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黄冈职业技术学院毕业论文课题名称 中央空调施工方案的编制系 别 机电工程系 专 业 制冷与冷藏技术 班 级 制冷200802班 姓 名 黄 善 钦 学 号 2 0 0 8 0 3 0 5 1 1 2 8 指导教师 王 生 软 摘 要 VRV 空调系统在国内建筑中已经得到广泛地应用从技术角度出发本文对VRV 空调系统的设计及设计中应注意的问题进行了探讨关键词 VRV; 空调; 设计Design and Attentions to VRV Air Conditioning SystemDu Lichun1 Chen Kaizuo2(1Install the quality monitoring center of the project in the building of Nanjing 2100072Tall building designing institute of Fujian Province 350004)Abstract VRV Air Conditioning has been widely used in China, from the angle of technology, the paper discuss the design andthe attentions to VRV Air Conditioning.Key words VRV; air conditioning; design1引言VRV空调系统是家用中央空调的主要机型之一,具有系统简单、结构紧凑、节能、舒适等优点,各房间独立调节、运行,能满足不同房间不同空调负荷的要求。自20世纪80年代诞生以来,在日本和国内市场上获得了广泛的重视和应用,众多公司都开发了类似的空调系统。VRV空调系统也由单室外机、单室内机的结构逐步向多室内机甚至多室外机系统发展。室外机压缩机容量可变,有单台变容量(如双速、变转速及其他变容技术)压缩机和两台或两台以上定容量压缩机与变容量压缩机的组合等多种型式。在使用功能上有单冷型、热泵型、热回收型以及蓄能型、新风机组等。显然,VRV空调系统在功能上室外机、室内机乃至控制系统是相互独立、可以按需组合,而在目前的相关标准规范中又将其作为单元式机组对待,只对整机进行性能考核。因此,迫切希望针对其系统特点进行研究分析,统一设计和试验标准,制订相应的标准规范,促进VRV空调系统的生产应用。 第一章VRV空调系统设计1.VRV空调的定义 VRV空调系统是在电力空调系统中,通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量,适时地满足室内冷热负荷要求的高效率冷剂空调系统。VRV空调系统需采用变频压缩机、多极压缩机、卸载压缩机或多台压缩机组合来实现压缩机容量控制;在制冷系统中需设置电子膨胀阀或其它辅助回路,以调节进入室内机的制冷剂流量;通过控制室内外换热器的风扇转速积,调节换热器的能力。在变频调速和电子膨胀阀技术逐渐成熟之后,VRV空调系统普遍采用变频压缩机和电子膨胀阀。 空调系统在环境温度、室内负荷不断变化的条件下工作,而且系统各部件之间、系统环境与环境之间相互影响,因此VRV空调系统的状态不断变化,需通过其控制系统适时地调节空调系统的容量,消除其影响,是一种柔性调节系统。其工作原理是:由控制系统采集室内舒适性参数、室外环境参数和表征制冷系统运行状况的状态参数,根据系统运行优化准则和人体舒适性准则,通过变频等手段调节压缩机输气量,并控制空调系统的风扇、电子膨胀阀等一切可控部件,保证室内环境的舒适性,并使空调系统稳定工作在最佳工作状态。2.VRV空调的设计 VRV空调系统结构上与家用分体式空调机相似其设计与通常的中央空调设计相比较为简单。VRV 空调系统的设计的流程如图1VRV空调系统是一个功能、容量可按需配置的组合系统,室外机、室内机作为独立的部件可以应用于不同的系统。在产品设计和性能测试中必须根据其功能明确相应的设计和试验工况,实现其作为独立的产品功能需求。具体工况参数的确定取决于气候条件、系统和能效指标要求。在全球化的大背景下,空调应用的气候条件差异很大。影响空调器设计的除了当地温度、湿度以外还包括大气的洁净度、盐分等物理化学指标。由于制冷空调业在地球环保中的特殊地位,空调系统以制冷剂替代为焦点的技术更新当然直接影响系统设计运行参数。能效指标要求来自于经济和环保,是制冷空调第4卷技术发展的永恒目标。在一定的技术条件下,能效指标也直接取决于系统的设计运行参数。因此,VRV空调系统室外机、室内机等作为独立的部件的设计运行参数是随应用场所甚至应用要求不同而不同的。一方面它们要能在一定工况范围内正常工作,同时又要通过特性图表反映其工作性能,甚至有明确的名义工况进行其工作能力的标示和试验,以便于系统的有效配置。VRV空调系统的性能试验必须在整机性能试验的基础上细化、深化,针对零部件如压缩机、换热器、节流机构、控制系统以及它们的各种组合进行性能试验和性能评价。这些数据的获得和处理既是产品研发的基础,也是产品的核心技术所在。3.VRV空调系统的工作原理在传统的冷库、空调系统中,为适应多用户库(室)风负荷的变动,减小的启动电流,常采用卸载压缩机或多台压缩机并联的制冷系统。当负荷变动时,根据回气压力的高低,增减压缩机的运行台数。多元VRV空调系统即是吸收了此思想,而发展起来的变制冷剂流量制冷系统。由于多元VRV空调系统存在有制冷流量分配控制和系统稳定性控制问题难以解决,在微电脑、电子膨胀阀、变频技术以后才开始重视其研究开发工作。自1985年开始发展至今,世界上主要是日本三菱、日立、大金、夏普、松下等少数几家大企业拥有这项技术。,多元VRV空调系统主要有单冷型、热泵型和热回收型三种形式,将这三种型式与蓄热(冷)系统、变风量系统等结合,又扩大了VRV空调系统的应用范围。第二章 VRV空调设备形式1.室外机 VRV空调系统室外机一般由可变容量的压缩机(组) 、可用作冷凝器或蒸发器的换热器、风扇和节流机构组成。可分为以下三种形式:单冷型、热泵型和热回收型。 1)单冷型 单冷型室外机单冷型室外机由可变容量的压缩机(组) 、冷凝器和风扇组成,是一种变容量的风冷压缩冷凝机组功能。其工作参数确定、设计方法和试验方法均可参照风冷压缩冷凝机组。风冷压缩冷凝机组的工况参数包括压缩机吸气温度(过热度) 、蒸发温度(吸气压力) 、室外环境空气温(湿)度和冷凝器出液温度(过冷度) 。同时应标示其制冷剂冷凝温度(冷凝压力) ,以便于节流机构的设计。可以参照风冷压缩冷凝机组相关标准,根据不同的气候环境确定其具体的设计试验工况,也可通过建立季节能效比模型进行设计试验。 2)热泵型室外机 热泵型室外机由可变容量的压缩机(组) 、可用作冷凝器或蒸发器的换热器、风扇和节流机构组成。制冷运行时作为风冷压缩冷凝机组使用,热泵运行时其风冷冷凝器作为冷却空气的蒸发器使用。设计试验时需要兼顾风冷压缩冷凝机组和热泵室外机组的工作要求。制冷运行时设计试验工况要求同单冷型室外机。热泵运行时室外机的工况参数包括压缩机排气温度、冷凝温度(排气压力) 、室外环境空气温湿度和蒸发器节流前进液温度(过冷度) 。同时应标示其制冷剂蒸发温度(蒸发压力) ,以便于系统配置设计,也可通过建立季节能效比模型进行设计试验。 3)热回收型室外机 热回收型室外机由可变容量的压缩机(组) 、可用作冷凝器或蒸发器的换热器、风扇和节流机构组成。其运行特点是通过对压缩机的输气量和室外换热器的热(冷)负荷进行调节,控制压缩机的吸排气压力(蒸发温度和冷凝温度) ,同时满足不同的室内机分别制冷或供热的运行工况要求。热回收型室外机的工况参数主要包括蒸发温度(吸气压力) 、冷凝温度(排气压力)和室外环境空气温湿度。室外换热器作为冷凝器时,同时考核其压缩机吸气温度(过热度) 。室外换热器作为蒸发器时,同时考核其节流前进液温度(过冷度) 。可以根据不同的气候环境确定其设计试验工况,也可通过建立季节能效比模型进行设计试验。 2.室内机 VRV空调系统室内机一般由风扇、可用作冷凝器或蒸发器的换热器和节流机构组成。可分为以下三种形式:单冷型、热泵型和热回收型。 1)单冷型室内机 单冷型室内机由风机、蒸发器和节流机构组成。单冷型室内机的工况参数包括节流前进液温度(过冷度) 、蒸发温度(蒸发压力) 、冷凝温度(冷凝压力)和室内环境空气温湿度。需根据不同的气候环境确定其设计试验工况,也可通过建立季节能效比模型进行设计试验。 2)热泵型室内机 热泵型室内机由风机、可用作冷凝器或蒸发器的换热器和节流机构组成。制冷运行时,具有一定过冷度的高压液态制冷剂经节流后进入蒸发器制冷,使得室内空气降温降湿。制热运行时,高温高压的气态进入冷凝器冷凝放热,使得室内空气加热升温,制冷剂液化。制冷运行时设计试验工况要求同单冷型室内机。热泵运行时室内机的工况参数包括冷凝器进气温度、压力(冷凝温度) 、冷凝器出液温度(过冷度)和室内环境空气温度。需根据不同的气候环境确定其设计试验工况,也可通过建立季节能效比模型进行设计试验。 3)热回收室内机 热回收型室内机由风机、可用作冷凝器或蒸发器的换热器和节流机构组成。制冷、制热时工作过程与热泵型室内机相同。热回收型室内机的工况要求除满足热泵型室内机的要求外,热回收工作模式下的工况参数主要包括室内环境空气温湿度以及与热回收型室外机工况相对应的制冷剂蒸发温度和冷凝温度。需根据不同的气候环境确定其设计试验工况,也可通过建立季节能效比模型进行设计试验。3.控制系统VRV空调控制系统可分为集中控制、独立式控制和集散式控制三类。1)集中控制 集中控制目前广泛用于小型VRV空调系统,如一拖一、一拖二和一拖三系统。控制成本,可以不同层次的控制要求,适合固定配置的机组。2)独立式控制 室外机、室内机根据功能不同自带相对独立的控制系统。通过相对简单的通讯实现机组的模式控制,适用于非固定配置的机组。应用特点是通用性好,便于产品的标准化和系列化。3)集散式控制集散式控制是在独立式控制的基础上进行功能升级。一是在模式控制的基础上实现系统运行参数的控制,提高系统的运行效率,二是将空调系统作为建筑环境的子系统。 第三章 VRV空调的特点 VRV空调系统的相对于定速系统具有明显的节能、舒适效果: (1) VRV空调系统依据室内负荷,在不同转速下连续运行,减少了因压缩机频繁启停造成的能量损失;在制冷/制热工况下,能效比COP随频率的降低而升高,由于压缩机长时间工作在低频区域,故系统的季节能效比SEER相对于传统空调系统大大提高;采用压缩机低频启动,降低了启动电流,电气设备将大大节能,同时避免了对其它用电设备和电网的冲击。 (2) VRV空调系统具有能调节容量的特性,在系统初开机时室温与设定温度相差很大,利用压缩机高频运行的方式,使室温快速地到达设定值,缩短室内不舒适的时间;系统调节容量使室温波动很小,改善了室内的舒适性;极少出现传统空调系统在启停压缩机时所产生的振动噪声,且室内机风扇电机普遍采用直流无刷电机驱动,速度切换平滑,降低了室内机的噪声。由于VRV空调系统比冷水机组的蒸发温度高3左右,其COP值约提高10%;结构紧凑,体积小,管径细,不需要设置水系统和水质管理设备,故不需要专门的设备间和管道层,可较大程度地降低建筑物造价,提高建筑面积的利用率;室内机的多元化,可实现各个房间或区域的的独立控制;而且热回收VRV空调系统,能在冬季和过渡季节,向需要同时供冷和供热的建筑物提供冷、热源,将制冷系统的冷凝负荷和蒸发负荷同时利用,大大提高能源利用效率。因此,多元VRV空调系统将是今后中小型楼宇空调系统的发展主流之一 3)施工方便快捷。由于套接紧定式镀锌钢管,管与管之间的连接用紧定螺钉钉紧,管与接线盒之间的连接用爪形锁母紧锁,弯管用换用弯管器,施工人员普遍反映大大的加快了敷设钢管的施工速度。并且达到施工方便快捷的目的,有力地支援和配合了土建的施工进度。据工程施工统计,普通镀锌钢管每人每天敷设月50 m,而采用套接紧定式镀锌钢管每人每天敷设可达200 m,大大提高了施工效率,降低了施工人员的劳动强度。因此,获得施工人员的普遍欢迎,再不会发生由于安装方面原因,影响施工进度的问题。 4)综合比价较为便宜。在目前建筑市场情况下,建设单位从每吨钢管价格考虑,认为JDG导管比普通镀锌钢管贵,但该工程,按砼结构、砖墙暗设,并按照该地区安装工程定额,实际结算套接紧定式镀锌钢管施工总造价,实际结算费第四章VRV空调系统在设计中应注意的问题1. 负荷基本数值的选取问题 由于VRV 空调系统在进行负荷计算时多采用估算应避免选取的估算值过大或过小过大造成浪费过小则达不到设计要求某宾馆餐厅采用VRV空调系统夏季用餐时室内温度达到28 客人们普遍反映热 调查发现当初设计时没有进行详细的负荷计算估算取值为200W / m2 偏小中餐厅的冷负荷设计值取300 W / m2较好后在餐厅的四角各增加一台柜机餐厅室内温度降至24 左右客人们基本上满意2. 容量修正系数问题 VRV空调系统冷剂管路的长度与室内外机组的高差影响着空调系统的冷量衰减随着制冷剂管长度及室内外高差的变化其冷量衰减相差很大以大金公司技术资料中 RHXY20M 的制冷容量变化率为例从图中可以看到当室内机处于室外机下方高差10m 制冷剂管等效长度10m时容量修正系数约为1.0 当室内外高差达到30m 制冷剂管等效长度达到30m 时容量修正系数约为0.95 当室内外高差达到50m 制冷剂管等效长度达到90m 时 容量修正系数约为0.82由此可见在设计中必须要考虑到容量修正系数在系统设计时应尽量使同一个系统的室内外机之间的距离最短高差最小对高差大管路长的系统要适当增加机组的容量这样才能保证空调使用的效果。3.室内机选择问题 在进行室内机机型选择时一般根据房间负荷与厂家空调样本对应确定相应型号的室内机功率具体选择什么形式的室内机必须根据室内空间大小及装饰要求进行合理选择如果选择不当不仅造成浪费而且影响空调系统调节效果比如应当配合装饰要求及吊顶内管线布置情况具体选择天花板嵌入式或是风管式室内机根据室内尺寸可选择四向气流式或双向气流式室内机选择比较见表1表 1 室内机特点比较系列优 点缺点处理办法 天花板嵌入式四向气流可设置在房间中间位置可获得较好的空调效果气流组织均匀外观高档易与装修配合带冷凝水提升泵方便排水层高大于3.2m 不适合房间宽度小于3.5m的房间不适合将房间宽度较狭窄方向的两个出风口堵住只两面出风天花板嵌入式双向气流可设置在房间中间位置天花板高度可达3m 适合狭长型房间使用带冷凝水提升泵方便排水对于小型机器与四出风机型相比噪音稍大尽量避免在寝室内使用天花板嵌入导管内藏型适用于大 高空间,通过均匀布置送回风口均匀调节室温;可远距离送风,易引入新风占用一定的天花吊顶高度影响层高安装不好噪音较大设计时定选择合适的风速及选择优质材料挂壁机与家用空调一样安装简单适合不装修的房间安装冷凝水排水不方便缺乏高档感受的外观靠近外墙安装将冷凝水直接排到室外或安装外置的冷凝水泵4.室内外机的匹配问题 在进行室内外机的匹配选择时必须考虑室外机的运行率与同时负荷率的平衡性考虑制冷与制热的平衡此外还必须考虑室内机的连接台数容量是否在限制范围内如果超出限制范围就会出现问题实际工程中 同一层平面中有多种使用功能房间其使用时间也不同如在写字楼中布置有办公室会议室档案室等不同功能房间空调系统的使用频率不同应根据同一系统内室内机同时开机的频率合理的配置室外机若有少数几台室内机进行24 小时运行最后将其与别的系统分离开合理选择变频机 主机与恒速机辅机容量并合理的进行匹配合理的优化组合室外机是节省投资的有效途径在实际工程中应根据各厂家提供的技术文件合理的选择达到即节省投资又节能的最佳效果 5.室外机连接管长和高差 VRV系统为确保制冷剂流量的分配、系统工作的高效率及可靠性,对系统配管长度、配管管径及配管高差有限制,室外机型号不同,实际最大配管长度不同,以海信日立RAS机型为例,如RAS一140560型最大配管长度为100 nl,而RAS一690840可配I20 m长。最大高差与室外机布置在系统上方和下方也不同,外机在上为50 m,外机在下为40 m。第一分歧到最远内机距离不同,RAS一140500为30 m,RAS一690840为40 m。设计人员在设计中常出见的配管问题有:(1)最大管路长度超过限制,从室外机到最远室内机的距离超过规定要求。(2)第一个分歧到室内机的距离超过规定要求。(3)不同机型配管长度和配管高差要求不一样,设计人员没有注意到区别。(4)前三级分歧中只能有两级主分歧,因室内机可超配到130,但配管管径不应超过室外机接管管径。在设计多联机系统时,应克服水系统设计观点,尽可能将系统小型化,室外机分散设置,即可缩短配管长度,有利于控制管理。6.室内、外机的布置(1)室内机的布置 室内机的大小、型式、布置位置均直接影响空调气流组织、空调系统的造价及空调使用效果。在选用布置多联机室内机时,应充分掌握各种型号室内机的特点,扬长避短,合理选择室内机的大小和机型。室内机布置设计中常容易犯的错误有以下几个方面: 1)对于层高较高的房间,选用四面出风嵌人机型,会出现冬季供热时热风不能送达工作区(供冷时不存在此问题)。四面出风嵌入式室内机允许安装高度见表1。表1 四面出风嵌入室内机安装高度在西北石油通讯指挥大厅设计中,因大厅层高近6 m,室内机选用了风管机外周加设旋流风口中心为回风的布置方式,使用效果很好,也可根据层高情况,使用风管机加散流器送风口,对噪声要求较高的办公室,采用低静压、较小容量的室内机,回风口接回风消声静压箱,以满足房间噪声要求。 2)普通风管机当新风机使用,完全用风管机处理新风。若用风管机处理新风,只能引入部分新风,新风应与回风混合后再经过风管机处理,且新风量不应超过30 。 3)对样本中给定噪声值认识不足,特别是风管机,未了解其测试条件,造成误解,使用后室内噪声较大。图1给出了两种室内机的布置。图a中比图b的布置室内噪声小8dB(A)左右,基本满足个人办公室的噪声要求。噪声处理方式多种多样,设计中一定结合工程实际确定噪声解决方式,如可采用消音保温的直接风管,易于现场配合装修,但保证一定风管长度,以满足消声要求;也可采用风管加消声器;但相对造价高;也可采用小型号低噪声设备,但效果有限;对于噪声较高设备,可将设备单独布置在专用设备机房,连接风管加消声处理,设备采用减振吊架安装。 4)未预留检修孔和检修空间。 5)规格选择不合适,对于同一种形式的室内机,规格越小,单位冷量造价越高,对于冷负荷较大,面积较大的情况,在满足室内气流组织和噪声要求的条件下,尽可能选用大规格室内机,以降低造价,简化系统,这样设备费与安装维修费均可减少,并提高了系统的可靠性。多联机最大优势是其灵活性,安装维修快捷,四面出风嵌入机噪声小,风机功率小,安装维修简单,最有优势。尽管风管机价格较低,但考虑到消声和风管、风El等安装费用,四面出风嵌入机整体价格与风管机相差较小。(2)室外机的布置 VRV空调系统是根据房间的功能、管长、室外机的容量来设置系统。每一台室外机及其相连的多台室内机构成独立的小系统,整个空调系统是由若干个小系统组成,空调室外机工程设计中可设置在室外地面、群楼屋面、阳台、挑台、屋面等位置,可节约较大面积的主机房位置。但在实际设计中,室外机布置易出现以下问题。 1)室外机检修空间预留不足,对安装后的调试、检修造成不便。 2)室外机无基座,设计时遗漏,施工时直接安装在楼板上。对于北方地区,凝结水易结冰聚积至换热器位置,影响换热,甚至导致设备无法使用。 3)室外机位置距管井距离过远,造成冷量衰减过大,运行不经济,安装费用增大。 4)室外机在封闭空间内安装时排风口与进风El风速过大。VRv系统室外机机外余压一般为30Pa或50Pa,为避免进、排风短路,排风口风速一般设计为5ms较为合适,排风口风速过大,室外机需提供的机外余压过大,设计人员设计时一般采用普通防雨百页风El作排风,阻力过大,在5ms时,其阻力约为65Pa,排风系统需要的余压远远超过室外机余压,下部为进风口,还易形成送、排风短路,且排风口面积很大。正确做法见图2。注:1排风百叶为“一”字形,每层连续放置时,水平向下倾角 为5。15。,局部某一楼层放置或进排风不在同一方向时,水平向下倾角 为5。一一10,间距为50mm。2排风百叶处的排风速度宜控制在5ms左右。3进风百叶可设计为普通防雨百叶。进口风速小于2ms。4如有条件,进风百叶与排风百叶不在同一个方向更有利于室外机通风。 5)室外机运转噪声超过环境噪声标准。布置室外机时,应注意室外机噪声对周边环境的影响,特别是多台室外机集中排列布置,应考虑各台室外机噪声的叠加,特别要注意对于居住区和特殊区域对环境噪声的要求,有减振要求的室外机应做减振处理,对于一般舒适性空调系统,室外机下垫隔振垫即可。图3为一工程室外机放置在地面时隔声的一种处理方式。在做隔声处理时,应注意隔声罩对室外机通风的影响,尽量避免室外机通风造成影响。6. 室外机的容量选择及配比问题 近几年,使用多联机系统的工程项目越来越多,但到目前为止还没有一个统一的选型方法、设计标准、施工标准。很多暖通设计人员对VRV系统特点不十分熟悉。设计时室内、外机的设计容量和室内外机的容量配比产生的误差较大,甚至使系统无法达到使用效果。根据室内、外机选择计算可知,室外机的容量小于或等于室内机容量的和,有时可能会出现室内机容量比超过130的现象。在室外机超负荷运转时,对于RAS一280型的多联机,室外机出力仅可达到额定出力的106108 。在实际配置室外机时,考虑到多联机使用灵活性的特点。特别是在冬季供热时使用时,一个系统中房间较少,室内机数量较少,同时开启制热,经常会出现各室内机同时达到最大负荷,室外机超频工作的时间过长,系统易出现故障。所以,室外机容量也应通过计算确定。室内、外机容量配置是目前多联机系统设计常出现的问题。出现不等性的超配,室内、外机型选择不合理等问题,一般是由以下原因造成的: (1)对多联机不了解,认为在短时间内室外机处理可达额定出力的130 ; (2)投标单位为了降低造价,人为降低室外机规格; (3)对多联机的特性不了解,选择室外机容量过大,配置过多室内机。管路过长,导致系统能效比降低; (4)选择室内、外机时未进行室、内外温度、连接管长、冬季除霜的修正,造成室内机选择过小。根据经验,经计算选型后的室内、外机配比一般在100110较为合适。7.空调系统分区VRV系统设计中、系统分区、划分系统常有以下错误:(1) 系统过大,制冷剂管道过长;(2) 内、外不分区,影响过渡季节部分房间使用;(3)会议室及使用不频繁的房问与经常使用的房问合用一系统,造成日常负荷过小,运行不经济。8. 制热量衰减变频多联机系统的室外机给出的制冷、制热量均是在额定工况下的数据,对于北方地区,使用多联机供热易出现的问题:(1) 不同生产厂家提供的除霜修正系数不同,有的系数偏低。有的设计人员未注意此问题。(2) 对VRV系统不了解,误把额定供热量看做实际供热量,设计人员未对根据影响供热量因素即室外温度、湿度、室内温度、系统管长进行修正。(3)系统超配,系统过大,室内机过多,制冷剂分配有偏差,造成部分内机供热量不足。VRV系统影响制热衰减最大的问题就是冬季室外温度,当室外温度越低,除霜能力相对减弱,供热效率就会越低,当室外温度一l5时,机组制热量相当于标准工况制热量50 。设计人员在设计时,当冬季室外计算温度小于一5时,根据建筑特点和使用要求,可设置辅助供热或另设置一套采暖系统结合使用,保证建筑供热要求。9.新风问题VRV系统新风供给,有以下几种形式:(1) 全热交换器处理新风。(2)应用制冷剂直接蒸发式新风机处理新风。(3)风管机、四面出风、两面出风嵌人机、落地式柜机引入部分新风。(4)新风冬季加热处理,夏季直接送入室内。(5)室外

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