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空调系统概述 第一节空调系统概述 一 空气调节的任务与作用使室内空气温度 相对湿度 空气流速 空气洁净度等参数保持在一定范围内的技术称空气调节 舒适性空调 工艺性空调 第二节空调系统的分类与组成 一 按承担空调负荷的介质进行分类 1 全空气空调系统 2 全水空调系统 3 空气一水系统 4 制冷剂系统 二 按其空气处理设备的集中程度分类 一 集中式空调系统 全空气系统 集中的冷热源 冷热水由管路输送到各个空气处理装置 空气的加热冷却集中在空气处理装置中处理后 由风道输送到各个房间 全空气系统示意 典型集中式空调系统 集中式空调系统 集中式空调系统是一种出现最早 迄今仍然广泛应用的最基本的系统形式 集中式空调系统是典型的全空气系统 它广泛应用于舒适性或工艺性的各类空调工程中 例如会堂 宾馆 商场以及对空气环境有特殊要求 恒温 恒湿 洁净 的工业厂房 1 集中式空调系统的组成 1 空气处理设备 2 空气输送设备 3 空气分配装置 2 集中式空调系统按照所处理的空气来源的不同 1 封闭式 2 直流式 3 混合式 回风式 一 二次回风系统示意图 4 单风道及双风道空调系统 单风道是全空气系统中最基本 最常用的方式 广泛用于办公楼 会堂 影剧院以及旅馆的餐厅 门厅和医院建筑的公共用房等场所 单风道与双风道系统 单风道系统 系统中在同一时间风道中只送热风或冷风 不存在两种温度差别较大的送风 同一系统中所有房间均只能送同样参数的空气 除非各房间加设额外的加热或冷却装置 是最广泛采用的空调送风系统形式 当各房间要求的送风参数差别不大时能较好工作 各房间冷热要求差别较大时或相反时不能很好保证参数 集中式全空气单风道空调系统 双风道系统 系统中同时有送热风和冷风的风道 热风和冷风到各个房间根据需要混合成不同温度的空气送入 可全年保证所有房间所需空气参数 舒适性好 但初投资和运行费用均很高 仅用于少数要求极高的场合 替代方案 将负荷特性 使用功能接近的房间划为同一系统 同一系统负荷差异较大时 按最不利情况送 其余在末端另加再热或冷却处理装置 双风道系统示例 双风道系统示例 3 集中式空调系统的主要优缺点 集中式空调系统的主要优点 空调设备集中设置在专门的空调机房里 管理维修方便 消声防振也比较容易 空调机房可以使用较差的建筑空间 节省建筑物有效空间 如地下室 屋顶间等 可根据季节变化调节新风量 充分利用室外新风 减少制冷机运行时间 节约运行费用 使用寿命长 初投资和运行费用比较小 服务面大 处理空气多 便于集中管理 集中式空调系统的主要缺点 用空气作为传送冷 热负荷的介质 需要的风量大 风道截面尺寸大 并且机房面积大 层高较高 占用建筑空间较多 风管布置复杂 施工安装工程量大 工期长 一个系统只能处理出一种送风状态的空气 当各个房间的热 湿负荷的变化规律差别较大时 不便于运行调节 系统的灵活性差 对于房间热湿负荷变化不一致或运行时间不一致的建筑物 系统运行不经济 风管系统各支路和风口的风量不易平衡 各房间由风管连接 不易防火 二 半集中式空调系统 半集中式空调系统的特点是除了设有集中的空调机房外 还设有分散在各个房间的二次设备 又称为末端装置 来承担一部分冷热负荷 1 诱导式空调系统诱导式空调系统是指诱导器加新风的混合式系统 一般由一次空气处理室 诱导器 送风末端装置 风道 风机所组成 诱导式空调系统的优点是 该系统中通风管道一般采用高速送风 故管道断面小 占用建筑空间小 在水 空气诱导系统中由于二次盘管负担了一部分室内负荷 故一次风系统较小 由于在集中式空气处理系统中不用回风 故可避免空调房间互相干扰和污染的可能 使用寿命长 诱导式空调系统的缺点是 各个房间的冷 热量不易单独调节 高速送风时室内有噪音 二次送风难以净化 诱导器容易积灰 清理不便 设备及管路较复杂 故初次投资和维修管理工作量都较大 2 风机盘管空调系统 风机盘管加新风空调系统是目前应用最广 最具生命力的系统形式 中央空调系统广泛应用风机盘管系统这种半集中式系统 风机盘管系统示意 宾馆客房风机盘管示例 风机盘管加新风空调系统是目前应用最广 最具生命力的系统形式 中央空调系统广泛应用风机盘管系统这种半集中式系统 1 风机盘管的水系统双管制系统三管制系统四管制系统 两管制系统 在同一时间水管中仅送热水或冷水 因此只需一根送水管和一根回水管的系统称为两管制系统 如风机盘管系统 普通的全空气系统 夏天时管内为冷水 冬天时管内为热水 过渡季 冷热切换的季节 通常不送水 是最常见的系统形式 投资较少 通常适于舒适性空调 在过渡季参数的保证性差 两管制风机盘管系统 参见前图 两管制空气处理装置 三管制系统 将四管制中的热水和冷水的回水管合并成一根管就变成三管制系统 具有四管制系统的所有功能 初投资减少 但效率降低 冷热混合浪费能量 三水管系统 四管制系统 系统中全年任何时候均供送热水和冷水 因此可进行各种加热和冷却处理的系统形式 热水管路和冷水管路分别包括各自的供水管和回水管 总共四根管而得名 通常用于全年参数保证率高的场合 如宾馆的总统套房 工艺性空调等 初投资高 占用面积多 运行费用高 四管制空气处理装置 2 风机盘管空调系统的新风系统风机盘管空调系统新鲜空气的补给方式通过房间的缝隙自然渗入和排出 从机组背面墙洞引入新风和从缝隙自然排出 由内部空间在空调系统供新风和单独设排风系统 采用单独新风系统和排风系统的方式 4 风机盘管空调系统的特点 与集中式空调系统相比 仅需要新风空调机房 机房占地面积小 层高较低 风机盘管布置在空调房间内占据空间有限 仅需新风系统 风管截面积较小 容易布置 盘管既可通冷水 又可通热水 冬夏兼用 但盘管易结垢 影响传热效果 运行灵活 可自行调节各房间负荷 节能效果好 但不能实现全年多工况节能运行调节 易于安装 施工时间较短 使用寿命长 风机盘管分散布置 风管 水管 凝水管等管线布置较复杂 水系统易漏水 维护管理较繁琐 难于满足温度 湿度 清洁度的严格要求 风机盘管都采用低噪声风机 对有噪声要求的区域 应避免风速较高产生的噪音 三 分散式 局部式 空调系统空调机组是将冷源 热源 空气处理 风机和自动控制等设备组装在一起的定型产品 由工厂定型生产 现场整机安装 分散式系统 冷热源和散热设备合并成一体 分散放置在各个房间里 称为分散式系统 如取暖的火炉 煤气供暖 电热供暖 窗式空调 分体空调 风扇等 分散式系统通常每个房间或家庭设置一套 具有装置简单 易实现等特点 但常常具有效率不高 卫生条件差 能源结构不合理等特点 空调机组的种类很多 大致可以按以下方法分类 按容量大小 分为窗式空调 分体挂壁式 立柜式空调器和屋顶式空调器 煤气炉与电暖气 煤气炉与电暖气 2 分体式房间空调器 窗式空调器与柜机 按制冷设备冷凝器的冷却方式 又可分为水冷式和风冷式 三 高层建筑空调系统 高层建筑一般多采用集中式 半集中式中央空调系统 一 高层建筑空调水系统竖向分区的依据在空调水系统设计中 应以设备和附件的承压能力作为主要依据来决定在垂直方向是否需要分区或分几个区 常按国内外主机 阀门及附属设备承压能力为1 0MPa并考虑系统阻力为300kPa左右以确定高层建筑空调系统分区界限 国产冷水机组 1 0MPa风机盘管的承压能力一般有1 0MPa和1 7MPa水泵壳体的承压能力在1 0MPa以上 管材公称压力为 低压管道 2 5MPa 中压管道为4 0 6 4MPa 阀门公称压力为 低压阀门为1 6MPa 中压阀门为2 5 6 4MPa 冷水机组接在水泵吸入端的空调水系统 水系统高度在100m以内可不进行竖向分区 但是选用水泵的承压能力要在1 3MPa以上 冷水机组接在水泵出口端的空调水系统 水系统高于70m时 应进行竖向分区 对于高于200m的系统 一般应考虑分为高 中 低三个区的水系统 二 常用的竖向分区方式 1 高 低区合用冷 热设备 低区采用冷水机组直接供冷 同时在设备层设置板式换热器 作为高 低区水压的分界设备 使静水压力分段承受 2 冷水机组分区独立设置 冷水机组均设置在地下室 但高区和低区水系统分为独立的两个系统 冷水机组均设置在技术设备层或避难层内 中 低区冷水机组设置在地下室 高区冷水机组设置在中间技术设备层内 此方式需要专 中高区采用风冷冷水机组 设置在屋顶上 以水系统为辅 低区以水系统为主 直连系统与间连系统 直连系统 系统管路中的水与冷热源中的水是连通的系统称为直连系统 直连系统中各设备的水压力是相互传递的 效率较高 但适于中小系统 系统较大时 低区设备的承压非常重要 各支路的阻力与流量平衡比较困难 直连系统示例 间连系统 系统管路中的水与冷热源中的水是不连通的系统称为间连系统 通常采用板式换热器隔开 间连系统间各设备的水压力是各自独立的 换热器会产生热损失 效率较低 适合于大型系统或不易直接连接的系统 如腐蚀 不同介质等 如高层建筑的高区与低区 供热干网与各用户 冰蓄冷系统 间连系统示例 高层建筑间连水系统案例1深圳国际贸易中心大厦 高层建筑间连水系统案例2北京香格里拉饭店 高层建筑间连水系统案例3 热交换器 低区机组 高区机组 第三节空调负荷计算 一 空气冷负荷空调冷负荷是空气调节系统设计中的最基本依据 它也是确定空调系统的风量和空调设备装置容量的基本依据 同时也将直接影响空调系统的经济性和建筑节能 空调冷负荷由三大部分组成 空调房间的冷负荷 室外新风负荷 系统冷负荷 空调房间的冷负荷室内外温差引起建筑物围护结构传入室内热量形成的冷负荷 太阳辐射传入热量形成的冷负荷 人体散热 散湿形成的冷负荷 室内灯光照明散热形成的冷负荷 室内其他设备的散热 散湿形成的冷负荷 室外新风负荷为了满足空调房间空气质量的需要 必须向空调房间输送一定量的新鲜空气 而冷却室外新鲜空气所消耗的冷量为新风冷负荷系统冷负荷它包括空气风管 水管 风机 水泵 水箱等温升引起的附加冷负荷 二 空调冷负荷的估算 在实际设计工程中为了估算设备容量和投资费用 一般可采用冷负荷估算指标来估算系统的冷负荷 以便确定设备容量及型号 在施工图阶段对冷负荷再作详细的计算 冷负荷估算指标如表7 5所示 三 空调冷负荷的计算 空气调节区的夏季计算得热量 应根据下列各项确定 通过围护结构传入的热量 通过外窗进入的太阳辐射热量 人体散热量 照明散热量 设备 器具 管道及其他内部热源的散热量 食品或物料的散热量 伴随各种散湿过程产生的潜热量 一 围护结构传热量的计算 第四节空调房间的送风量和气流组织 一 空调房间风量空调房间的送风量通常按夏季最大室内冷负荷来确定的 春 秋 冬季冷负荷减少则送风量也可以相应减少 二 空调房间气流组织 一 送风1 侧向送风 2 散流器送风散流器是设置在顶棚上的一种送风口 它具有诱导室内空气使之与送风射流迅速混合的特性 散流器送风可以分为平送和下送两种 3 孔板送风在室温允许波动范围较小的空调房间中 通常采用孔板送风 通常采用孔板送风 孔板送风是将空气送入顶棚上面的稳压层中 在稳压层的作用下 通过顶棚上的大量小孔均匀地进入房间 可以利用顶棚上面的整个空间作为稳压层 也可以利用另外设置的稳压箱 稳压层的净高应不小于0 2m 孔径一般为4 6mm 孔距为40 100mm 4 喷口送风喷口送风是大型体育馆 礼堂 通用大厅以及高大厂房中常用的一种送风方式 由高速喷口送出射流 带动室内空气进行强烈混合 使室内形成的空气流动量增至送风量的3 5倍 射流面积不断扩大 速度逐渐衰减 室内形成大的回旋气流 工作区域一般是回流 二 回风1 回风口的布置空调房间的气流流型主要取决于送风射流 回风口处的气流速度衰减很快 对气流流型影响很小 对区域温差影响亦小 除了高大空间或面积大而有较高区域内温差要求的空调房间外 一般可在房间一侧集中布置回风口 三 空调房间送 回风口布置形式 1 上送下回2 上送上回3 下送上回4 中送风 这种送风方式具有射程远 系统简单 投资较省 一般能够满足工作区舒适条件 HVAC系统分类 1 按系统的分布关系 可分为分散式与集中式 按是否同时提供冷水和热水管路 可分为两管制与四管制 或三管制 按分部分水系统是否连通 分为直连系统与间连系统 HVAC系统分类 2 按是否同时提供热风和冷风 可分为单风道系统与双风道系统按所送空气是否与从房间排出的空气混合 分为直流系统与回风系统按所送空气或水的流量是否不断调节 分为定风量系统与变风量系统或定水量系统与变水量系统 分散式系统与集中式系统 集中式系统 将水或空气集中制取 通过管路系统将水或空气送到各个房间的系统称为集中式系统 如小区集中供热系统 写字楼风机盘管系统 中央空调送风系统 集中式系统需要集中的冷热源 管路输配系统及末端设备 通常具有美观 高效 高品质的特点 但初投资和运行费用也通常较高 目前被广泛采用 风机盘管系统 集中的冷热源 冷热水由管路输送到各个房间 但空气的加热和冷却是在各个房间内完成的 仅空气加热和冷却这一点来看是分散式系统但水是集中式系统 又称为半集中式系统 风机盘管系统示意 风机盘管系统示意 两管制与四管制系统 两管制风机盘管系统 参见前图 直流系统与回风系统 直流系统 送风房间中的空气全部排出 不循环使用的系统 通常用于有污染物或高温的房间 直流系统通常能耗较高 但通风换气效果好 直流系统示例 回风系统 将送入的空气部分或全部抽回重复使用的系统 分为一次回风系统 含全回风系统 二次回风系统 一次回风系统将从房间抽回的空气与室外空气混合 处理后再送入房间中 由于从室内抽回的空气通常比室外空气更接近送风状态 因此可减少加热或冷却空气所需的能量 运行费用较少 是一种广泛采用的系统形式 全回风系统 风机盘管 一次回风系统 定风 水 量与变 水 风量系统 定风量系统 送风系统的风量不随负荷和使用情况的变化不断进行调节的系统 当各房间负荷变化情况不一致时 容易出现不同房间冷热不均 通常采用定速风机 系统运行和控制简单 通常能耗较高 热舒适性保障方面稍差 定风量系统示例 新风 回风 送风口 空气处理机 变风量系统 系统风量和各房间的送风量均根据负荷和使用情况不断进行调节 当房间人少时可减少送风量 容易解决冷热不均的情况 运行能耗较低 热舒适状况较好 通常采用变速风机 初投资较高 控制系统较复杂 控制系统稳定性要好 变风量系统示例 新风 回风 送风口 变风量空气处理机 变风量末端 变风量末端装置 变风量控制装置 定水量与变水量系统 当各用户负荷变化时通常会调节水阀改变所要水量 由于系统的水泵采用定速泵运行并不进行相应调节的系统为定水量系统 运行控制简单 能耗较高 变水量系统采用变速水泵 当用户要求水量变化时 水泵根据管路特性及时进行相应调节 从而节省能耗 控制稍复杂 定流量 CWV 系统 变流量 VWV 系统 关于分散与集中 分散系统简单 初投资少 通常用住宅和低档商用建筑 集中式系统广泛应用于商用建筑和高档住宅公寓中 集中式系统通常包括冷热源 冷热水输送管路 冷热风输送风道 空气处理装置 将热量或空气送入房间的末端装置三部分组成 关于两管制与四管制 两管制系统仅能供应热水或冷水 在过渡季时不供应水 适于负荷变化不大或全年参数保证要求不高的场合 是舒适性