中央空調基礎知識 北京世能中晶能源科技有限公司 郭世浩2014年12月11日 目錄 制冷原理常見空調系統概述空調常用單位換算 1 制冷原理及分類空調用制冷技術屬于普通制冷范圍 主要是采用液體氣化制冷法 主要是利用液體氣化過程要吸收比潛熱 而且液體壓力不同 其沸點也不同 壓力越低 沸點越低 另外根據熱量從低溫物體向高溫物體轉移的不同方式 可分為 蒸氣壓縮式制冷 吸收式制冷 對于蒸氣壓縮式制冷 其工作原理就是使制冷劑在壓縮機 冷凝器 膨脹閥和蒸發器等熱力設備中進行壓縮 放熱 接流和吸熱四個主要的熱力過程 以完成制冷循環 一制冷原理 2 制冷劑1 制冷劑是制冷裝置中進行制冷循環的工作物質 其工作原理是制冷劑在蒸發器內吸收被冷卻物質的熱量而蒸發 在冷凝器中將所吸收的熱量傳給周圍的空氣或者水 而被冷卻為液體 往復循環 借助于狀態的變化來達到制冷的作用 2 常用制冷劑A 氨 NH3R717 氨最大的優點是單位容積制冷能力大 蒸發壓力和冷凝壓力適中 另外價格便宜 極易購得 特別是冷藏 冷庫等大型制冷設備常采用 但是氨最大的確定就是有強烈的刺激作用 對人體有危害 目前規定氨在空氣中的濃度不應大于20mg m3 氨是可燃物 氨在空氣中的體積百分比達16 25 時 遇火焰就有爆炸的危險 B 氟利昂大多數的氟利昂本身無毒 無臭 不燃 適用于工程建筑或者實驗室的空調制冷裝置 尤其是氟利昂R22 在我國空調制冷裝置中已經廣泛采用 其熱力學性能與氨不相上下 而且安全可靠 是一種良好的制冷劑 但是目前價格較高 影響大規模的推廣使用 致命缺點 溫室效應氣體 其溫室效應值比二氧化碳大1700倍 更危險的是會破壞大氣層中的臭氧層 根據國際上 蒙特利爾議定書 規定 R22于2020年將全面禁止 發展中國家可適當延期至2040年全面禁止生產 目前國際上一致看好的R22的替代物是R407C R410A 另外汽車制冷中常用的R12 采用R134A替代 目前國內的一些大中型項目 業主都明確要求采用環保冷媒如R407C等 3 載冷劑載冷劑是一種中間物質 如常用的空調冷凍水 其在蒸發器內被冷卻降溫 然后遠距離輸送 來冷卻需要被冷卻的物體 目前常用的載冷劑有水 它只能用于高于0 的條件 當要求低于0 時 一般采用鹽水 如 氯化鈉或者氯化鈣水溶液或者采用乙二醇 丙二醇等有機化合物的水溶液 4 壓縮機 說明 1 容積式制冷壓縮機是靠改變工作腔的容積 將周期性地吸收到的定量氣體壓縮 離心式壓縮機是靠離心力的作用 連續地將所吸收到的氣體壓縮 2 回轉式制冷壓縮機是靠回轉體的旋轉運動替代活塞式壓縮機中的活塞的往復運動 以改變氣缸的工作容積 從而將一定數量的低壓氣態制冷劑進行壓縮 3 目前常用的壓縮機主要有活塞式壓縮機 渦旋式 螺桿式以及離心式壓縮機 其中活塞式制冷壓縮機多為中型 標準制冷量60 600KW 和小型 小于60KW 但是由于其噪音大 效率低切容易發生故障 目前使用的已不多 渦旋式制冷壓縮機目前主要用于小型制冷系統 在家用空調以及商用VRV等小型系統大量使用 而螺桿機具有結構簡單 可靠性高及操作維護方便 另外技術成熟等一系列獨特的優點 已經廣泛應用于制冷 空調和多種工藝流程中 離心式壓縮機結構簡單緊湊 運動件少 工作可靠 經久耐用運行費用低 一般適用大于500RT的制冷系統中 并且可以實現無級調節 使機組的負荷在30 100 范圍內工作 4 評價制冷壓縮機消耗能量方面先進性的指標 a 制冷壓縮機的性能系數COP即 單位軸功率的制冷量 軸功率 壓縮機的耗功率 指電動機傳至壓縮機機軸上的功率 主要包括直接用于壓縮空氣的所耗功率和克服運動機構的摩擦阻力所耗功率 b 能效比EER 單位電動機輸入功率的制冷量大小 此指標考慮到驅動電機效率對能耗的影響 5 制冷系統原理圖 冷卻水 冷凍水 冷媒 冷凝器 主機 膨脹閥 壓縮機 蒸發器 冷卻塔 空調末端 空調制冷系統流程示意圖 低溫低壓氣體 7 12 32 37 高溫高壓氣體 低溫高壓液體 低溫低壓液體 5 1蒸發過程 蒸發過程 蒸發過程是在蒸發器中進行的 液態制冷劑在蒸發器中蒸發時吸收熱量 使其周圍的介質溫度降低或保持一定的低溫狀態 從而達到制冷的目的 蒸發器制冷量大小主要取決于液態制冷劑在蒸發器內蒸發量的多少 氣態制冷劑流經蒸發器時不發生相變 不產生制冷效應 因而應限制毛細管的節流汽化效應 使流入蒸發器的制冷劑必須是液態制冷劑 另外 蒸發溫度愈低 相應的制冷量也略為降低 并會使壓縮機的功耗增加 循環的制冷系數下降 5 2壓縮過程 壓縮過程 壓縮過程在壓縮機中進行 這是一個升壓升溫過程 壓縮機將從蒸發器流出的低壓制冷劑蒸氣壓縮 使蒸氣的壓力提高到與冷凝溫度對應的冷凝壓力 從而保證制冷劑蒸氣能在常溫下被冷凝液化 而制冷劑經壓縮機壓縮后 溫度也升高了 5 3冷凝過程 冷凝過程 冷凝過程在冷凝器中進行 它是一個恒壓放熱過程 為了讓制冷劑蒸氣能被反復使用 需將蒸發器流出的制冷劑蒸氣冷凝還原為液態 向環境介質放熱 冷凝器按工作過程可分為冷卻區段和冷凝區段 冷凝器的入口附近為冷卻區段 高溫的制冷劑過熱蒸氣通過冷凝器的金屬盤管和散熱片 將熱量傳給周圍的空氣 并降溫冷卻 變成飽和蒸氣 冷凝器的出口附近為冷凝區段 制冷劑由飽和蒸氣冷凝為飽和液體放出潛熱 并傳給周圍空氣 5 4節流過程 節流過程 電冰箱的節流閥是又細又長的毛細管 由于冷凝器冷凝得到的液態制冷劑的冷凝溫度和冷凝壓力要高于蒸發溫度和蒸發壓力 在進入蒸發器前需讓它降壓降溫 液態制冷劑通過毛細管時由于流動阻力而降壓 并伴隨著一定程度的散熱和少許的汽化 因此節流過程是一個降壓降溫的過程 節流汽化的制冷劑量越大 蒸發器中的制冷量就越少 因而必須減少節流汽化 空調器的基本功能是調節房間空氣的溫度和濕度 依據系統的用途的不同 空調分為工藝性空調和舒適性空調 舒適性空調的基本工況為制冷 制熱和除濕 6 空調器的基本工作原理 空調器要不斷把房間內的多余熱量轉移到室外 使室內溫度保持在一個較低的范圍內 它包括兩個循環 制冷循環和空氣循環 1 制冷循環 空調器采用蒸氣壓縮制冷循環方式 它包括壓縮 冷凝 節流和蒸發4個熱力過程 如圖1所示 制冷劑經節流降壓后 在室內側的蒸發器中等壓蒸發 吸收潛熱 變成低溫低壓的蒸氣 然后經過壓縮機壓縮 變成高溫高壓的蒸氣 最后在室外側的冷凝器中冷凝成液體 放出潛熱 如此周而復始 不斷循環 小型空調器節流裝置為毛細管 大 中型空調器節流裝置為膨脹閥 6 1制冷工況 圖1空調器的制冷循環 空氣循環是利用機內電風扇強迫室內 室外空氣按一定路線對流 以提高換熱器的熱交換效率 空調器的空氣循環包括室內空氣循環 室外空氣循環和新風系統 下面以窗式空調為例 說明這3種循環 室內空氣循環如圖2所示 室內空氣從回風口進入空調器 通過濾塵網后 進入室內側蒸發器進行熱交換 冷卻后再吸入離心風扇 冷風最后由送風口吹回到室內 6 2空氣循環 圖2室內空氣循環 空調器制熱方式有兩種 一種是電熱 即電流通過電熱絲發熱 另一種是熱泵制熱 即氣態制冷劑冷凝放熱 在制冷循環中 冷凝器進行的冷凝過程是一個放熱過程 蒸發器內進行的蒸發是一個吸熱過程 如果將室內側的蒸發器改作冷凝器 而將室外側的冷凝器改作蒸發器 空調器就從制冷狀態轉變為制熱狀態 而熱泵型空調器就是根據這個原理設計的 如圖3所示 空調器制冷系統中 加一個電磁四通換向閥 以切換高低壓制冷劑在管道中的流向 使空調器既能制冷 又能制熱 6 4制熱工況 圖3熱泵型空調器運行原理 空調器在制冷工況時 蒸發器盤管表面的溫度往往低于空氣的露點溫度 因而室內循環空氣流經蒸發器時 空氣中的水蒸氣就會冷凝成水 落在積水盤上 排出室外 從而使室內空氣的含濕量降低 所以 空調器制冷運行時兼有除濕作用 但由于室內空氣含濕量減少 絕對濕度降低 并不等于相對濕度也降低 而影響舒適性空調質量的濕度指標是相對濕度而不是絕對濕度 因而有些空調器增加了獨立除濕功能 6 5除濕工況 三 空調基礎知識 3 1 空調的基本概念3 1 1空調的定義3 1 2空調的制冷量與制熱量3 1 3空調的性能3 1 4常用單位換算3 2 空調的分類3 2 1舒適性空調 1 家用空調 2 商用空調3 2 2工藝性空調 潔凈空調 3 3 本次學習內容回顧 1 空調的基本概念 1空調的定義 空調是空氣調節的簡稱 它是利用設備和技術對室內空氣 或人工混合氣體 的溫度 濕度 清潔度及氣流速度進行調節 以滿足人們對環境的舒適要求或生產對環境的工藝要求 滿足人類或其它生物對舒適感的要求的空調 一般稱之為舒適性空調 而主要用來滿足工藝生產過程和設備的運行要求 及人體的舒適度要求的空調 一般稱之為工藝性空調 1 2空調的制冷量與制熱量 1 2 1 制冷量 單位時間內 空調器在名義制冷工況下從空間區域或房間內排除的熱量 1 2 2 制熱量 單位時間內 空調器在名義制熱工況下向空間區域或房間內釋放的熱量 熱量 1 3空調影響質量好壞的三項國家標準 制冷 熱 量空調器在制冷 熱 運轉單位時間內從密閉空間除去的熱量 法定計量單位W 瓦 國家標準規定空調實際制冷量不應小于額定制冷量的95 輸入功率 空調器在額定工況下進行制冷 熱 運轉時 消耗的功率 單位W 2 能效比又稱性能系數 是反映空調器制冷運轉時 的制冷量與制冷功率之比單位W W 國家標準規定 2500W空調的能效比標準值為2 65 2500W至多4500W空調的能效比標準值為2 70 3 噪聲空凋器運轉時產生的雜音 主要由內部的蒸發機和外部的冷凝機產生 國家規定制冷量在2000W以下的空調室內機噪聲不應大于45分貝 室外機不大于55分貝 2500W的分體空調室內機噪聲不大于48分貝 室外機不大于58分貝 3 2 空調的分類 按照功能要求的不同 3 2 1 舒適性空調 1 家用空調 2 商用空調3 2 2 工藝性空調潔凈空調 家用空調 1 家用空調根據使用場所和制冷量的不同 可分為 家用空調器和家用中央空調 1 1家用空調器家用空調器有窗式空調和分體空調 適合于建筑面積小 需要制冷量不是很大的房間 1 窗式 整個空調器作為一個整體 如窗機 制冷范圍一般為1800W 5000W 2 分體式 將空調器分為室內部分和室外部分 其制冷范圍一般為1800W 9000W 1 窗式空調窗式空調是一種整體式空調器 是空調產業前期的代表品 有結構緊湊 體積小 重量輕 安裝方便等特點 適用于臥室 辦公室 家庭小計算機房等場所使用 其主要缺點是噪聲較大 其外觀如下 2 分體空調 是在整體式空調器的基礎上發展起來的 由室內和室外機組組成 兩者通過電纜和管道連接 兩組之間的管道采用銅管接頭連接 它的優點是 1 壓縮機和冷凝器裝在室外 離房間較遠 降低了噪音 改善了環境 其噪音比窗式空調器低20DB左右 2 安裝和檢修方便 小修容易 大修可分別拆卸 3 室內機組占地面積小 布置方便 造型美觀 可與室內裝飾配套 4 增加了冷凝器的傳熱面積和風量 散熱條件比窗式空調器好 2 1 2家庭中央空調家庭中央空調不僅適合于50 200 的普通家庭住宅 更適合于建筑面積為200 500 的休閑別墅類住宅 在現代高檔別墅群中有廣泛的使用 一 家庭中央空調的特點 1 整個家庭都滿足舒適性條件 避免了其它分體機造成的直吹過冷和房內冷熱不勻的人體不適現象 2 裝飾性好 配合裝修無任何外露管線 整個系統處于隱蔽狀態 3 操作簡單 自動運行 無需維護 4 可根據各個房間的朝向 功能等增加和減少送冷 熱 量 5 可加新風 加濕 使室內空氣保持新鮮和衛生 二 家用中央空調的局限 1 布置上 設計和安裝要與裝修結合才能達到良好的舒適性和裝飾效果 2 電源要求 電負荷較大 老式住房要考慮電路負荷是否足夠 從審美觀點和最佳空間利用上考慮 使用中央空調使室內裝飾更靈活 更容易實現最佳裝飾效果 即使您不再喜歡原來的裝飾 重新裝修 原來的中央空調系統稍微改變即可與新的裝修和諧一致 因此稱中央空調為 一步到位 永不落后的選擇 三 家用中央空調的種類 常用家用中央空調大體可分為三種類型 風冷管道系統 風冷冷 熱水系統 多聯型系統 1 風冷管道系統 2 風冷冷 熱水系統風冷冷 熱水系統應用廣泛 從幾十平米到上千平米 平面或多層 房間結構簡單或復雜均可 機組的輸送介質通常為水 它通過室外主機產生出空調冷 熱水 由管路系統輸送至室內的各末端裝置 在末端裝置處冷 熱水與室內空氣進行熱量交換 產生冷 熱風 從而消除房間空調負荷 它是一種集中產生冷 熱量 分散處理個房間空調系統形式 冷 熱水機組的末端裝置通常為風機盤管 3 多聯型系統多聯型系統即 VRV系統 變制冷劑流量VariedRefrigerantVolume 它是一種冷劑式空調系統 尤其適合于辦公場所 VRV系統的一臺室外機通過管路能夠向若干個室內機輸送制冷劑液體 通過控制壓縮機的制冷劑循環量和進入室內各換熱器的制冷劑流量 可以適時地滿足室內冷 熱負荷要求 VRV系統具有節能 舒適 運轉平穩等諸多優點 而且各房間可獨立調節 能滿足不同房間不同空調負荷的需求 它是由室內機和室外機組成 室外主機由室外側換熱器 壓縮機和其他制冷附件組成 室內機是由直接蒸發式換熱器和風機組成 商用空調 2 2商用中央空調 大型中央空調 1 商用中央空調原理圖 2 中央空調制冷機組和大型空調設備 3 中央空調末端設備 1 空調末端的主要類別1 空調箱 一般有吊頂式 臥式 立式機組2 組合式空調箱 根據要求可以有不同的功能段 3 風機盤管 主要形式有臥式暗裝 有普通型與高靜壓之分 立式明裝 卡式吸頂等 4 中央空調的分類 按照冷卻形式分類1 水冷機組2 風冷機組按照提供能量的形式分類1 單冷型2 冷暖型 5 水冷機組空調系統的主要設備 制冷主機冷卻塔冷凍水泵冷卻水泵補給水泵電子水處理儀或全自動軟化水處理裝置水過濾器膨脹水箱末端設備 6 風冷冷水機組空調系統主要設備 制冷主機冷凍水泵補給水泵電子水處理儀或全自動軟化水處理裝置水過濾器膨脹水箱末端設備 7 空調主機的選型 1 負荷計算 1 根據設計手冊進行詳細的計算 具體計算可參見設計手冊 2 單位面積負荷概算法 在實際工程中 有時要求對建筑物空調負荷做一個預先估計 以便估算容量和投資費用 常采用單位面積負荷概算法 各種建筑物的冷熱負荷概算指