家用中央空调的应用及发展 (毕业论文).doc

1 北 京 理 工 大 学 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题目 浅谈家庭中央空调的应用及发展 教 学 系 建筑工程系 专业班级 09 级供热 1 班 学生姓名 学生学号 指导教师 2011 年 10 月 25 日 2 目 录 摘要 3 引言 3 1 家用中央空调的简介 .3 1.1 家用中央空调的工作原理和结构 3 1.2 家用中央空调系统分类 5 2 家用中央空调的历史与现状 .6 2.1 家用中央空调在我国的发展状况研究 .6 2.2 影响我国中央空调的主要因素 7 3 家用中央空调的应用 .7 3.1 三种类型在我国的应用推广情况分析 7 3.2 家用住宅空调的现状和解决方案 .8 4 家用中央空调的发展前景展望 9 4.1 对建筑业的发展影响 9 4.2 地源地源热泵应用于家用中央空调的发展前景 .9 4.3 我国家用中央空调市场发展趋势分析 11 结论： .12 致谢 .12 参考文献 .12 3 家用中央空调的应用及发展 摘要：步入 21 世纪,人们对生活品质要求不断提高,住宅面积不断地扩大,以窗机、分体挂 壁机和柜机为代表的传统的家用空调已不能充分满足环境、能源的需要。目前家用空调市 场上的产品,从严格意义上讲只能称为“温调”,真正的”空调”应具备空气质量调节的功 能,不仅调节空气冷暖,而且可以通风换气,调节空气湿度、有机挥发物含量、细菌含量等室 内空气的综合品质。从这个意义上,家用中央空调才把人们带入到“真正的空调时代” 。这 种集大型中央空调和家用空调优点于一体的小型化独立空调系统恰到好处地适应了目前市 场的需求,代表了 21 世纪人居空调的发展趋势,更重要的是,它跨越了我国空调产业长期以 来存在的“中央空调”与“家用空调”间的界限,开辟出了一个崭新的市场空间。 关键词： 工作原理 系统分类 中央空调的现状 前景 家用中央空调的发展趋势 引言 家用中央空调系统自 1999 年推向社会以来，得到迅猛的发展，生产厂家如 同雨后春笋般在全国崛起家用中央空调俨然形成了一个新的产业。目前市场流 行的家用中央空调主要有三种形式：水管式家用中央空调、风管式家用中央空 调、冷剂式家用中央空调水管式家用中央空调以其舒适、使用范围广、使用方 便等特点，在市场上占有相当大的比重。但是，由于设计、施工等方面的原因， 造成家用中央空调系统的主机启停频繁；主机在冬季除霜时，系统水温较低等 现象。主机启停频繁，会缩短压缩机的寿命，同时对电网冲击较大，对用户而 言，增加运行费用；系统水温较低，会使系统水的热品质下降，末端设备将吹 冷风，使室内温度达不到舒适标准。 近年来,随着大面积的高档次住宅和别墅区的增加,空调方式的选择已渐为房 产开发商所关注。传统家用空调的室外机影响了建筑外立面整体美观,其在密集 型建筑中已遭摒弃,为适应现代住宅要求,融合了传统中央空调和家用空调特点 的家用中央空调应运而生,其在节能、空间利用、分户控制等方面具有独特优势。 随着市场的扩展,家用中央空调在产品设计和节能等方面的问题也逐渐凸显,节 能意味着降低初投资和运行费用,这对推广家用中央空调十分重要,值得我们思 考研究。 1 家用中央空调的简介 1.1 家用中央空调的工作原理和结构 中央空调系统主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘 管系统和冷却塔组成。首先我们来看一下它的结构图，如下： 4 其三种系统的工作原理分别如下： 1冷(热) 水机组的基本工作过程是：室外的制冷机组对冷(热)媒水进行制冷 降温(或加热升温) ，然后由水泵将降温后的冷媒(热)水输送到安装在室内的风机 盘管机组中，由风机盘管机组采取就地回风的方式与室内空气进行热交换实现 对室内空气处理的目的。 2风管(道) 式机组的基本工作过程是：供冷时，室外的制冷机组吸收来自 室内机组的制冷剂蒸气经压缩、冷凝后向各室内机组输送液体制冷剂。供热时， 室外的制冷机组吸收来自冷凝器的制冷剂蒸气经压缩后向各室内机组输送汽体 制冷剂，室内机组通过布置在天花板上的回风口将空气吸入，进行热交换后送 入安装在室内各房间天花板中的风管(道)内，并通过出风口上的散流器向室内 各房间输送空气。在风管(道)上设计有新风门和排风门，可以按一定比例置换 空气，以保证室内空气的质量。 3变频一拖多机组的基本工作过程是：供冷时，室外的制冷机组吸收来自室 内机组的制冷剂蒸气经压缩、冷凝后向各室内机组输送液体制冷剂。供热时， 室外的制冷机组吸收来自冷凝器的制冷剂蒸气经压缩后向各室内机组输送汽体 制冷剂。各室内机组通过暗装的方式布置在天花板上。通过其回风口将空气吸 入，进行热交换后送入，再从送风口将处理后的空气采取就地回风的方式送回 室内。 机组在能量调节方式上由微电脑控制，室外机组的变频式压缩机根据室内冷热 负荷的变化，自动调节压缩机的工作状态，以满足室内冷热负荷的要求。 5 图如下： 1.2 家用中央空调系统分类 家用中央空调是一种节能、舒适的家用空调系统,主要有冷热水系统、风管 式系统和 vrv 系统等 3 种型式。现在我先简单阐述一下这三种系统。 1 冷热水系统 输送介质通常为水,也有用乙二醇溶液的。它通过室外主机产生出空调冷热 水,由管路系统输送到室内的各末端装置,在末端装置处冷热水与室内空气进行热 量交换,产生冷热风,从而消除房间空调负荷。它是一种集中产生冷热量,但分散 6 处理各房间负荷的空调系统形式,该系统的室内末端装置通常为风机盘管。目前 风机盘管一般均可以调节其风机的转速(或通过旁通阀调节经过盘管的水量),从 而调节送入室内的冷热量,因此该系统可以对每个空调房间进行单独调节,满足各 个房间不同的空调需求,同时其节能性能也较好。此外,由于冷热机组的输配系统 所占的空间很小,因此一般不受建筑物层高的限制。但此种系统一般难以引进新 风,因此对于通常密闭的空调房间而言,其舒适性较差。 2 风管式系统 风管式系统以空气为输送介质,其原理与大型全空气中央空调的原理基本相同, 是一个小型的全空气中央空调系统。它利用室外主机集中产生冷/热量,对室内回 风进行冷却/加热处理,再送入室内,达到消除室内负荷的目的。室外主机均采用 水冷方式,也可采取风冷方式。另外,由于该系统集中对空气进行处理,因此较易 引入新风。新风可单独处理后送入空调房间,也可送入空调箱尾部,与回风混合后 统一进行处理。与其他家用中央空调比较起来,风管式系统的初投资较小,并且该 系统引入处理后的新风难度也远小于另两种形式,因此,室内空气品质较有保障。 但是,风管式系统的送回风管道需占较大空间,这就要求建筑物有较大的层高。此 外,它采用统一送风的方式,在没有变风量末端的情况下,难以满足不同房间的不 同空调负荷要求。而变风量末端的引入将会使整个空调系统的初投资大大增加。 3 vrv 系统 变制冷剂流量(简称 vrv)空调系统以制冷剂为输送介质,它的基本原理同小型 的家用分体式空调类似。该系统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。台室外机通过 管路能够向若干台室内机输送制冷剂液体,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,对室内负荷进行自动调节。vrv 系统具有节能、 舒适、运转平稳等优点,而且各房间可独立调节,可满足不同房间的不同空调负荷 要求。但该系统控制复杂初投资高。 2 家用中央空调的历史与现状 2.1 家用中央空调在我国的发展状况研究 根据国务院发展研究中心市场经济研究所中国家电市场调查研究课题组在 我国 54 个具有代表性的城市 21300 户家庭，针对我国空调市场状况展开的连 续性调查，研究发现：近年来家用中央空调的市场需求呈逐渐上升趋势，特别 是收入较高城市的普及速度异常迅速。据调查数据显示，在过去的 2010 年，我 国家用中央空调市场容量将突破 100 亿元。 调查结果显示，随着我国城市建设的迅猛发展和房地产业持续升温，而国 内大、中型城市是家用中央空调的主要消费市畅 据我们分析得出，截止 2005 年 10 月，我国家用中央空调城市市场容量，北京、上海、江苏和广州等发达城 市市场需求占到了市场总额的 40左右：其中，上海地区市场容量达到了 15 亿元左右的规模，北京地区和江苏地区市场容量已经超过了 10 亿元的规模，广 州地区市场容量也保持在 6 亿元左右的规模。 从区域市场看，华北、华东、华南三个区域对家用中央空调的需求市场比 7 重占全部市场的 78，与 2003 年度区域市场容量需求结构相比较，这三个区 域的市场集中度进一步加强。这一点与我国房地产也的发展有相当大的关联性。 2.2 影响我国中央空调的主要因素 影响我国中央空调的发展主要有以下几个方面： 1)技术上的考虑。冷/热水机组的室外主机采用风冷热泵装置 ,室内末端为 fcu。目前我国的风机盘管技术已处于世界领先水平,风冷热泵技术经过多年的 探索和研究,也已基本成熟。 2)建筑形式上的考虑。冷/热水机组不需占用太多层高 ,在住宅内布置较为方便,且 施工简单、安装费用低。而风管式系统的设置需与建筑结构相配合,占用建筑空 间大,且施工不方便。对于 vrv 系统,目前国内在此领域的技术尚不完善,还存在 着流量控制、管道材质、现场焊接、管道施工等需要进一步研究和解决。 3）中央空调行业作为一个生产、安装专业性很强的产业，其使用效果的好坏 在于“三分产品，七分设计安装” ，必须根据房屋的具体情况进行设计，由专业 安装队伍进行施工安装。设计的科学性、合理性，施工质量的好坏，将直接影 响到使用效果，甚至造成系统不能正常运行。而正视家用中央空调安装工程领 域，至今国家没有统一的家用中央空调系统设计、施工验收、运行管理规范； 工程设计、安装企业的员工也没有建立岗位培训、持证上岗制度；对于家用中 央空调更没有单列的工程安装专业资质认证制度；家用中央空调维护保养缺乏 统一指导价格和维修资质认证制度，家用中央空调安装工程行业处于一个无规 范、无序的激烈竞争之中，这无疑阻碍了我国家用中央空调行业的发展。 3 家用中央空调的应用 3.1 三种类型在我国的应用推广情况分析 全空气系统投资最小，性能也非常可靠，适合人们当前的消费水平，但它要 求有较高的层高。假如在房屋建设初期就把空调布置纳入规划，这样处理就可 以解决层高的问题。但如果这样实施，对于一般购房者来讲，买房费用从目前 市场来看已相当的高，而且很多人实行的是按揭付款，如果还要安装中央空调 的话，那将超过家庭的承受能力。对大多数普通住宅用户，由于该系统对层高 的要求，使得这种类型的空调失去了选择的可能。所以，目前这种系统在我国 未能广泛应用。它更适合于别墅型的高薪家庭。 而 vrv 系统具有较明显的性能优势，它技术先进，高效节能，制冷制热快， 应用范围广，舒适性好，性能可靠，维护量少，属于高科技创新产品，而且目 前这一模式有很大的研发空间，可以说，vrv 技术代表了未来空调技术发展的 方向。但由于这一系统价位的原因，目前推广有很大的困难，市场占用分额较 低。推测可能在最近 23 年时间内，它在户用中央空调中所占的比例将不会有 8 飞跃性的变化。但是随着空调业技术的发展，产品价位的降低，人们收入的提 高，相信这种系统将会占有巨大的市场。 对于风冷冷/热水机组而言，风冷冷水型小型家用中央空调机采用了一台主 机带多个末端装置（风机盘管） ，满足了多居室住宅的空调要求，制冷剂的充注 量也很少，减少了制冷剂可能的泄漏而造成对环境的污染及导致的维修费用， 机组可采用微电脑全自动控制，操作简单，各房间独立控制，又可集中控制， 方便实用、便于节电。大多数用户对中央空调的末端设备首选的是风机盘管机 组，这是由于风机盘管形式多样，可根据业主喜好、功能使用、室内装饰等进 行选择，且安装方便，质量可靠，可与室内整体装修融为一体。该系统的室外 机设于阳台上，将噪音阻隔于户外。且不受层高的限制，同时价位能够让多数 人所接受，维护及运行费也较低。基于以上诸多因素，目前在我国户用中央空 调市场应用广泛。当然，由于各系统有自身的特点，在施工中，对各工程的具 体情况，应进行经济，技术等方面的分析比较，最后确定出适合工程空调的方 案来，切记盲目跟随。 3.2 家用住宅空调的现状和解决方案 我国现有住宅普遍采用家用空调器,其中以分体空调器为主。它的特点是价格 适中,安装方便,使用灵活,住户可随便开关,自行掌握使用费用。其存在的问题是: (1) 空调器一般由各户购房后自行安装,对于高档住宅来说尚未达到入住条件, 而且由于室内机与室外机之间距离不能太长(一般小于5m) ,使室内机的布置受局 限,影响住房装修,降低了家居装修的档次。 (2) 室外机挂在住宅建筑的外墙面,上下各层位置可能不一,破坏了建筑物的外 观,而且室外机的检修不方便。基于以上两点,少数高档住宅楼采用了全水集中空 调系统,即所谓的中央空调。与家用空调器相比,中央空调系统除能实现本身功能 外,还不影响家居装修的档次,显示家居装饰的豪华、气派,但是中央空调系统,规 模庞大,设备复杂,要求建立集中机房,需要专门的技术人员管理,投资巨大;且难以 独立控制使用和独立计费。这些局限性限制了它在中、高档住宅开发中的广泛 应用。目前主要用于大型公共建筑物。 因此,在住宅开发中需要一种新的空调方式,它既能提高住宅档次,创造良好的 室内环境,又能解决计量、收费问题,且开发商和住户均能承受其使用费用。 针对上面提到的种种问题的存在，应该使用家用的中央空调比较合适。 现在我用一房产案例的应用来针对上述问题,我们在某房地产开发项目中,采 用了家庭式中央空调系统图1。 （图在下方）这是一套由制冷主机、供暖热源和 末端装置构成的系统。制冷主机选用风冷式冷水机组,供暖热源选用小型燃气热 水炉,室内末端装置采用卧式暗装风机盘管。主机与末端装置间用铝型复合管连 接。夏季,制冷主机生产冷水,通向风机盘管,向室内供冷;冬季,关闭单冷机的管道 阀门,改为由热水炉向风机盘管和生活用水设备提供热水供暖。制冷主机、燃气 热水炉、风机盘管组合成一个完整的家庭式中央空调系统,除了实现其自身功能 外,同时还解决了生活热水问题。在设备布置方面,制冷主机放置在室外平台上, 该平台是建筑师结合建筑立面效果,专为放置该机组而设的,一般布置在外墙隐蔽 处,不会破坏整栋建筑的外观。燃气热水炉采用壁挂式,不影响厨房使用面积。该 系统采用的膨胀水箱也为壁挂式,放在厨房内,体积约为510l 。而风机盘管的 安装形式和位置与内装修结合起来,又可达到完美的使用效果,使该系统与建筑布 9 局融为一体。 4 家用中央空调的发展前景展望 4.1 对建筑业的发展影响 由于分体空调越来越难以适应环境、能源的要求。近10年来,建筑业提出了四 个新的建筑概念,即“健康建筑” 、 “绿色建筑” 、 “智能化建筑” 、 “集成建筑” 。 这些概念的提出,不但为建筑业的发展指明了方向,也为空调业勾划出了明天蓝图。 “健康建筑”概念的出现是人类对自己生活的境提出的更高要求,也是人类对 住宅提出的基本求。在“健康住宅”的要求中至少有一半与中央调有关,而要实 现“健康住宅”的这些最低要求应用分体空调已无法胜任,因此,家用中央空调势 必成为新世纪住宅的必不可少的组成部分之一,因此引起了人们极大关注。 “绿色建筑”强调的是:环境、节能、资源和材料的有效利用。环境包括建筑 物外的生态环境和室内环境两部分,室内环境强调的是居住者的舒适感、身心健 康和室内空气品质。要达到室内环境的这些要求,只能通过采用中央空调才能实 现。节能