，防止液体制冷剂进入压缩机气缸，分离器同时具有过滤、回油、贮液等功能。

气液分离器使用时应注意：

★尽可能靠近压缩机；

★在换向系统中，气液分离器应该安装在换向阀和压缩机之间；

★正确的安装进口（从蒸发器来）出口（去压缩机吸气口）；

★必须向上安装；

★合适大小的气液分离器的接口不一定和压缩机的吸气口一致。

3.5储液器知识简介

制冷系统中的高压储液器（也称储液筒）是装在冷凝器和膨胀阀之间的，它的功能可归纳为以几个方面：

★储存冷凝器的凝液

★适应蒸发器的负荷变动对供应量的需求

★作为系统中高低压侧之间的液封

储液器的形式有多种，有单向和双向之分；有一出口和两出口之分；有立式和卧式之分。

3.6油气分离器知识简介 

油气分离器安装在压缩机和冷凝器之间。它的工作原理为：压缩机的排气是氟里昂和润滑油的混合气体，通过油分离器的较大的腔体减速，雾状的油就会聚集在冲击的表面上，当聚集成较大的油滴后，流向油分离器的底部，并通过回油装置返回压缩机。

3.7干燥过滤器 知识简介

过滤器的作用是：为了防止制冷剂里含有水份或由于不可减少的元素等原因使系统里进入水份，当从冷凝器出来的高温液体进入膨胀阀后，液体的温度会大幅度的下降，一般都在零度以下，这时如果系统里含有水分的话，由于膨胀阀通过的截面很小，就会易出现冰堵的现象，影响系统的正常的运行。

3.8四通换向阀知识简介

四通换向阀适用于中央空调、单元式空调器等热泵型空调系统，它被用来切换制冷工质的流通路径，以达到制冷和制热的目的。

3.9水泵知识简介

水泵，是用于加速水流动的工具，以达到加强水在换热器中换热的效果。

3.10压力控制器

压力控制器用作压力控制和压力保护之用，机组有低压和高压控制器，用来控制系统的压力的工作范围，当系统压力到调定值时，开关自动切断（或接通）电路。

3.11压差控制器

压差控制器用作压力差的控制，当压力差到达调定值时，开关自动切断（或接通）电路。

3.12温度控制器

温度控制器用作机组的控制或保护，当温度到达调定值时，开关自动切断（或接通）电路。在我们的产品上，温度的控制常用到，用水箱温度来控制机组的开停机情况。还有些象防冻都需要用到温度控制器。

3.13视液镜

视液镜用于指示： 

1、制冷装置中液体管路的制冷剂的状况； 

2、制冷剂中的含水量；

3、回油管路中来自油分离器的润滑油的流动状况。有的视液镜带有一指示器，它通过改变其颜色来指出制冷剂中的含水量。（绿色表示干燥，黄色表示潮湿）

3.14膨胀水箱的作用：

1、因温度变化而引起水的体积变化，膨胀水箱用来贮存这部分膨胀水；

2、对系统起稳压定压的作用；

3、能给系统补偿部分水。

3.15冷却塔知识简介 

冷却塔的作用是将挟带热量的冷却水在塔内与空气进行换热，使热量传输给空气并散入大气。冷却塔中水和空气的换热方式之一是，流过水表面的空气与水直接接触，通过接触传热和蒸发散热，把水中的热量传输给空气。用这种方式冷却的称为湿式冷却塔。湿式冷却塔的换热效率高，水被冷却的极限温度为空气的湿球温度。但是，水因蒸发而造成损耗；蒸发又使循环的冷却水含盐度增加，为了稳定水质，必须排掉一部分含盐度较高的水；风吹也会造成水的飘散损失。必须有足够的新水持续补充。因此，湿式冷却塔需要有供给水的水源。缺水地区，在补充水有困难的情况下，只能采用干式冷却塔。干式冷却塔中空气与水的换热是通过由金属管组成的散热器表面传热，将管内水的热量传输给散热器外流动的空气。干式冷却塔的换热效率比湿式冷却塔低，冷却的极限温度为空气的干球温度。这些装置的一次性投资大，且风机耗能很高。冷却塔冷却水的过程属热质传递过程。被冷却的水用喷嘴、布水器或配水盘分配至冷却塔内部填料处，大大增加水与空气的接触面积。空气由风机、强制气流、自然风或喷射的诱导效应而循环。