民用建筑中央空调系统简述

典型中央空调系统组成：

1、冷热源系统：

冷热源系统：中央空调冷源通常是制冷机组，提供冷冻水用于夏季制冷；中央空调热源通常是蒸汽或热水锅炉，或者市政管网提供的热水或蒸汽，通过板式换热器，提供适合温度的热水，用于冬季供暖。

冷热负荷国标单位都是kw，港英常用冷负荷单位为冷吨，1RT=3.517kw。制冷机组有个重要的参数为制冷性能系数，简称COP，是设备制冷量与消耗功率之比，压缩式制冷机COP能达到6，吸收式制冷机COP一般为1.2。

中央空调系统冷热源是整个空调系统的核心。

冷源：制冷机组

热泵机组：热泵是夏季能供冷，冬天又能供热的设备 。热泵与制冷机从热力学原理上说是相同的，都是按热机的逆循环工作的，因此热泵的机组同样包括蒸汽压缩式、吸收式等，但热泵与制冷机有两点主要区别：其一，两者的功能不同，制冷机单纯用于制冷，而热泵既能制冷，又能供热；其二，为适应上述特点，两者的工作温度范围是不同的。

热泵系统分为空气源热泵系统、水源热泵系统、土壤源热泵系统和太阳能热泵系统。

2、空气热湿处理设备（空调系统）

空气热湿处理设备：制冷机组或锅炉产生的冷、热量，通过冷冻水管或热水管，进入空气热湿处理设备，对新风及室内回风进行冷热处理，冷热处理后的空气再通过风管送入室内，进行空气调节。主要的热湿处理设备有组合式空调机组，新风机组，风机盘管，热风幕等。

空气热湿处理设备通常还有对空气进行过滤、消毒、冬季加湿、能量热回收的功能，夏季对空气进行冷处理后，会产生凝结水。

（1）组合式空调机组

组合式空调机组是将各种空气处理设备(加热、冷却、加湿、净化、喷水、挡水、消声和隔热等)和风机、阀门等组合成一个整体的箱形设备。箱内的各种设备可以根据空气调节系统的组合顺序排列在一起，以便能实现各种空气的处理功能。全功能的组合式空调机组由新风回风混合段、消音段、回风机段、热回收段、初效过滤段、中间段、表冷器冷却段(含挡水板段)、再加热段、二次回风段、送风机段、消声段、中间段、中效过滤段和送风段等组成。

组合式空调机组(AHU）：

新风机组(PAU）：新风机组可以看作简化的空气处理机组，其主要作用是调节室内空气清新度，同时也负担一部分室内冷热负荷。通常与风机盘管配合使用，由风机盘管负责室内主要的冷热负荷调节。

新风机组示意图：

（3）风机盘管（FCU）：

风机盘管的控制：

风机盘管的运转可用一个电机转速开关（三速开关）或一个温控器控制。

墙式温控器包括一个电机转速选择开关、一个 ON/OFF 开关和一个温度控制元件。温控元件控制冷冻水阀的开关，并常配有一个温度设定转盘。转速开关标有 “关/高/中/低”，可控制电机的转速，从而调节风量。

机械式膜盒式温控器，主要是通过温控器中的双金属膜片测试室内温度，当室内温度没有达到设定温度时，风机和电动阀依旧工作；当室内温度达到设定温度时，电动阀关闭，风机低速运行。相比三速开关，它在功能和性能上都有了很大提升，如：可以自设温度，选择制热制冷状态。

液晶式中央空调风机盘管温控器，在机械膜盒式温控器的技术上又有了很大的进步，它是集成编程器与软件合并实现智能化控制温度的开关，可以自由调节室内温度，并可按照用户的要求设定各种时间段的开关和各种预设好的模式下自动运行调节室温，使之达到舒适温度，保证资源的合理利用，也更加人性化、智能化。

3、冷却塔：制冷机组制冷时，会产生与制冷量相等再加上机组工作的输入功率合计的热量，必须通过冷却塔向外界释放。制冷机组产生的热量通过冷却水携带，进入冷却塔，通过冷却塔的冷却水蒸发来向外界进行释放。

冷却塔的作用是将制冷机组产生的热量通过冷却水经冷却塔释放掉。相当于家用户式空调的室外机。

4、空气输送和分配设备（空调风系统）

空气输送与分配系统：空气输送及分配系统由风管、风口及散流器、风阀、风机等设备组成。风管通常需要保温。

空调系统通过新风口取室外新风，通过新风管送入室内；空气热湿处理设备处理后的空气，通过风管、风口或散流器吹向空调区；室内浑浊空气通过排风管、排风口排向室外。风管内空气的驱动都是通过风机。

空气输送和分配方式：

直流式：全新风；

循环式：全封闭，无新风；

混合式：既有新风，又有回风。

设备：进风口、风管、风阀、风机、送风口、回风口。

空调风管：

5、空调水系统：

空调水循环系统：空调水循环系统由冷热水管、水阀、集分水器、循环水泵、补水泵、膨胀水箱、加药装置等组成。冷冻水管需要保温。

空调系统制冷主机产生的制冷量和锅炉产生的热量，通过空调水循环系统携带进入空气热湿处理设备如组合式空调机组、新风机组、风机盘管来处理空气，制冷主机产生的热量也是通过空调冷却水循环系统进入冷却塔进行散热。空调水循环系统的循环动力就是冷冻水泵和冷却水泵。

空调水系统组成：冷热水管、水阀、分集水器、循环水泵、补水泵、加药装置、膨胀水箱…

6、控制系统：中央空调系统比较复杂，设备很多，如制冷主机、锅炉、冷却塔、水泵、电动阀门、控制箱等等，系统的启动与运行有一定的逻辑关系，比如系统启动时必须先开冷却塔、循环水泵才能开冷水主机，再就是整个空调系统的冷热负荷是实时变化的，为了舒适性与节能的要求，空调系统必须实时调控各设备参数。

分为电气控制系统和监控系统两部分。

电气控制系统（强电部分）主要包括系统的供电，制冷机组、风机、水泵等的运行，可实现空调系统的手动控制；

监控系统（弱电部分、也称楼控系统）包括各种传感器、执行器的控制，以及在物业管理中心的集中监控功能，可实现整个中央空调系统的自动化监控。

中央空调监控系统主要设备：主要包括传感器、执行器、控制器以及安装监控管理软件的中央监控站（计算机）。

传感器：

（1）温度传感器：用于测量室内、室外空气及水管、风管的温度。

（2）水压压差开关：用来监测管道水压差，如测量分水器、集水器之间的水压差，或水泵进出水管之间的水压差。

（3）水管压力传感器、变送器用于测量水管中水压力。

（4）水流开关：用来检测水管中水流状态，当水流速达到设定值时，给出开关量信号。

（5）流量传感器：用来测量水管中流量，常用的流量传感器有电磁式和涡轮式两种。

执行器：

（1）电动水阀：由电动机驱动，可以调节阀门开度大小。

（4）阀门驱动器

DDC控制器：

民用建筑空调系统分类：

民用建筑空调有多种分类方式，不同类型的空调其系统组成各不相同。其主要分类方式为按负担室内热湿负荷所用介质，分为全空气方式、全水方式、直接冷却方式、空气水方式。

１、按负担室内热湿负荷所用介质来分：

定风量CAV空调系统：根据室内负荷变化或室内要求参数的变化，保持恒定送风风量，自动调节空调系统送风温度，从而使室内参数达到要求的全空气空调系统。这是传统的全空气空调系统，大堂等大型空间常用CAV定风量空调系统。

变风量VAV空调系统：根据室内负荷变化或室内要求参数的变化，保持恒定送风温度，自动调节空调系统送风量，从而使室内参数达到要求的全空气空调系统。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行，所以，风量的减少带来了风机能耗的降低。变风量系统比定风量系统节约风机能耗在30%-70%，系统控制复杂，初步投资高。高端写字楼常用VAV变风量空调系统。

（2）全水方式

全水方式是直接利用冷水或热水通过空调房间的风机盘管消除室内冷热负荷，无新风。这种方式多用于饭店的客房系统或商场的空调场合。

（3）直接冷却方式

这是利用直接蒸发式表面冷却器热交换器中的制冷剂，汽化蒸发吸热来冷却室内空气。这种方式广泛应用在各种房间空调器和小面积的中央空调系统，如分体空调和变频多联机空调系统。

（4）空气水方式

风机盘管加新风系统就是典型的空气水方式，也是目前国内采用最普遍的类型。

其他类型中央空调系统：

1、蓄冷空调：是指在夜间电力低谷时段，采用电制冷机制冷，将建筑物所需的空调冷量部分或全部制备好，并以冰或冷冻水的形式储备起来；在白天非电力低谷时段，通过融冰装置把储存的冷量释放出来，以满足建筑物的空调负荷需要。蓄冷空调系统由双工况制冷机组、蓄冷设备、辅助设备及设备之间的连接、调节控制装置、空调末端设备等组成。

2、水源热泵：是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等），既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即冬季采暖，夏季供冷。水源热泵系统主要由抽水井、回灌井（利用地下水或地表水）、地埋管（利用土壤）、地源侧水泵、水源热泵机组、空调侧水泵、末端空调设备、控制系统等组成。

3、水环热泵空调系统：是小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型的水/热泵机组并联在一起，形成一个封闭环路，构成一套回收建筑物内部余热作为其低位热源的热泵供暖、供冷的空调系统。典型的水环热泵空调系统由三部分组成：（1）室内的小型水/空气热泵机组；（2）水循环环路；（3）辅助设备（如冷却塔、加热设备、蓄热装置等）。

水环热泵空调系统的基本工作原理是：在水/空气热泵机组制热时，以水循环环路中的水为加热源；机组制冷时，则以水为排热源。当水环热泵空调系统制热运行的吸热量小于制热运行的放热量时，循环环路中的水温度升高，到一定程度时利用冷却塔放出热量；反之循环环路中的水温度降低，到一定程度时通过辅助加热设备吸收热量。

4、变频多联机空调系统：是一种制冷剂空调系统，多联机空调系统以制冷剂为输送介质，室外主机由室外侧换热器、压缩机和其他制冷附件组成，末端装置是由直接蒸发式换热器和风机组成的室内机。一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体。多联机空调系统通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各换热器的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷、热负荷要求，而且各房间可独立调节，多联机空调系统能满足不同房间不同空调负荷的需求，夏季制冷，冬季可供暖。

5、三联供系统：燃气冷热电三联供， 是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力满足用户的电力需求，系统排出的废热通过余热锅炉或者余热直燃机等余热回收利用设备向用户供热、供冷。经过能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的 40% 左右提高到 80% 左右。

6、温湿度独立控制空调系统：常规的空调系统，夏季普遍采用热、湿耦合的处理方法，对空气降温的同时做除湿处理。温湿度独立控制空调系统采用温度与湿度两套独立的空调控制系统分别控制、调节室内的温度与湿度。温湿度独立控制空调系统能提高机组的cop，可以直接使用天然冷源，利用可再生能源，既节能又提高室内空气品质。

中央空调系统设计的重点和难点：

1、空调冷、热负荷的计算及冷热源主机容量的确定。

由建筑物所在的气候区域、建筑物朝向、室内温湿度、围护结构传热系数、人员密度、新风量、设备负荷、照明负荷、工作时间等等来确定。

2、空调系统方案的确定

根据建筑物功能，确定空调系统方案，如采用全空气空调系统、空气水空调系统、变频多联机系统等等的经济技术分析比较。

3、机房及管井位置的确定及对建筑结构的要求。

主机尽量靠近负荷中心，减小供热供冷半径，降低管径及减小传输能效。

建筑需满足主机运输通道、吊装预留洞的要求，满足机房内面积及净高的要求，满足机组、设备、管道的荷载要求。

4、系统水力平衡的计算。

5、系统保温的计算。

6、系统减震、消声与噪声的计算与控制。

7、空调系统的自动控制。

（一）空调主机的运输与吊装

（3）安装的时间：

1）一般是先安装主机再进行管道的安装；

2）通过机房预制化可以先装管道再安装主机；

优势：a、可以减少制冷机组驻场时间，减少设备损坏几率；

b、在预埋期可以制作管道，减少大上时期的工作量；

c、现场避免焊接，减少人工避免安全隐患。

劣势：对深化设计精度要求苛刻。

2、空调水管风管及与机电其余专业管线的综合排布、机房管井管线的综合排布，支架的设置。

(1)机电管线的深化设计：

注意要点：

1）净高的控制；

2）运用BIM技术三维可视化设计；

3）全专业叠图（包括幕墙、钢构、精装、消防、弱电、燃气、物业等）

4）考虑检修口、支架、阀门尺寸、安装空间、开关门方向等因素

5）设计变更与新规的影响；

6）管井预留洞：

a、整版预留：华润总部大楼、深圳平安；

b、局部预留：华润东写字楼；

c、套管预留：天津周大福。

(2)支架的设置：

1）共用支架

2）成品支架

3）抗震支架

(3)支架的复核计算。

（二）空调末端支管、风口与精装的配合施工

（1）施工顺序：

机电深化设计-精装叠图-修改定稿-管道安装-精装线-风口帆布软接-吊顶-风口。

（2）需要注意的问题：

a、成品保护；

b、施工移交；

c、精装进场时间；

d、工作界面的划分。

（三）减震、消声及噪声的控制

1、机房隔音墙和浮动地台的设置

2、冷却塔的设置

3、风管的长宽比与导流器的设置

（四）系统水力平衡的调试

1、同程与异程的影响

2、阀门的调节

（五）系统各控制参数（温度、湿度、风量、流量等）的调试

1、调试团队的建立

2、参数的复核计算

3、水力的平衡调节

（六）其他需考虑的问题

1、焊接的漏水避免

2、轻质隔墙对安装的影响

3、铝模与钢梁对安装的影响

4、安装精度控制

5、工厂化预制施工

6、物业运维

7、绿色施工（LEED与绿色二星）

未来空调系统发展趋势：

未来空调技术将沿着如何提高能效比以及提高房间舒适性、空气质量等方向进行发展。

1、多种能源形式的使用：利用空气、土壤，地下水，江湖水甚至太阳光中蕴含的能量，也可以利用工业场所产生的废热蕴含的能量。多种能量形式的综合利用大大提高了产品的节能性，将进一步实现节能减排。 如目前的水（地）源热泵、风冷热泵、水环热泵机组。

2、变频空调主机的应用：空调主机采用变频涡旋压缩机，螺杆压缩机，离心压缩机等变频技术，可以根据末端空调负荷的变化，实时调整主机运行频率，降低系统能耗。

3、智能控制、模糊控制与群控技术的应用：大型空调系统比较复杂，控制对象多，为了实现节能可靠运行，在传统控制的基础上开发新的智能控制系统，一起集中调度和控制。

4、高可靠性和适应性产品的开发：为适应更复杂恶劣的外界环境，空调产品的适应性和可靠性技术也成为进一步研发的目标。

5、环保、健康技术的应用：加湿、加氧、通风、空气净化技术的应用，使室内环境更健康、更环保。

6、蓄冷技术的应用：让制冷机组在夜间电力负荷低谷期运行，并将产生的冷量储存起来，在需要时再将冷量释放出来，以实现用户侧冷负荷用电的“移峰填谷”，可减少制冷机组容量及电力系统容量，提高能效比，减少运行费用，降低运行时噪音。

7、供电、供热、供冷三联供系统的应用：经过能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的 40% 左右提高到 80% 左右，大量节省了一次能源。

典型大型中央空调系统应用案例：

空调系统选择：

1、当有废热或工厂余热利用，温度较高时，建筑夏季空调系统的冷源宜采用吸收式冷水机组。

2、地下水资源丰富或地质条件符合使用条件，可利用地源热泵机组，再辅以辅助冷热源，满足建筑夏季制冷冬季供暖的需求。

3、高温干燥地区，可通过蒸发冷却方式直接提供用于空调系统的冷水。

4、天然气供应充足的地区，建筑的电力负荷、热负荷和冷负荷能较好匹配，可采用分布式冷热电联供技术。

5、夏热冬冷地区的中小型公寓楼及办公楼，可采用变频多联机，变风量空调系统或风冷热泵空调系统，控制比较灵活，夏季制冷，冬季可以供暖。

6、大型商业系统，无余热或废热利用时，因电动压缩式冷水机组的cop较高，占地面积小，宜采用电动压缩式机组，不过商业建筑机组不可能24小时开，其24小时值班室、计算机房、高低压配电房等等，宜单独采用变频多联机系统。

7、执行分时电价、峰谷电价差较大的地区，经技术经济比较，采用低谷电价能够明显对电网消峰填谷和节省运行费用，宜采用蓄冷系统供冷。

8、大型写字楼，一般采用风机盘管加新风空调系统，高档写字楼，舒适性有较高要求，可采用VAV变风量空调系统。

9、建筑综合体中，既有商业建筑，办公楼，也有酒店等等，因空调系统运行时间不一致，空调系统宜分开设置，各自独立成系统。