中央空调系统原理及原理图含末端设备ppt课件.ppt

中央空调系统 1 中央空调系统 空调的基本概念1 空调的定义 空调是空气调节的简称 它是利用设备和技术对室内空气 或人工混合气体 的温度 湿度 清洁度及气流速度进行调节 以满足人们对环境的舒适要求或生产对环境的工艺要求 满足人类或其它生物对舒适感的要求的空调 一般称之为舒适性空调 而主要用来满足工艺生产过程和设备的运行要求 及人体的舒适度要求的空调 一般称之为工艺性空调 2 中央空调系统 空调的基本概念2 空调的制冷量与制热量制冷量 单位时间内 空调器在名义制冷工况下从空间区域或房间内排除的热量 制热量 单位时间内 空调器在名义制热工况下向空间区域或房间内释放的热量 3 中央空调系统 中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成 有主机和末段系统 按负担室内热湿负荷所用的介质可分为全空气系统 全水系统 空气 水系统 冷剂系统 按空气处理设备的集中程度可分为集中式和半集中式 按被处理空气的来源可分为封闭式 直流式 混合式 一次回风二次回风 主要组成设备有空调主机 冷热源 风柜 风机盘管等等 制冷系统为空气调节系统提供所需冷量 用以抵消室内环境的冷负荷 制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量 制冷系统是中央空调系统至关重要的部分 其采用种类 运行方式 结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性 高效性 合理性 4 中央空调系统的分类 一 按负担室内热湿负荷所用的介质分类1 全空气系统空调房间的室内热湿负荷全部由经过处理的空气来承担 利用空调装置送出风调节室内空气的温度 湿度 5 中央空调系统的分类 续 2 全水系统全部由经过处理的水负担室内热湿负荷 利用冷冻机处理后的冷冻水 或锅炉制出热水 送往空调房间的风机盘管中对房间的温度 湿度进行处理的 6 中央空调系统的分类 续 3 空气 水系统由经过处理的空气和水共同负担室内热湿负荷 典型装置是风机盘管加新风系统 4 冷剂系统利用直接蒸发的制冷剂吸热来调节室内温度 湿度 7 中央空调系统的分类 续 二 按处理设备的情况分类1 集中式空调空气处理设备和送 回风机等集中设在空调机房内 通过送 回风管道与被调节的空调场所相连 对空气进行集中处理和分配 8 中央空调系统的分类 续 2 半集中式空调送入空调房间的新风由空调机房集中处理 空调房间内的空气由分散在房间内的装置处理的系统 9 中央空调系统的分类 续 两种空调的优缺点 10 中央空调系统的分类 续 根据制冷方法分类 根据冷凝器的冷却方式分类 11 中央空调制冷机组和大型空调设备 12 中央空调系统的分类 续 三 按照冷却形式分类1 水冷机组主要设备 制冷主机冷却塔冷冻水泵冷却水泵补给水泵电子水处理仪或全自动软化水处理装置水过滤器膨胀水箱末端设备 13 中央空调系统的分类 续 电制冷水冷式冷水机组电制冷水冷式冷水机组属于蒸汽压缩式制冷范畴 一般主要由压缩机 蒸发器 冷凝器 膨胀阀 自动控制和保护装置组成 顾名思义水冷式冷水机组的冷凝器利用水冷却 一般利用循环冷却水 随着科技的发展和节能的需要 也有采用地表水 地下水冷却的 在实际工程中我们根据压缩机类型一般分为离心式冷水机组 螺杆式冷水机组 活塞式冷水机组和涡旋式冷水机组 离心式冷水机组单机容量大 制冷性能系数COP值高 但在部分负荷下运行时容易发生 喘振 现象 螺杆式冷水机组由于在压缩机构造上的特点 在部分负荷下仍能稳定 高效地运行 常被用于负荷波动大 需要调节的场合 活塞式冷水机组和涡旋式冷水机组均为小容量制冷机 其中活塞式冷水机组由于振动大 运行维护复杂 目前运用较少 而涡旋式冷水机组运行噪声小 调节方便 在小型工程中运用较多 14 中央空调系统的分类 续 2 风冷机组主要设备 制冷主机冷冻水泵补给水泵电子水处理仪或全自动软化水处理装置水过滤器膨胀水箱末端设备 15 中央空调系统优点 1 经济节能 主机由微电脑控制 每个区间末端风机盘管可自行调节温度 区间无人时可关闭 系统根据实际负荷做自动化运行 开机计费 不开机不计费 有效节约能源和运行费用 2 环保 主机采用水源热泵型机组 电制冷 没有燃烧过程 避免了排污 整个系统为密闭式管路系统 可避免霉菌灰尘等杂质对系统的污染 使环境清新优美 特别适于高档别墅 高级公寓与写字楼的使用 3 节约空间 主机体积小巧 不设机房 无需占用设备层 减少公用设施和土建投资 室内末端暗藏在吊顶内 极易配合屋内装修 4 个性化 中央空调系统以区间为单元 满足用户不同区间需求 室内末端安装采用暗藏方式 不影响室内的审美观 不占据室内空间 适应用户的个性化需求 16 中央空调系统优点 续 5 简化管理 于采用不同区间单独控制系统为用户所有 产权关系明确 可简化空调设施管理 6 提升档次 中央空调主机可以避免破坏楼体的整体外观 使用户充分享受高档综合环境的同时 提升产品质量及量贩档次 7 投资方便 可根据量贩发展情况 分期分批投资添置空调系统 同时量贩档次提升 因此资金周转快 有效地利用资金更进一步开发 17 中央空调系统工作原理 中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统 冷媒 冷冻和冷热 循环水系统 冷却循环水系统 盘管风机系统 冷却塔风机系统等组成 制冷压缩机组通过压缩机将空调制冷剂 冷媒介质如R134a R22等 压缩成液态后送蒸发器中 冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换 这样原来的常温水就变成了低温冷冻水 冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量 产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间 从而达到降温的目的 冷媒在蒸发器中被充分压缩并伴随热量吸收过程完成后 再被送到冷凝器中去恢复常压状态 以便冷媒在冷凝器中释放热量 其释放的热量正是通过循环冷却水系统的冷却水带走 冷却循环水系统将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后 再将这已变热的冷却水送到冷却塔上 由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷 与大气之间进行充分热交换 使冷却水变回常温 以便再循环使用 在冬季需要制热时 中央空调系统仅需要通过冷热水泵 在夏季称为冷冻水泵 将常温水泵入蒸汽热交换器的盘管 通过与蒸汽的充分热交换后再将热水送到各楼层的风机盘管中 即可实现向用户提供供暖热风 18 中央空调制冷原理图 19 中央空调制冷循环原理图 20 中央空调供热循环原理图 注意这个蒸发器 冷凝器 制冷时 他就是冷凝器 制热时 它是蒸发器 在制冷与制热时 四通阀发挥作用 制冷剂的流向发生了改变 这里是四通阀 21 中央空调制冷系统 主要通过冷冻水循环 制冷剂循环 冷却水循环三个循环把室内的热量传到室外 压缩机出来的冷媒高温高压的气体 流经冷凝器 降温降压 冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出 冷媒继续流经节流装置 成为低温低压液体 流经蒸发器 吸热 再经压缩 在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统 制冷剂在此处吸收热量使冷冻水降温 然后流到用户端 再经风机盘管进行热交换 将冷风吹出 22 制冷剂循环 主机部分由压缩机 蒸发器 冷凝器 压缩机及冷媒 制冷剂 等组成 其工作循环过程如下 首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体 在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能 这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上 最终释放到大气中去 随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时 因为压力的突变而气化 形成气液混合物进入蒸发器 冷媒在蒸发器中不断气化 同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度 最后 蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体 重新进入了压缩机 如此循环往复 23 压缩机 24 压缩机 续 说明 1 容积式制冷压缩机是靠改变工作腔的容积 将周期性地吸收到的定量气体压缩 离心式压缩机是靠离心力的作用 连续地将所吸收到的气体压缩 2 回转式制冷压缩机是靠回转体的旋转运动替代活塞式压缩机中的活塞的往复运动 以改变气缸的工作容积 从而将一定数量的低压气态制冷剂进行压缩 3 目前常用的压缩机主要有活塞式压缩机 涡旋式 螺杆式以及离心式压缩机 其中活塞式制冷压缩机多为中型 标准制冷量60 600KW 和小型 小于60KW 但是由于其噪音大 效率低切容易发生故障 目前使用的已不多 涡旋式制冷压缩机目前主要用于小型制冷系统 在家用空调以及商用VRV等小型系统大量使用 而螺杆机具有结构简单 可靠性高及操作维护方便 另外技术成熟等一系列独特的优点 已经广泛应用于制冷 空调和多种工艺流程中 离心式压缩机结构简单紧凑 运动件少 工作可靠 经久耐用运行费用低 一般适用大于500RT的制冷系统中 并且可以实现无级调节 使机组的负荷在30 100 范围内工作 25 压缩机 续 4 评价制冷压缩机消耗能量方面先进性的指标 a 制冷压缩机的性能系数COP即 单位轴功率的制冷量 轴功率 压缩机的耗功率 指电动机传至压缩机机轴上的功率 主要包括直接用于压缩空气的所耗功率和克服运动机构的摩擦阻力所耗功率 b 能效比EER 单位电动机输入功率的制冷量大小 此指标考虑到驱动电机效率对能耗的影响 26 压缩机 续 压缩过程 压缩过程在压缩机中进行 这是一个升压升温过程 压缩机将从蒸发器流出的低压制冷剂蒸气压缩 使蒸气的压力提高到与冷凝温度对应的冷凝压力 从而保证制冷剂蒸气能在常温下被冷凝液化 而制冷剂经压缩机压缩后 温度也升高了 27 冷凝器 冷凝过程 冷凝过程在冷凝器中进行 它是一个恒压放热过程 为了让制冷剂蒸气能被反复使用 需将蒸发器流出的制冷剂蒸气冷凝还原为液态 向环境介质放热 冷凝器按工作过程可分为冷却区段和冷凝区段 冷凝器的入口附近为冷却区段 高温的制冷剂过热蒸气通过冷凝器的金属盘管和散热片 将热量传给周围的空气 并降温冷却 变成饱和蒸气 冷凝器的出口附近为冷凝区段 制冷剂由饱和蒸气冷凝为饱和液体放出潜热 并传给周围空气 28 膨胀阀 由于冷凝器冷凝得到的液态制冷剂的冷凝温度和冷凝压力要高于蒸发温度和蒸发压力 在进入蒸发器前需让它降压降温 液态制冷剂通过毛细管时由于流动阻力而降压 并伴随着一定程度的散热和少许的汽化 因此节流过程是一个降压降温的过程 节流汽化的制冷剂量越大 蒸发器中的制冷量就越少 因而必须减少节流汽化 29 蒸发器 蒸发过程 蒸发过程是在蒸发器中进行的 液态制冷剂在蒸发器中蒸发时吸收热量 使其周围的介质温度降低或保持一定的低温状态 从而达到制冷的目的 蒸发器制冷量大小主要取决于液态制冷剂在蒸发器内蒸发量的多少 气态制冷剂流经蒸发器时不发生相变 不产生制冷效应 因而应限制毛细管的节流汽化效应 使流入蒸发器的制冷剂必须是液态制冷剂 另外 蒸发温度愈低 相应的制冷量也略为降低 并会使压缩机的功耗增加 循环的制冷系数下降 30 制冷剂 1 制冷剂是制冷装置中进行制冷循环的工作物质 其工作原理是制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物质的热量而蒸发 在冷凝器中将所吸收的热量传给周围的空气或者水 而被冷却为液体 往复循环 借助于状态的变化来达到制冷的作用 2 常用制冷剂 氨 NH3R717 氨最大的优点是单位容积制冷能力大 蒸发压力和冷凝压力适中 另外价格便宜 极易购得 特别是冷藏 冷库等大型制冷设备常采用 但是氨最大的确定就是有强烈的刺激作用 对人体有危害 目前规定氨在空气中的浓度不应大于20mg m3 氨是可燃物 氨在空气中的体积百分比达16 25 时 遇火焰就有爆炸的危险 31 制冷剂 氟利昂大多数的氟利昂本身无毒 无臭 不燃 适用于工程建筑或者实验室的空调制冷装置 尤其是氟利昂R22 在我国空调制冷装置中已经广泛采用 其热力学性能与氨不相上下 而且安全可靠 是一种良好的制冷剂 但是目前价格较高 影响大规模的推广使用 致命缺点 温室效应气体 其温室效应值比二氧化碳大1700倍 更危险的是会破坏大气层中的臭氧层 根据国际上 蒙特利尔议定书 规定 R22于2020年将全面禁止 发展中国家可适当延期至2040年全面禁止生产 目前国际上一致看好的R22的替代物是R407C R410A 另外汽车制冷中常用的R12 采用R134A替代 目前国内的一些大中型项目 业主都明确要求采用环保冷媒如R407C等 32 载冷剂 载冷剂是一种中间物质 如常用的空调冷冻水 其在蒸发器内被冷却降温 然后远距离输送 来冷却需要被冷却的物体 目前常用的载冷剂有水 它只能用于高于0 的条件 当要求低于0 时 一般采用盐水 如 氯化钠或者氯化钙水溶液或者采用乙二醇 丙二醇等有机化合物的水溶液 33 空调常用单位换算 1 长度单位换算英制单位 英尺ft feet 英寸in inch 1in 25 4mm1ft 12in1ft 0 3048m 30 5cm1m 3 281ft2 体积流量单位CMH cubicmeterperhourCFM cubicfeetperminister1CFM 1 699CMH 34 空调常用单位换算 3 功与能量的关系能量 功 时间1焦耳 j 1瓦 w 1秒 s 1 能量单位 国制 j kj 英制 cal kcal1j 0 2388cal 2 功率单位 国制 w kw 英制 kcal h 大卡 1kcal h 1 163w1kw 860kcal h习惯上的常用单位 马力 匹 HP 冷吨RT1HP 735w1RT 3 516kw 3024kcal h 35 空调常用单位换算 说明 1 冷吨 是一个英制的制冷量单位 1冷吨就是在24小时内冻结1吨0 的水变成0 的冰 所需要的冷量 美国是采用2000磅 907 2kg 作为一吨 因此1美国冷吨 12659kj h 即 1RT 3 516kw2 匹与制冷量的关系在小型空调工程中1HP指给压缩机输入735W的功率所能产生的制冷量 与一般的功率单位匹意义是不一样的 这里的1HP是根据能效比算出来的 日本一般认为空调压缩机的能效比平均为3 4 则输入735W的电能所产生的制冷量为2500W 因此可以说1HP空调的制冷量相当于2500W的制冷量 小1匹一般为2200W 大1匹一般为2800W 36 冷却水循环 由冷却泵 冷却水管道 冷却水塔及冷凝器等组成 冷冻水循环系统进行室内热交换的同时 必将带走室内大量的热能 该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水 使冷却水温度升高 冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔 出水 使之与大气进行热交换 降低温度后再送回主机冷凝器 回水 冷水流过需要降温的生产设备 常称换热设备 如换热器 冷凝器 反应器 使其降温 而冷水温度上升 冷却水系统分为直流冷却水系统和循环冷却水系统 如果冷水降温生产设备后即排放 此时冷水只用一次 称直流冷却水系统 使升温冷水流过冷却设备使水温回降 用泵送回生产设备再次使用 称循环冷却水系统 37 冷却塔 冷却塔通过热水在塔内喷淋 与周围空气进行热交换 包括显热交换和水蒸发引进的潜热交换 使水的温度降低 38 冷冻水循环 由冷冻泵 室内风机及冷冻水管道等组成 从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道 出水 进入空调末端设备进行热交换 带走房间内的热量 最后回到主机蒸发器 回水 室内风机用于将空气吹过冷冻水管道 降低空气温度 加速室内热交换 39 末端系统 一 末端设备1 风机盘管风机盘管是中央空调系统使用最广的末端设备 风机盘管的全称为中中央空调风机盘管机组 主要由电机和冷疑管及接水盘构成 电机的作用 将风从进水口吹到冷疑管 风再从出水口出来就是冷风了 冷疑管的作用 将中央空调主机上面的冷水在里面流通 接水盘的作用 接从冷疑管旁边蒸发出来的水份 再经排水管流走 40 风机盘管种类 卧式暗装 带回风箱 风机盘管 卧式明装风机盘管 立式暗装风及盘管 立式明装风机盘管 卡式二出风风机盘管 卡式四出风风机盘管 壁挂式风机盘管 41 风机盘管 风机盘管在干工况下运行的系统 以下简称干盘管系统 相对于湿工况系统有如下特点 干盘管机组承担负荷小 仅处理室内显热冷量 盘管在干工况下运行 无凝水产生 不存在细菌滋生问题 由于无回风方式 彻底消除交叉感染的可能性 卫生条件好 由于新风不仅要承担室内全部湿负荷 大部分情况下还要承担部分室内显热负荷 因此新风机组承担冷量较大 要求冷冻水进水温度较低 机组机器露点比传统的新风机组要低 盘管在干工况下运行 因此要求进入盘管的冷水温度较高 为消除室内显热负荷 盘管面积可能增大 为保证系统在干工况下运行 必须有一套安全可靠的自控系统 42 末端系统 续 2 新风机组 MAU MAU是提供新鲜空气的一种空气调节设备 功能上按使用环境的要求可以达到恒温恒湿或者单纯提供新鲜空气 工作原理是在室外抽取新鲜空气经过除尘 除湿 或加湿 降温 或升温 等处理后通过风机送到室内 在进入室内空间时替换室内的原有空气 43 MAU机组图 进风段 初效过滤段 表冷段 挡水段 热水加热段 加湿段 风机段 均流段 中效过滤段 出风段 44 末端系统 续 3 组合式空调机组 AHU 组合式空调机组是由各种空气处理功能段组装而成的一种空气处理设备 45 AHU机组图 进风段 表冷段 挡水段 风机段 均流段 中效过滤段 出风