第 7 章 . 冷剂式空调系统

1. 第7章.冷剂式空调系统 1.定义:空调房间的负荷由制冷剂直接负担的系统,又称机组式系统。 2.供冷(或供热)方式:制冷系统蒸发器(或制冷凝器)直接从空调房间吸收(或放出)热量. 3.机组组成:空气处理设备(空气冷却器、空气加热器、加湿器、过滤器等)通风机和制冷设备(制冷压缩机、节流机构等).

2. 4.设计选用:制造厂家整机供应,用户按机组规格、型号选用不需对各部件与设备分别进行选择计算.4.设计选用:制造厂家整机供应,用户按机组规格、型号选用不需对各部件与设备分别进行选择计算. • 5.常用类型: • （1）房间空调系统 • （2）单元式空调机系统; • （3）变制冷剂流量空调系统; • （4）水环热泵空调系统.

3. 7.1冷剂式空调系统的特点 • 与全空气、空气-水空调系统(中央空调)相比,机组式系统有如下特点: • 1.结构紧凑,体积小,占地面积小,自动化程度高 • 2.空调机组可设于房间内,也可安于机房内,占面积小. • 3.机组分散布置,各房间可根据需要停开各自的空调机组,可满足不同的使用要求;各房间不会相互污染、串声，发生火灾时,也不会通过风蔓延，对防火有利.但维修与管理麻烦. • 4.机组安装简单、工期短、投产快、风冷式接上电源即可使用。 • 5.热泵机组有显著节能效益和环保效益.

4. 冷剂式空调系统的特点 • 6.机组就地制冷、热、冷、热量输送损失小. • 7.能量消费计量方便，便于分户计量、收费。 • 8.机组能源选择和组合受限制。目前，普遍采用电力驱动. • 9.制冷性能系数较小,一般在2.5~3.机组不能按室外气象参数变化和室内负荷变化实现全年多工况进行调节，过度季也不能用全新风. • 10.整体式机组、房间内噪音大、分体式噪音低。 • 11.设备使用寿命较短,一般的10年。 • 12.对建筑外观有影响，破坏立面，噪声、凝结水、冷凝器热风对环境污染。

5. 7.2 空调机组的分类 • 一.按空调机组外型分 • 单元柜式空调机组、窗式空调器和分体式空调器 • 1.单元柜式空调机组 • 全部设备安装在柜式箱体内，可安装在空调房间或邻室内。 • 目前国产机组制冷量范围为7～116.3KW （6000-100000kca/h），最常见的制冷量为23kW（20000kca/h）和35kW（30000kcal/h）

6. 2.窗式空调器 • 安装在窗口上或外墙上的一种小型房间空调器。 • 全部设备装在箱内,冷量1.5～7KW (1300 -6000kcal/h），压缩机功率在0.4-2.2kW,电源可为单相，也可为三相。其功能可使房间温度控制在18-28℃，最大偏差为士2℃ • 3.分体式空调机 • 把制冷压缩机、冷凝器（热泵运行时蒸发器）同室内空气处理设备分开安装的空调机组。 • 冷凝器与压缩机一起组成一机组，一般置于室外，称室外机； • 空气处理设备组成另一机组，置于室内，称室内机。室内机可有壁挂式、落地式、吊顶式、嵌人式等。室内机和室外机之间用制冷剂管路连接.

7. 二.按空调机用途分类 • 可分为：恒温恒湿、冷风机、房间空调器和特殊用途机组。 • 1.恒温恒湿空调机组： • 适用于精密机械、光学仪器、电子仪表等车间及计量室。科研实验等有恒温恒湿要求的房间，基准要求可控制在20～25℃，精度 ±1℃，相对湿度50～60%±10%。

8. 2.冷风机组 • 用于夏季降温去湿，适用于民用与建筑的舒适性空调，温度24～27℃，湿度40%～70%． • 3.房间空调器 • 指制冷量在12kW以下（我国规范规定）风冷式、冷风型〔或热泵型）的小型空调机组。主要用于家庭或房间的舒适性空调 • 4.特殊用途的空调机组 • 是根据某些被调房间提出的特殊要求，而由工厂组装成的专用空调机组。 • 如：电子计算机房的专用空调机组，程控机房专用空调机组、低温空调机组、净化空调机组和谷物冷却机等

9. 三、按空调机组制冷系统的工作情况分 • 可分为热泵式空调机组和单冷式空调机组 • 1.热泵式空调机组通过换向阀的变换，在冬季实现制热循环，在夏季实现制冷循环. • 2.单冷式空调系统仅在夏季实现制冷循环

10. 四、按空调机组中制冷系统的冷凝器形式分 • 可分为水冷式空调机组和风冷式空调机组 • 1.水冷式 • 冷凝器用水冷却,带走冷凝热，冷却塔水循环使用,通常不允许直接使用地下水或自来水. • 2.风冷式: • 冷凝器用空气冷却带走冷凝热，制冷性能系数低于水冷, 但无须设冷却塔和循环水泵,安装运行简便

11. 7.3房间空调器 • 一、窗式空调器 • 窗式空调器的系统原理图。它由两部分组成，即空气处理部分和制冷系统部分。

13. 制冷剂循环路线为： • 压缩机1～冷凝器2～毛细管4～蒸发器3～压缩机1 • 热泵式空调器 • 热泵式窗式空调器不但夏季供冷，而且冬季还可供暖。夏季供冷时，通过四通换向阀把室内换热器变为蒸发器，利用液态制冷剂气化直接吸取室内空气的热量；并把室外换热器变为冷凝器，将冷凝热量释放到室外空气中去。冬季供热时，通过四通换向阀把室内换热器变为冷凝器，用制冷剂的冷凝热量加热室内空气；此时把室外换热器变为蒸发器，从室外空气中吸取低位热量。

15. 二、分体式空调器工作原理:图7-3,室内机有蒸发器2,风机1,过滤器3,进风4,逆风5,室外机有压缩机6,冷凝器7,风机8等.类型;单冷.热泵.（室内机柜式.壁挂.吸顶.）安装注意:室内机与室外机间距离不大于5m为好,最长不超10m,高差不超5m二、分体式空调器工作原理:图7-3,室内机有蒸发器2,风机1,过滤器3,进风4,逆风5,室外机有压缩机6,冷凝器7,风机8等.类型;单冷.热泵.（室内机柜式.壁挂.吸顶.）安装注意:室内机与室外机间距离不大于5m为好,最长不超10m,高差不超5m

16. 三、一台室外机联两台或三台室内机型房间空调器系统三、一台室外机联两台或三台室内机型房间空调器系统 • 又称一机多室或一拖多，它的工作原理与一拖一机组类似。其室内机外形与一拖一的完全一样，但室外机的体积一般较一拖一的要大一些。如果在室外机组设有四通换向阀，则可以使机组按热泵方式运行，室外空气作为低位热源。

18. 四、房间空调器的选择 • 选择步骤 • 1．首先了解家用空调器的主要技术性能指标（如制冷量、制热量、风量、输入功率、性能系数、噪声等）；并了解安装、使用、保养和维修方面的知识 • 2．根据房间的功能、对空调的要求、安装条件、气候条件等选择空调器的机型。 • 3．根据房间的总冷量来确定空调器容量的大小。住宅冷负荷70-100w/ 。间歇工作,可按120-140w/ 选用.

19. 7.4单元式空调机组 • 商业建筑和工业建筑中常用设备. • 1.组成:空气处理设备,制冷设备,风机和自控系统. • 2.功能:直接对空气加热,冷却,加湿，去湿 • 3.优点:结构紧凑,占地面积小,能量调节范围广,调节方便,安装和使用方便,近年来被较高地用于中小型空调系统中.

20. 典型的单元式空调机组一、HR-20热泵式恒温恒湿空调机典型的单元式空调机组一、HR-20热泵式恒温恒湿空调机 • 流程图

21. HR-20热泵式恒温恒湿空调机 技术指标与特点: 夏季制冷量23KW,冬季制热量为14KW.用部分冷凝热量做再次加热，省电加热电能，节能冷却水消耗。运行表明，用冷凝热量作用再次加热后,可达±1℃恒温要求。系统中有液体分离器，可防止液击发生.

22. 典型的单元式空调机组二、屋顶式空调机 • 是一种大、中型单元整体式机组,制冷、加热、送风、空气净化、电器控制组装于一体,多安装于屋顶。 • 由压缩冷凝段、蒸发过滤段、送风段三段组成 • 特点:1).结构紧凑,自带冷凝,风冷，模块化设计,组合方便。 • 2).结构上考虑了防雨措施,可不设遮雨及遮阳设施. • 3).自动化程度高 • 4).自设减振装置 • 5).制冷量大,制冷回路简单，可靠性高,冷凝器、蒸发器铜管铝片,K值高. • 6).不占房间有效面积

23. 典型的单元式空调机组三、机房专用空调机组 • 根据计算机房、程控机房特殊要求设计制造,分水冷与风冷机组,与普通恒温恒湿机组比,有如下特点: • 1).机组采用大风量（一般为恒温恒湿两倍),提高蒸发温度,使送风焓差小,显热比大,适于机房湿负荷小的特殊要求.水冷式处理空气的焓差为8.5-9.9 kJ/kg,每m3 /h风量与冷量(W)之比为1:(2.5-3.3).风冷式焓差为8-9 kJ/kg,风量与冷量(W)之比为1:(2.5-3.5).

24. 2).机组有初效和中效两级过滤器,满足洁净度要求.机房在静态条件下,空气含尘量为每升空气中大于或等于0.5的尘埃粒子少于18000粒.2).机组有初效和中效两级过滤器,满足洁净度要求.机房在静态条件下,空气含尘量为每升空气中大于或等于0.5的尘埃粒子少于18000粒. • 3).机组常为下送风,上回风.机房送风大都从活动地板下部送风,顶部回风.上回风下送风形式,使机组安装简便灵活,投资少,占地少,还可以直接放入机房内使用. • 4).计算机可能全年连续运行,专用空调机组必须高可靠性,为此,机组通常设两套独立的制冷系统. • 5).自控送风温湿度的调节范围及精度为17-20℃±2℃,45%-65%±5%. • 6).为节能,有时机组设有自然供冷系统。当室外气温低于1.6℃时,乙二醇自然冷却系统就可提供全部冷量.在1.6-18.3℃时,可提供部分冷量,减少压缩机运行小时数.

25. 典型的单元式空调机组四.低温空调机组 • 用于有低温空调环境要求的场合 • 如感光器材、录音带、文史资料、医药卫生用品、化工品等的贮藏，农业种子的贮存和培育，相纸厂、茶叶厂等某些生产工艺过程提出低温的特殊空调环境要求的场合。 • 它与常规空调机组在结构、流程、参数方面都有较大的差异

26. HD-9低温空调机组 • 特点: • 1).小焓降大风量. • 2).蒸发器采用铜管串整体波纹铝片结构，管径16х0.75ｍｍ，铝片厚0.2-0.3ｍｍ，片距6ｍｍ，管子按三角形排列。 • 3).采用全循环风系统 • 4).设有热气冲霜系统.

27. 五 .单元式空调机组选择设计要点 • 1.确定室内要求,计算冷负荷和湿负荷,确定新风量及新风负荷 • 2.根据用户实际条件与参数选择冷却方式水冷或风冷; • 确定空调系统的集中程度-集中或分散; • 确定机组放置方式-机房或就地.

28. 3.确定机组型号与台数. • 根据房间总冷负荷(包括新风负荷)和h-d图上处理过程的要求,查机组特性曲线或性能表,确定机组容量与台数.使机组总冷量满足房间总冷负荷,总风量符合房间换气次数要求. • 4.集中系统还需要进行气流组织,风量分配与风管道的设计计算风系统总阻力应小于机组给出的机外余压.余压不足,需另加风机,串联.对噪声有要求房间,要进行消声设计.

29. 7.5多联式空调机组 • 1.定义：多联机是由室外机配置多台室内机组成的冷剂式空调系统。变制冷剂流量系统（VRV系统）。 • 2.系统特点 • 1).制冷剂直接冷却,单位质量传送的热量几乎是水的10倍,空气的20倍; • 2).可根据负荷变化,瞬间进行容量调整;节能 • 3).模块式结构,组合灵活多变.克服集中式中空调风管断面大,占用机房面积,维修费高等缺点.

30. 一、多联机系统分类 • 1.按压缩机制冷剂流量改变方式分： • （1）变频式 • （2）定频式 • 2.按系统的功能分 • （1）单冷型 • （2）热泵型 • （3）热回收型 • （4）蓄热型 • 3.按多联机系统制冷时冷却介质分 • （1）风冷式 • （2）水冷式

31. 二、多联机系统的组成与配管 • 1.组成：室外机、室内机、制冷剂配管和自动控制器件及系统配管等。 • 2.变频控制K系列多联机系统 • 热回收系列：室外机与室内机连接管路有三条—1根液体管和2根气体管(吸气和排气管),通过RS装置将室外机液管,吸气管和排气管与室内机液管、气管连接。室外机有23、28kW两种规格，最多可接8台室内机。 • 热泵.单冷式:有14.5、22.4、28.8kW三种规格,分别最多可接8、13、16台室内机. • 室内机组成：盘管、风机、电子膨胀阀等。按外型分为壁挂、立式明装,立式暗装,卧式明装,卧式暗装,卡式

32. 3.超级K系列多联机系统 • 室外机由2台或3台标准型室外机组合而成 。其中1台变频,另1台或2台是恒速型 • 两台标准室外机（22.4、28kW）系统，最多可接20台室内机,3台可接30台, • 与K系列不同:增加“功能机”,作用是连接所有室内机的液体,气体总干管再分别接到2台或3台标准室外机上,并平衡各台压缩机压力和润滑油量. • 功能机与室外机的连接：2台冷凝器出液管分别与功能机中的贮液器连接,由室内机的吸气管在功能机中分两路分别接到室外机的液体分离器.平衡管6平衡2台室外机排气压力,又是室外机润滑油互相转移的通络.当变频机油量超出时,压缩机将多余油压出电流阀V1到恒压机反之,通过V2转移到变频机中.

33. 4.系统配管 • 系统制冷剂管路系统,注意各机间高程差. • 配管方式有三种: • （1）配管接头的分支连接方式。通过制冷剂配管接头构成分支管网,将各室内机连接在同一制冷剂管道上,适用于垂直距离或水平距离较长的场所. • （2）端管的分支连接方式。通过制冷剂多分支端管,将各室内机连接,适用于有多室空调场所,还可灵活增加室内机. • （3）配管接头与端管的混合分支连接方式，上述两种分支连接方式的组合，适合房间布置较复杂场所

34. 三、多联机系统的特点 • 1.设备少、管路简单、节省建筑面积和空间 • 2.布置灵活 • 3.具有节能效益 • 4.运行管理方便，维护简单 • 5.经济效益显著 • 6.灵活多变 • 7.多联机系统制冷剂管路过长，导致系统制冷（热）能力下降 • 8.制冷剂充灌量大，微小的泄露会影响系统的正常运行

35. 四、多联机系统的设计要点 • （一）设计内容 • 1.系统形式，室外机、室内机的位置，系统布置 • 2.室内机选择（形式、容量、台数） • 3.室外机选择 • 4.新风输送方式

36. （二）设计步骤 • 1.确定设计条件、计算冷（热）负荷 • 2.确定系统形式与组成 • 3.选择室外机和室内机制冷容量 • 4.计算室外机和室内机制冷容量 • 5.编制设计文件与施工图

37. （三）室内机的选择 • （四）室内机与室外机容量匹配问题 • 室内机与室外机容量匹配比50%~130% • （五）室内机和室外机初选后的修正 • 1.室内机与室外机容量之比大于100%时，室内机与室外机容量应修正 • 2. 根据给定的室、内外空气计算温度，对室内机制冷容量和输入功率进行修正 • 3.根据制冷剂配管距离及室内、外机高程差对室内机容量进行修正 • 4.热泵式多联机系统冬季运行时，考虑冬季结霜、除霜的影响，对热泵式多联机容量修正

38. （六）新风输送方式 • 1.室内机自吸新风。每层或整个建筑物设新风总管。通过分支管与室内机相连，新风负荷由室内机承担。不宜在寒冷的地区使用，还应采取措施，防止当室内机停运时，室外空气侵入房间 • 2.利用可接风管的室内机处理新风送到每个房间 • 3.采用带有全热交换器的新风机组。热回收用排气预冷（热）新风 • 4.采用自带制冷机的专用分体式新风机组

39. 7-6水环热泵空调系统 • 小型水/空气热泵机组的一种应用方式，用水环路将小型的水/空气热泵并联，构成一个回收建筑物内空气的热泵供暖，供冷的空调系统。

40. 一．水环热泵空调系统的组成 • 组成：水/空气热泵机组、水循环环路、辅助设备（冷却塔，加热设备，蓄热装置） • 1.水/空气热泵机组（室内水源热泵 ） • 组成：制冷压缩机、制冷剂/水热交换器、制冷剂/空气热交换器、节流机构、四通换向阀、风机、空气过滤器等 • 形式：卧式暗装、立式暗装、立式明装、柱式、屋顶卧式等。

41. 2.水循环环路 • 所有室内水源机组都并联在一个水环路系统上。图7-19 • 管道布置尽可能同程。若采用异程式，注意各支管压力平衡 • 水环路采用闭式，防腐蚀 • 水环路上设置部件： • （1）定压装置 通常采用膨胀水箱，气体定压罐和补水定压。 • （2）排水和放气 • （3）补水 • （4）水处理装置 • （5）循环水泵及附件

42. 根据需要，室内水源热泵可能按供热工况运行，也可能按制冷工况运行。水环路可能出现5种运行工况：根据需要，室内水源热泵可能按供热工况运行，也可能按制冷工况运行。水环路可能出现5种运行工况： • （1）夏季，各热泵机组都处于制冷工况，向水环路释放热量，冷却塔全运行，使水温降到35℃以下。 • （2）大部风热泵机组制冷，使循环水温度上升，到达32度时部分循环水流经冷却塔。

43. （3）在一些大型建筑中，内区往往有全年冷负荷。因此，在过渡季，甚至冬季，当周边区热负荷与内区冷负荷比例适当时。排入水环路热量与从中提取的热量相当，水温维持在13-35℃，冷却塔与辅助加热装置停止运行。考虑等量不可能每时每刻平衡，系统中设有蓄热容器，暂存多余热量（3）在一些大型建筑中，内区往往有全年冷负荷。因此，在过渡季，甚至冬季，当周边区热负荷与内区冷负荷比例适当时。排入水环路热量与从中提取的热量相当，水温维持在13-35℃，冷却塔与辅助加热装置停止运行。考虑等量不可能每时每刻平衡，系统中设有蓄热容器，暂存多余热量 • （4）大部分机组制热，循环水温度下降，达13℃时，投入部分辅助加热器。 • （5）在冬季，可能所有水源热泵均处于制热工况，全部辅助加热器投入运行，使循环水温不低于13℃。

44. 3.辅助设备 • 主要有：排热设备、加热设备和蓄热容器 等 • （1）排热设备： • 除闭式冷却塔外，还可采用普通开式冷却塔，但与水环路应间接连接。有充裕水资源的地方，可直接利用水。 • （2）加热设备 • 水加热设备（常选用的有电热型锅炉，燃油（气）锅炉，水-水换热器，汽—水换热器等） • 利用空气电加热器将热量直接加入到室内循环空气中，即将空气电加热量安装在水热泵机组送、回风管中内或安装在机组内。当环路水量不低于13℃时。机组按热泵工况运行。当水温≤13℃时。热泵停运。电加热器投入运行，加热室内空气，通过气温敏感元件控制加热量，调节室温。当环路水温升至21℃时，恢复机组运行。

45. 4.蓄热容器 • 蓄热容器使热量平衡，降低冷却塔和水加热器的年耗能量。但冷却塔和水加热器容量不能减少，恶劣天气持续性要求按最大负荷运行

46. 二．水环热泵空调系统特点 • 1.调节方便 • 2.系统同时供冷供暖 • 3.建筑物热回收效果好。适用有内区与外区的大中型建筑 • 4.系统布置及凑，简洁灵活 • 5.便于分户计量和计费 • 6.便于安装和管理 • 7.小型水源热量机组的性能系数低于大型冷水机组 • 8.制冷设备在空调房间内噪声大 • 9.设备费用高，维修工作量大

47. 三、水环热泵空调系统的控制 • 空调工程师提出控制要求： • 1）水源热泵机组的控制和保护 • 2）辅助设备（冷却塔，水加热设备，蓄热容器，循环泵的控制和保护 • 3）系统的控制和保护 • 具体自控设计可由建筑电器工程师完成。

48. 1.机组的控制与保护 • 控制与保护的功能：供暖与制冷工况转换，室温设定，检测机组的运行状态（压缩机和风机状态，送风温度，区域温度）。诊断机组的状态（出水温度，高压限制，传感器故障）停机后的保护启动，自动保护报警等。 • 机组的控制与保护由生产厂家提供.

49. 2.系统的控制要求 • 环路设计水温范围一般为10-35℃，在实际系统中环路水温控制在13-35℃ • 通过检测水环路的感温器来保证环路设计水温，夏季由冷却塔来控制水温。冬季电加热设备控制水温

50. 3.附属设备的控制 • （1）冷却塔控制要求 • 通过检测水环路水温进行分级排热。 • 闭式冷却塔控制策略如下 • (a)环路水温升至29℃时，冷却塔风阀开启，运行自然对流排热。 • (b)环路水温升至30℃时，淋水开始，利用喷淋水蒸发冷却排热。 • (c)环路水温升至31℃时，风机低速运行，开始强破对流和蒸发冷却排热。 • (d)环路水温升至32℃时，风机高速运行，加强排热。 • (e)环路水温升至40℃时，高温指示灯亮，发出高温报警。 • (f)环路水温升至46℃时，高温停机指示灯亮，使水源热泵机组停机。