淺談中央空調系統

魏同濟（天津中發機電工程有限公司天津300000）

淺談中央空調系統

魏同濟
（天津中發機電工程有限公司天津300000）

本文根據中央空調系統的組成及其特點，結合在實踐中的應用分析中央空調系統主要采取的節能措施及所能達到的預期經濟效益。

冷熱源系統；空氣調節系統；空調發展；節能措施

引言

隨著中國經濟的增長及人民生活水平的不斷提高，人們對居住環境也提出了越來越高的要求，因此中央空調系統的應用已不僅僅存在于大型的公共建筑之中，也將會更多的應用到每一位普通老百姓的家中。

1 中央空調組成要件

中央空調系統是由冷源、熱源系統與空氣調節系統組成。它采用卡諾循環為原理對空氣調節系統提供所需的冷量及熱量以抵消室內冷、熱負荷的一種方式。制冷系統是中央空調系統至關重要的部分，其組成將直接影響了中央空調系統在運行中的合理性、經濟性及高效性。

1.1 冷源、熱源系統

空調用制冷技術屬于普通制冷范圍，其主要采用的方法為卡諾原理對使用空間的冷、熱負荷進行調節。（主要是利用液體氣化過程需要吸收熱量，而液體不同其壓力不同，從而不同液體沸點也不盡相同，壓力越低導致沸點也就越低。根據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。而制熱系統應用的為卡諾逆向原理，其原理與制冷系統正好相反。壓縮機吸入低溫低壓氣體經過壓縮機壓縮使其成為高溫高壓氣體，高溫高壓氣體通過換熱器把水溫提高，同時高溫高壓氣體會凝結為液體。液體再由蒸發器進行蒸發，變為低壓低溫氣體，低壓低溫氣體再次被壓縮機吸入進行壓縮。

冰蓄冷系統，冰蓄冷的應用是根據電力系統用電調峰的情況，在電力負荷較低的時期，利用電價的優惠，采用電制冷主機進行制冰制冰，并貯存在蓄冰槽中，在電力負荷較高的白天，避開用電高峰負荷，間歇或停止運行電制冷主機，把蓄冰槽中儲存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調負荷的需求，該系統通過對應用可以減少高峰時期的用電負荷，同時避免低谷時期電力系統供電所產生的電力資源的浪費，達到了能源效益與經濟效益的雙豐收。

1.2 空氣調節系統

1.2.1 根據空氣處理設備的設置分類可分為：

（1）集中系統是指將所有的空氣處理設備全部放置在一個集中的空調機房內，該系統一般應用在大、中型的工業建筑或民用建筑內。

（2）半中系統是指除去空調機房以外，還將一些空調設備放置在其他分散的房間內，其中多數設置有冷熱源交換裝置，它的主要作用是對來自集中處理設備的空調進一步進行補充處理，一般應用在中型建筑內。

（3）全分散系統是指將記住把冷熱源和空氣處理及輸送設備放置在一個空間內，從而形成一個緊湊的系統，可根據需求分散的設置在空調機房內，無需設置集中的空調機房。

1.2.2 根據吸收室內負荷介質種類的不同可分為：

（1）全空氣系統是指房間內的負荷全部由經過處理的空氣進行吸收調節的空調系統，由于空氣系統的比熱值小，因此吸收同等質量的負荷所需要的空氣量較多，所需要安裝的風管道斷面積較大，風速較高，因此一般應用于有特殊需求的大空間內。

（2）全水系統是指房間內的負荷全部有水作為媒介進行吸收調節空調系統，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，可節省空間。但僅靠水系統無法解決通風換氣的問題，一定時間內房間內容易產生較多的二氧化碳導致使用者的不適，因此此種方法無法單獨被采用。

（3）空氣-水系統根據上述兩種系統的優缺點，對上述兩種方法的綜合，大型建筑空調系統的一般采用空氣-水系統進行空間內負荷的調節。常用方法有風機盤管加獨立新風系統，此種方法既解決了全空氣系統占用空間大的缺陷，又能避免全水系統無通風換氣的缺點，因此在目前被廣泛的進行應用。

（4）冷劑系統是指采用制冷劑（一般為氟化物）為介質來通過蒸發器來吸收室內的余熱余濕。但由于制冷劑輸送管道不能長距離進行輸送，因此該系統只能應用于局部分散系統，在使用上有一定的限制。制冷劑系統也可以與空氣系統結合使用形成空氣-冷劑系統。

1.2.3 根據空調系統處理空氣來源形式分類可分為：

（1）封閉式系統根據說處理的空氣全部由機房本身進行提供，無其他外部空氣進行補充，機房內空氣為再循環空氣，使得空氣形成一個閉合環路。這種系統消耗能源較少，但是室內環境較差。當人長時間停留在該場所，且在門窗緊閉的情況下，外界空氣無法進入，無法達到空氣的再生，室內空氣質量較差。該系統形式僅可用于戰時的地下隱蔽處所等戰備工程以及人員很少流動的倉庫等地。

（2）直流式系統它與封閉系統相對應，所處理空氣直接源于室外，處理后再進入室內，后直接排出在外，空氣不形成閉合回路，該系統能耗較大，主要應用于無法使用回風的場所如散發大量有害物質的車間、試驗室能部位，但在一些地方可以設置能量回收裝置，以減少能量消耗大的問題。

（3）混合式系統該系統是將上述兩種系統的優缺點進行綜合。這樣既可以滿足封閉系統耗能少，又能滿足直流式系統衛生環境好的要求，使空氣處理做到經濟合理，因此在目前的工程當中該系統被廣泛應用。

2 中央空調系統發展歷史

上世紀六、七十年代，美國發生了罕見的干旱天氣，為了更好的解決干旱缺水地區的空調冷熱源問題,美國率先研制出風冷式冷水機,采用空氣散熱的方式來代替冷卻塔散熱,英文名稱是:Air cool Chiller,簡稱為Chiller!

在空氣處理發展的歷史中美國和日本一直走在了世界的前沿。美國作為世界上最大的空調市場，占據世界空調設備總額的30%左右。其使用的大多數為有風管的單元式空調系統，但熱泵的使用比例相對較低。且美國的市場與其他國家有一些差別，原因是：美國的國土面積大，大多人居住在人員較少的空曠地區，能源價格低，在全國范圍內電力及燃氣的使用效率高。強大的工業基礎和相對較低廉的安裝維護費用推動者美國中央空調系統的發展。

在日本，因為上世紀八十年代氟利昂制冷劑的使用對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，各國家的廠商開始重視溴化鋰技術的應用。逐漸日本的家用壁掛式空調越來越多的走進了普通家庭的視野。隨著技術的日臻成熟，人們生活水平的提高，這種空調如今被廣泛的中國老百姓所接受。

在我國，自1987年開利公司在上海建立首家合資公司以來，中央空調的發展在中國也進入了快速的發展道路，目前包括了開利、麥克維爾、約克等進口品牌及美的、格力為代表的國產品牌。2003-2013年的11年時間里中央空調市場由85億增長到644億，CAGR達到22.45%。中國的出口規模已達到了世界領先水平。而按照產品類型來看，多聯機、單元機及大型水機（離心機、螺桿機）占據著市場的主導地位。其中多聯機、單元機占據著中國小冷量中央空調的中間力量，而大型水機則以無可替代的制冷量始終主導著大型商用市場，并成為未來市場的風向標。

3 中央空調系統的特點

（1）中央空調系統具有舒適性高，可將全部居室的空氣調節作為整體來實現，避免了常規分體對區域的劃分而造成的冷熱不均的現象。

（2）中央空調系統可以通過巧妙的設計及安裝，實現與整體的裝飾風格協調統一。其室內機的安裝有多重形式，用戶可根據裝修風格和個人喜好進行選擇合適的出風方式。

（3）中央空調系統以水為介質，避免了氟物質的泄露，避免了大氣環境的破壞。

（4）中央空調系統可以配置新風處理設備，將室外自然風引入室內，從而保證室內空氣的清新、衛生，避免因頻繁開窗換氣而造成的室內環境溫度的下降和資源的浪費。

（5）中央空調系統的室內及可以設置單獨的溫控器，隨時調節各使用房間的溫度、風量。各房間內設備的調節可獨立進行互補干涉，各家庭成員可根據各自使用房間調節環境溫度達到舒適協調。考慮到家庭內各區域的使用空調的時間及機會不一同，裝機容量可以相對縮小，真正達到省錢的目的，比普通的家用空調省點在30%以上。

（6）中央空調系統管理運行靈活方便。中央空調系統制冷站可直接控制制冷冷機開停時間和冷量大小。可根據氣候變化進行調節。以解決運行費用。

（7）中央空調系統使用壽命長，且故障少好維修。中央空調系統無論是空調機組還是送回風管管道系統，還是風機盤管和新風系統均不易發生故障，而制冷設備則在制冷站內便于維修。

4 中央空調系統的節能與社會效益

當前建筑能源消耗占到總能源消耗的30%，而在中央空調的建筑物中能源消耗占到了70%。中央空調系統作為社會最重要的能耗系統需要消耗大量的社會能源。因此通過優化中央空調的內部能源系統能夠降低能耗，節約資源的同時也能夠增加社會及經濟效益。

中央空調系統節能是一項系統性工程，要求在能源利用的各個環節從規劃設計到施工運轉的全國程中貫徹節能的觀點，才可以達到節能的效果，無論哪個環節的浪費也不能說該系統是節能的。中央空調系統是一個復雜的系統，系統設計的優劣直接影響到中央空調系統的使用性能。例如，設計的設計復合往往是以最大的負荷進行設計，而運行實在部分負荷的情況下進行設備運行，如果設計的部分系統不能滿足運行的部分負荷，那么能源的消耗是巨大的。又如，新風系統的開啟應該是隨著外界環境溫度的變化，以最大的限度縮短設備的開啟時間。又如，在設計過程中增加外圍護結構的保溫性能，減少熱損失，降低空調的設計負荷，從而達到節能要求。

可以說空調的設計對節能起著至關重要的作用。在施工過程中應嚴格依照設計圖紙內容和施工驗收規范的要求進行施工，盡量優化水管管路及閥門的使用，減少管內介質的阻力損失降低能量損失。做好水管道保溫工作，防止負荷在管道流動過程中造成能量的損失。

為了能夠使中央空調系統正常運行，在使用之初應增強對人員操作的培訓，提高人員的素質，建立健全操作及使用制度，使得各項中央空調系統調節和節能措施的效果能夠得到改善，提高良好的社會與經濟效益。

做好中央空調的節能措施，有利于更好發揮中央空調系統在社會生產建設的應用，給人員以良好的舒適的生活空間。

[1]《空氣調節》（第四版）范存養編中國建筑工業出版社

[2]中央空調能耗現場與節能途徑探討[J]劉憲英中國建設信息2005-06-08

[3]建筑空調節能措施的幾點建議[J]焦磊中國新技術產品2009（4）

[4]建筑空調節能技術探討[J]尚立斌高喜玲中國科技信息2009（14）