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贵州汇通华城楼宇科技有限公司 中央空调系统原理 目 录 一 中央空调系统构成及原理 二 中央空调节能控制技术 1 中央空调系统统的构成 大中型中央空调装置可划分为三部分： 制冷站 冷水机组和供、回水设备。 空调水及其管网系统 以水为介质在建筑物之间或建筑物内部传递冷量或热 量的系统称为空调水系统，水系统的载体是管网。 空调末端装置 空调末端装置包括组合式空调机组、风机盘管机组和 新风机组等。 1.1 制冷站 1.1.1 空调制冷设备的种类 按制冷原理的不同，制冷设备可分为两大类： 压缩式制冷机 压缩机都以电能为动力，所以又称为电制冷设备。 工程上所用的压缩机根据其压缩原理不同，可分为容积 型和速度型两种。 吸收式制冷机 吸收式以热能为动力，根据使用热能的不同，又分为直 燃型、蒸汽型、热水型等多种。 压缩式制冷机的分类： 容积型 制冷压缩机 速度型 往复式 回转式 单螺杆式 滑片式 滚动转子式 双螺杆式 涡旋式 离心式 活塞式 吸收式制冷机的分类 1.1.2 压缩压缩 式制冷原理及设备设备 （1）压缩冷水机组的构成 压缩式冷水机组四大部件压缩机、冷凝器、节流 阀、蒸发器。 （2）压缩式冷水机组中的循环液体 制冷剂 又叫做制冷工质，简称工质 。 压缩式制冷机常以氨和氟利昂为制冷剂。 制冷剂的作用是在制冷系统中担当汽化吸热和冷凝放 热的热力循环而达到制冷的目的。 制冷剂的分类 常温下在冷凝器中冷凝时饱和压力pk和正常蒸发温度t0的高低，一 般分为三大类： 低压高温制冷剂，如11（cfcl3），t023.7， pk3.06kg/cm2，适用于离心式制冷压缩 机。 中压中温制冷剂，如717、12、22等， t0：-60， pk20kg/cm2，适用于普通单级压缩 和双级压缩 的活塞式制冷 压缩 机。 高压低温制冷剂，如13（cf3cl）、14（cf4）、二氧化碳、 乙烷、乙烯等， pk20kg/cm2，t0 70，适用于复迭式制 冷装置的低温部分或以下的低温装置中。 载冷剂 在间接冷却的制冷系统中，被冷却物体的热量是通过中间介质传给 制冷剂，这种中间介质称之为载冷剂。 载冷剂的作用，是在蒸发器中将自身的热量传给液体制冷剂，使其 蒸发为气体制冷剂，自身由于失热而温度降低。低温载冷剂是空调 的冷源。 工作温度在5以上的载冷剂系统，采用水作载冷剂，称为冷水或 冷媒水。水最容易获得，且价格低廉。水的热物理性质也很适合于 作载冷剂。水的比热大、化学稳定性好、不燃烧、不爆炸、无毒、 对金属的腐蚀较小。 载冷剂除水以外，常用的还有盐水、二氯甲烷、三氯乙烯、乙二醇 和丙酮等。 冷却剂 冷却水是空调系统的冷却剂。 冷却剂的作用，是在冷凝器中对气体制冷剂进行冷却，使 其液化为液体制冷剂，自身由于吸收了气体制冷剂的热量 而温度升高。 中央空调以水冷却剂，称为冷却水。 利用工质相变产生的潜热，通过压缩、冷凝、节流、蒸发 4个过程的封闭循环实现制冷。 （3）压缩式冷水机组的制冷原理 （4）压缩机的基本性能参数 性能系数 cop 为了衡量制冷压缩机的动力经济性，采用性能系数cop（ coefficient of performance），它是在一定工况下制冷压缩 机的制冷量q0与所消耗功率pz之比，单位为kcal/kcal，cop = q0 / pz。 性能系数还有另一种表达形式能效比eer（energy efficiency ratio），其单位为w/w或btu/(w-h)。 制冷工况以eer表示，制热工况用cop值来表示。 活塞式压缩机 活塞式压缩机是容积型压缩机中最常用的一种制冷装置。 活塞式压缩机是采用活塞在汽缸中的往复运动来压缩制冷剂 气体的，因此，活塞式压缩机又称往复式压缩机 活塞式压缩机具有结构紧凑、外形美观、配件齐全、制冷系 统流程简单、安装调试简捷、占地面积小、操作管理方便等 。但活塞式制冷机的制冷量较小（100 kw），而且部件易 磨损，吸气阀与排气阀的阀片寿命较短。 （5）压缩式制冷设备 制冷剂：一般多用氨（nh3）和氟利昂22（r-22），新制冷剂则有 r134a等。 基本结构：活塞式压缩机如下图 活塞式压缩机工作循环分为四个过程： 压缩过程：将制冷剂的压力提高。 排气过程：将制冷剂排入冷凝器。 膨胀过程：将制冷剂的压力降低。 吸气过程：从蒸发器吸入制冷剂。 活塞式冷水机组组的种类类 活塞式多机头冷水机组 多机头冷水机组具有明显的节能效果，因为这 种机组在部分负荷的情 况下仍有较高的效率。而且机组起动时 ，可以实现顺 序起动各台压缩 机，每台压缩 机的功率小，对电 网的冲击小，能量损失小。 活塞式模块块化冷水机组组 模块化机组可以用单元步进的方式逐步启动，减少机组的启动冲击电 流。机组的制冷量可通过模块单 元运行数量调节 来控制，这有利于在 部分负荷运行时降低机组的电能消耗。 风风冷式活塞冷水机组组 风冷式活塞冷水机组与水冷式活塞冷水机组不同之处，在于以冷却风风 机取代后者的冷却水系统设备 （冷却水泵、冷却塔、水处理装置、水 过滤 器和冷却水系统管理等），使庞大的冷水机组变 得简单 而且紧凑 。风冷机组可以安装于室外空地，也可安装在屋顶，无需建造机房。 风风冷式活塞热泵热泵 机组组 风冷式活塞热泵机组，夏季可作为风冷式冷水机组提供空调冷水，冷水 可通过空调末端盘管向室内供冷；冬季还可供采暖热水，热水通过空调 末端盘管向室内供热。冬夏季供热、供冷的转换方式，是使制冷剂通过 换向阀来实现的。 螺杆式制冷压缩机 螺杆式制冷压缩机是提供冷冻水的大中型制冷设备，它的输入功率 范围已发展到10 1000kw。 它依靠两个运动部件阳阴转子或螺杆与星轮轮的旋转运动来压缩 制冷剂气体的。螺杆式制冷机具有结构紧凑、体积小、重量轻、易 损件少、占地面积小、操作维护方便、运行平衡等优点，从而获得 了广泛的应用。但噪声较大。 螺杆式压缩机以喷射大量的油来保持其良好的性能，因此，在机组 中除主机螺杆式压缩机以外，还有辅机油分离器、油过滤 器、液压泵、油冷却器、油分配器等。 螺杆式压缩机组循环系统如下图： 螺杆式压缩压缩 机组类组类 型 单螺杆式压缩机组 单螺杆式压缩机又称蜗杆式压缩机，是将一个螺杆和星轮装于铸铁机 壳内组成压缩机，制冷工质为r22或r134a。压缩功能是由带6道螺旋 凹槽的主螺杆和带有11个齿的星轮咬合完成的。 双螺杆式压缩机组 双螺杆式模块冷水机组是1996年研制开发成功的制冷设备。模块化单 机制冷量有120kw和180kw两种，以此为模数可组成各种制冷量的冷水 机组：120、180、240、300、360、420、540、660、840、900、1020 、1080kw等各种规格的冷水机组。 工作循环分为三个过程： 吸气过程； 压缩过程； 排气过程。 螺杆式热泵机组 螺杆式热泵机组具有制冷与制热双功能，在不同季节及不同环境，可 以以空气水、水水和空气水水双热源运行，实现高效率。 螺杆式压缩机组外形 离心式制冷压缩机 离心式制冷压缩机是一种速度型压缩机。离心式制冷压缩机是借 助叶轮旋转运动产生的离心力来压缩制冷剂气体的。制冷剂多采 用r134a或r123。 离心式压缩机由于是连续运转，就可通过提高转速增大对制冷剂 气体的压缩，所以制冷量较大，q1000 kw的机组多用离心式 冷水机组。 离心式冷水机组的特点： 单机制冷量大，制冷量在580 2800 kw； 结构紧凑，重量轻，尺寸小，因而占地面积小； 没有气阀、填料、活塞环等易损件，因而工作可靠； 运转平稳，振动小，噪声低； 性能系数高； 调节方便； 易于实现多级压缩和节流。 离心式制冷机的缺点： 单级压缩机在低负荷时易发生喘振； 运行工况偏离设计 工况时，效率下 降较快，变工况适应能力不强； 材料强度、加工精度要求较高； 制冷量随蒸发温度降低而减少快， 随转数降低而急剧下降。 离心式制冷机的驱动方式： 蒸汽轮机驱动式； 燃气轮机驱动式； 电动机驱动式。 涡旋式制冷压缩机 涡旋式制冷压缩机是一种新型容积式压缩机，在1 15 kw范 围内逐步取代能耗高、结构复杂的往复式、滚动活塞式及其它结 构的回旋式制冷压缩机。 基本结构主要由动涡旋体、静涡旋体、曲轴、机座及防自转机构 等组成。 动、静涡旋体的型线均是螺旋形，动涡旋体相对静涡旋体偏心并 相差180对置安装，在动、静涡旋体间形成了一系列月牙形空间， 即基元容积。在动涡旋体以静涡旋体的中心为旋转中心并以一定 的旋转半径作无自转的回转平动时，外圈月牙形空间便会不断向 中心移动，使基元容积不断缩小。 涡旋式压缩机 结构图 （6）冷凝器 冷凝器的种类 冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大 类。 水冷式冷凝器：以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。 冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷式冷凝 器按其结构形式又可分为两种： 壳管式冷凝器； 套管式冷凝器。 常见的是壳管式冷凝器。 立式壳管式冷凝器： 由于冷却流量大流速高，故传热系数较高； 垂直安装占地面积小，且可以安装在室外； 冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高； 管内水垢易清除。 卧式壳管式冷凝器： 与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和 水的多路流动。 套管式冷凝器 优点：结构简单， 便于制造； 介质流动方向相反， 故传热效果好。 缺点： 金属消耗量大； 传热面积不能充分利用； 紧凑性差； 清洗困难。 套管式冷凝器结构 制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔，在内管外表面上冷凝，液体在 外管底部依次下流，从下端流入贮液器中。冷却水从冷凝器的下方进入，依 次经过各排内管从上部流出，与制冷剂呈逆流方式。 空气冷却式冷凝器 以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量。这种冷凝器适用于极 度缺水或无法供水的场合，常见于小型氟利昂制冷机组。根据空气流动方 式不同，可分为自然对流式和强迫对流式两种。 蒸发式冷凝器 靠冷却水在空气中蒸发吸收气化潜热而进行 。按空气流动方式可分为吸 入式和压送式两种。 蒸发式冷凝器由冷却管组、给 水设备、通风机、挡水板和箱 体等部分组成。冷却管组为无 缝钢管弯制成的蛇形盘管组， 装在薄钢板制成的长方形箱体 内。箱体的两侧或顶部设有通 风机，箱体底部兼作冷却水循 环水池。 淋水式冷凝器 靠水的温升和水在空气中蒸发带走冷凝热量。 这种冷凝器主要用于大、 中型氨制冷系统中。它可以露天安装，也可安装在冷却塔的下方，但应避 免阳光直射。 优点：1、结构简单，制造方便；2 、漏氨时容易发现，维修方便；3 、清洗方便； 4、对水质要求低。 缺点：1、传热系数低； 2、金属消耗量高； 3、占地面积大。 （7）蒸发器 蒸发器的种类 根据被冷却介质的种类不同，蒸发器可分为两大类： 冷却液体载冷剂的蒸发器：用于冷却液体载冷剂水、盐水或乙 二醇水溶液等。这类蒸发器常用的有卧式蒸发器、立管式蒸发器和螺旋 管式蒸发器等。 冷却空气的蒸发器：这类蒸发器有冷却排管和冷风机。 卧式蒸发器：按供液方式可 分为壳管式蒸发器和干式蒸 发器两种。 卧式壳管式蒸发器： 广泛使用于闭式盐水循环系统其主要特点是：结构紧凑，液体与传 热表面接触好，传热系数高。 干式氟利昂蒸发器： 制冷剂在管内流动，而载冷剂在管外流动。节流后的氟利昂液体从 一侧端盖的下部进入蒸发器，经过几个流程后从端盖的上部引出， 制冷剂在管内随着流动而不断蒸发，所以壁面有一部分为蒸气所占 有，因此，它的传热效果不如满液式。但是它无液柱对蒸发温度的 影响，且由于氟利昂流速较高(4m/s)，则回油较好。此外，由于 管外充入的是大量的载冷剂，从而减缓了冻结的危险。 立管式蒸发器与螺旋管式蒸发器： 共同点是制冷剂在管内蒸发，整个蒸发器管组沉浸在盛满载冷 剂的箱体内(或池、槽内)，为了保证载冷剂在箱内以一定速度 循环，箱内焊有纵向隔板和装有螺旋搅拌器。载冷剂流速一般 为0.30.7m/s，以增强传热。 这两种蒸发器只能用于开式循环系统，故 载冷剂必须是非挥发 性物质，常用的是盐 水和水等。如用盐水，蒸发器管子易被氧 化，且盐水易吸潮而使浓度降低。这两种 蒸发器可以直接观察载冷剂的流动情况， 广泛用于以氨为制冷剂的盐水制冷系统。 冷却排管： 冷却排管是用来冷却空气的一种蒸发器。广泛应用于低温冷藏库中 ，制冷剂在冷却排管内流动并蒸发，管外作为传热介质的被冷却空 气作自然对流。 冷却排管最大的优点是结构简单，便于制作，对 库房内贮存的非包装食品造成的干耗较少。但排管的传热系数较低 ，且融霜时操作困难，不利于实现自动化。 蛇管式排管 ： 蛇管式排管的优点是结构简单，易于制作，存液量较小，适用性强 。其主要缺点为排管下段产生的蒸气不能及时引出，必须经过排管 的全长后才能排出，故传热系数小，汽液二相流动阻力大。 标准大气压条件（760 mmhg）下，水要达到100才沸腾蒸 发 。 低压条件下，当绝对压力为6 mmhg 时,水的沸点温度只有 4。因此，在真空条件下，制冷剂水在很低的温度下就能 沸腾蒸发，吸收热量。 吸收剂溴化锂溶液 可以吸收和保留住另一种物质的物质。 1.1.3 吸收式制冷原理及设备设备 （1）四种循环液体 制冷剂水 目前，最理想的吸收剂是溴化锂水溶液。它是一种吸 水性极强的物质，可在常温和低温下强烈地吸收周围 的水蒸汽，但在高温下又能将其吸收的水分释放出来。 吸收剂与制冷剂组成制冷机中的二元工质对 一 种二元溶液。 溴化锂水溶液的吸水性与其浓度和温度有关，当溶液 浓度64%、温度41时，其吸水性最强。 载冷剂水（冷冻水或冷剂水、冷媒水 ） 冷却剂水（冷却水） （2）四大热交换装置 冷凝器 使汽态制冷剂因放出热量而凝结成液态制冷剂的一种容器 ，是制冷剂（水蒸汽）与冷却剂（冷却水）之间进行热交 换的装置。即制冷剂冷凝放热给冷却剂。 蒸发器 加热液态制冷剂使其蒸发变成汽态制冷剂而产生制冷效果 的一种容器，是载冷剂（冷冻水）与制冷剂（水）之间进 行热交换的装置。即制冷剂蒸发吸热吸收载冷剂携带的热 量。 吸收器 用于将制冷剂蒸汽吸收转换成制冷剂溶液的一种容器，它 通过冷却水流经吸收器中的换热管，将吸收过程中放出的 热量带走。 发生器 内盛有吸收剂与制冷剂二元溶液的一种容器装置。通过加 热将使溶液中的制冷剂水因蒸发和沸腾而分离出来。 （3）四个主要过程 发生过程 吸收剂稀溶液液态制冷剂汽化吸收剂浓溶液 液态制冷剂经汽化变成汽态制冷剂 冷凝过程 汽态制冷剂经液化变成液态制冷剂 蒸发过程 液态制冷剂经汽化变成汽态制冷剂 吸收过程 吸收剂浓溶液汽态制冷剂液化吸收剂稀溶液 汽态制冷剂经液化变成液态制冷剂 制冷循环如下图所示： （4）两个循环 正循环吸收剂溶液循环 正循环又称为卡诺循环，它发生在发生器、热交换器与 吸收器中，由吸收与发生两个过程周而复始地进行，又 称热压缩循环过程。 经汽态制冷剂液化 吸收剂浓溶液 吸收剂稀溶液 经液态制冷剂汽化 逆循环制冷剂液循环 逆循环又称为逆卡诺循环。它由发生、冷凝、蒸发、 吸收四个过程周而复始地进行，从而完成从低温物体 向高温物体转移热量的制冷过程。 液态制冷剂 发生（汽化） 汽态制冷剂 吸收（液化） 冷凝（液化） 汽态制冷剂 蒸发（汽化） 液态制冷剂 （5）单效溴化锂吸收式制冷机原理 蒸汽型单效制冷机 单效制冷机结构 通常将发生器和冷凝器密封在一个筒体内，称为高压筒。 将工作压力较低的蒸发器与吸收器密封于另一个筒体内， 称为低压筒。 结构上布置高压筒在上，低压筒在下。 为充分利用热能，提高整机热效率，还设置了热交换器 蒸汽型双效制冷机 双效制冷机比单效制冷机增加了一个高压发生器，又 称高压筒。低压部分与单效机的结构相近，也是由上 下两筒组成。因此，双效机一般为三筒式。 为了提高热交换效率，双效溴冷机设有两套溶液热交 换器： 高温热交换器； 低温热交换器。 还增设一套凝水回热器。 直燃型吸收式制冷机 直燃机的特点 自身具备热源，无需另建锅炉房或依城市热网， 节省占地及热源购置费用。 采用燃油或燃气的直燃机由于燃烧完全，对大气 环境无污染。 主机负压运转（无爆炸隐患），机房可设在建筑 内任何位置。 制冷主机与燃烧设备一体化，可根据负荷变化实 现燃料耗量的调节。 直燃机制取采暖热水的工作原理 “分隔式供热”型机组采用热水器采暖方式。 溴化锂吸收式冷水机组的特点 优点 以热能为动力，故耗电少； 安全、无公害； 冷量调节范围宽； 对外界条件变化的适应性强； 安装简便，对安装基础要求低； 制造简单，操作、维修、保养方便。 缺点 溴化锂溶液在制冷机内工作，对制冷机中的碳素钢和 紫铜等金属具有较强的腐蚀性，这不仅大大影响机组寿命， 而且腐蚀后产生的氢气和铁锈等杂质，直接影响了机组的 性能和正常运行。 机组在真空下运行，空气容易漏入。 由于冷剂蒸汽的冷凝和吸收过程均为排热过程，因此 溴冷机的排热负荷较大，所需的冷却水量也较大。 机房占地面积较大且较高，设备重量也较重。 1.2 空调水及其管网系统 管网的功能是将制冷（热）站的冷（热）源与空调末端装置连接 起来，保证空调水按照不同的供水管路分别输送到各个空调房间 的末端装置。 （1）水系统管网的典型形式 按循环水的循环方式，分为开式和闭式两种； 按系统中水泵设置方式，分为一级泵系统、二级泵系统、 三级泵系统和混合式系统四种； 按循环水流动途径，分为同程式和异程式两种； 按供、回水管管数，分为二管制、三管制和四管制三种； 按用途，分为冷（温）水系统和冷却水系统； 按水泵输出流量的变化，分为定流量系统和变流量系统。 冷（温）水系统和冷却水系统 间接制冷的中央空调系统都必须具备两大循环水系统 热交换系统： 冷（温）水系统 冷（温）水系统由供、回水设备（冷温水泵、分水器、 集水器、水过滤器、水处理装置等）及管网构成。 制冷时：将用户端的热量转移到空调主机。这种低温 载冷剂（冷水）就是空调的冷源。 采暖时：将空调主机的热量转移到用户端。 冷水的循环过程： 供水设备 空调末端装置 制冷机蒸发器 回水设备 冷却水系统 冷却水系统由冷却水泵、冷却塔及管路等构成。 7 12 冷却水是空调系统的冷却剂，作用是将空调的热量从 制冷机转移到室外大气中去 冷却水的循环过程： 出水设备 制冷机冷凝器 冷却塔装置 进水设备 32 37 开式系统与闭式系统 开式系统 具有蓄水池的开式冷冻水系统，通常 设计扬程裕量小，节能空间小。 具有淋水式冷却塔的开式冷却水系统 通常设计扬程裕量较大。 闭式系统 因闭式系统的水泵扬程仅需克服管路循环阻力，通常 水泵的设计扬程裕量较大，节能空间比开式系统大。 一级泵系统与二级泵系统 一级泵系统 一级泵系统如下图： 一级泵系统比较简单，控制元件少，运行管理方便，适 用于中小型空调系统。 二级泵系统 二级泵系统如下图： 二级泵系统由两个环路组成： 一次环路： 回水总管 空调主机 一级水泵 供水总管。 一次环路负责冷冻水的制备。 二次环路： 供水总管 二级水泵 空调末端设备 回水总管。 二次环路负责冷冻水的输配。 特点：采用二组泵来保持冷源侧一次环路定流量运行， 而使用户侧二次环路变流量运行。 与一级泵系统相比，二级泵系统较为复杂，但能显著地 节省水泵的耗电量。 当总冷冻水量超过300 m3 /h时，应采用二级泵系统，但 系统初投资较大，自控要求较高，机房占地面积较大。 一次泵的台数配置一般根据“一机配一泵”的原则，一 次泵扬程一般小于15 mh2o 就能满足要求了。 水泵台数设置一般大于一次泵台数，以便通过增、减台 数来调节流量，达到节能的效果。对于100 m左右的高 层建筑，如果采用闭式系统，则二次泵扬程一般为20 30 mh2o 。 一级泵与二级泵混合式系统 在冷冻水的输配环路中，管路较短、压力损失小的环路由一次泵 直接供水，而压力损失大的环路则由二次泵供水，这样就构成了 一级泵和二级泵混合式系统。 混合式系统如下图： 定流量系统与变流量系统 定流量系统 定流量系统是通过改变供回水温差来满足末端负荷变 化要求的，系统中水流量是恒定不变的。当末端负荷 减少时，水系统供回水温差随之减小，使系统输送给 负荷的能量减少，以满足负荷减少的要求，但水系统 的输送能耗并未改变，因此冷媒运送效率急剧下降。 变流量系统 变流量系统是通过改变水流量来满足空调末端负荷变化 要求的，所以供水量跟随负荷的变化而改变。当末端负 荷减少时，水系统供水流量随之减小，使系统输送给负 荷的能量减少，以满足负荷减少的要求。因水流量减少 能够大幅度降低水系统的输送能耗，因而具有显著的节 能效果。 目前的中央空调系统设计，大都采用冷源侧（即空调 主机）定流量运行而用户侧变流量运行的控制方式。 之所以采用这种局部定流量、局部变流量的运行方式， 原因有两个： 一是这种系统简单，不需要较复杂的自控设备； 二是普遍认为，减小空调主机水流量是有危险的，水 流量减小会造成蒸发器内水的流速不均匀或流速减慢， 甚至在管道转变处形成不流动的死水，极容易导致水 温过低，甚至出现结冻，主机可能出现喘振，从而对 主机造成破坏。 变流量水系统的实现方式 节流调节 节流调节是在供水水泵出口安装控制阀门，通过改变阀门的开度达到 调节水流量的目的。该调节方式将使水泵的工作状态由点1移至点2， 利用节流过程的压力损失p（p=p2-p3）使流量由q1减至q2。 节流 调节方式会使水泵效率由1降至2，单位流量的功耗增大。采用节 流调节时，应选择特性曲线较平坦的水泵，节流阀不应设置在水泵的 吸水管上。节流幅度不能过大，以免系统压力过高，水泵工作条件恶 化。 节流调节特性曲线 2 1 2 1 p3 p1 p2 q2q1q p 台数调节 台数调节一般通过压力等参数的控制，改变水泵的运行台数。当 末端负荷减少（众多末端二通阀关闭）引起水流量需求减少时， 水系统压力将上升，当达到一定压力时，自动停泵1台；若水流 量继续减小，系统压力继续上升到一定值时，又自动停泵1台。 反之，当末端负荷增大（众多末端二通阀开启）引起水流量需求 增大时，水系统压力将下降，当降到一定值时，自动增泵1台； 若水流量继续增大，系统压力继续下降到一定值时，又自动增泵 1台。通过增、减水泵台数来调节流量，可以实现流量的有 级调节，达到一定的节能效果。 变频调速调节 通过改变水泵的转速，使流量适应负荷变化的要求，水泵效率 1 =2 = const。根据水泵流量q、压力p、转速n和功率n间的 关系： 流量q与转速n成正比的关系： q1/q2 = n1/n2 压力p与转速n2成正比的关系： p1/p2 = (n1/n2)2 功率n与转速n3成正比的关系： n1/n2 = (n1/n2)3 则有： 由上式可以看出，如果降低水泵转速，减少水泵流量，可以大幅 度（成立方指数关系）降低水泵电机功率消耗，实现有效节能。 变频调速调节特性曲线 2 1 2 1 p2 p1 q2q1q p 变频调速的节电比率表 水流量 q1.000.90.80.70.60.500.4 泵转 速 n1.000.90.80.70.60.50.4 水压力 p1.000.810.640.490.360.250.16 电机轴功率 n1.000.730.510.340.220.130.07 节电 率 0274966788793 各种调节方式的能耗比较曲线 1.3 空调末端装置 空调末端装置包括组合式空调机组、风机盘管机组和新风机 组等。 空调末端装置作用 将空调水（夏季为冷水，冬季为热水）与用户房间进行热交 换： 制冷时：将房间内的热量转移到冷冻水，使房间内 温度降低。 采暖时：将热水中的热量转移到房间内，使房间内 温度升高。 空调末端装置一般采用如下两种调节方法： 三通阀调节 当采用电动三通阀调节时，水系统是定流量系统。 常用的电动三通阀采用双位控制： 当室温未达到规定值时，温度控制器使三通阀的直通阀座 开启、旁通阀座关闭，这时系统供水全部流经末端装置。 当室温达到或超过规定值时，温度控制器使直通阀座关闭 、旁通阀座开启，这时系统供水全部经旁通流入回水管。 二通阀调节 当采用电动二通阀调节时，水系统是变流量系统。 常用的电动二通阀也是双位控制： 当室温未达到规定值时，温度控制器使二通阀开启，系 统供水全部流经末端装置。 当室温达到或超过规定值时，温度控制器使二通阀全部 关闭，这时系统停止向末端装置供水。 2 中央空调的节能 2.1 节能及能效的概念 （1）节能的概念 节约能源简称“节能”。所谓“节能”，按中华人民共 和国节约能源法的解释，是指加强用能管理，采取 技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的 措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪 费，更加有效、合理地利用能源。 （2）能效的概念 能源效率简称“能效”，按照物理学的观点，是指在能源利用中，发 挥作用的与实际消耗的能源量之比。从消费角度看，能效是指为终 端用户提供的服务与所消耗的总能源量之比。所谓“提高能效”，是 指用更少的能源投入提供同等的能源服务。 （3）节能的途径 减少功率（kw）消耗没有轻松的方法，只有老老实实的提升用 电设备的内部效率。 减少电能（kwh）消耗则要从减少用电时间做起。 2.2 中央空调的发展方向 我国节能优先的能源政策，促进中央空调向节能型产品方向 发展。 （1）地温中央空调 地温空调将一般空调对大气换热改变成对大地换热，由于井 水具有低温恒温特点，制冷能效比高达1：5以上（1kwh电 量产生5000w冷量）。 在夏季作为空调供冷，把室内的热量取出来，释放到地下水 、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。 在冬季作为热泵供暖，把地能中的热量“取”出来，提高 温度后，供给室内采暖，此时地能为“热源”。 （2）水源热泵、空气源热泵中央空调 所谓热泵，就是一种利用人工技术将低温热能转换为 高温热能而达到供热效果的机械装置。通俗地说，就 如同水泵将水从低位提升到高位使用那样，利用热泵 技术将低温热源提升到高温热源来使用。 热泵机组的能量转换，是利用其压缩机的作用，通过消耗一 定的辅助能量（如电能），在压缩机和换热系统内循环的制 冷剂的共同作用下，由环境热源（如水、空气）中吸取较低 温热能，然后转换为较高温热能释放至循环介质（如水、空 气）中成为高温热源输出。 水源热泵 水源热泵技术是利用地球表面浅层水源，如地下水、河流和 湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源， 进行热冷交换来作为热（冷）源的既可供热又可制冷的高效 节能空调系统。通过输入少量的高品位能源（如电能），实 现低温位热能向高温位转移。通常水源热泵机组消耗1kw的能 量，用户可以得到35kw以上的热量或冷量。 热泵系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀节流阀组成 。 空气源热泵 该产品以制冷剂为媒介，制冷剂在风机盘管（或太阳能板）中吸收空气中 （或阳光）中的能量，再经压缩机压缩制热后，通过换热装置将热量传递 给水，来制取热水，热水通过水循环系统送入用户散热器进行采暖或直接 用于热水供应。 空气源热泵是对室外空气放热和吸热，所以机组的产冷（热）量与气候条 件关系密切，随室外气候参数的改变而变化，存在着制冷量随室外空气温 度升高而降低，制热量随室外空气温度降低而减少，与冷量（热量）需求 相矛盾，且冬天在寒冷潮湿地区使用时还存在结霜的处理和防腐蚀等问题 。 （3）蓄冷中央空调调 蓄冷空调技术就是利用夜间电网低谷时的电力来制冷，把冷量储存起来， 在白天电力高峰用电紧张时释放冷量，满足建筑物空调冷源的需要。蓄冷 空调的分类如下： 按蓄冷介质分： 冰蓄冷用冰作为蓄冷的介质； 水蓄冷用水作为蓄冷的介质。 按蓄冷方式分： 部分蓄冷指制冷机连续运行，在夜间制冷储能，以补足白天高峰 制冷负荷。 全部蓄冷全部蓄冷是利用低谷电荷时制冷机蓄冰储能，白天空调 不使用制冰机， 蓄冷空调调的工作原理 蓄冷空调相对于常规中央空调增加一个蓄冷装置，如：蓄冰槽、蓄水 池等，基本工作原理是，在夜间电网谷荷时段开启制冷主机，将建筑 物空调所需要的冷量，全部或部分制备好，以冰（或冷水）的形式储 存起来。当白天用电高峰时，可融冰降温或释放冷水的冷量降温，实 现用电的“移峰填谷”，这样白天就可以少开或基本不开耗电量大的 中央空调。 蓄冷实际上是对能源的一种储备，又称电力蓄能技术。 蓄冷空调调的优优缺点 优优点： 利用富余的夜间谷电，优化能源资源； 削峰填谷，平衡电网压力； 充分利用电力系统峰谷电价差的优惠政策，大幅度降低运行费用。 缺点： 在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大； 储冷装置要占用较大的建筑空间； 制冷储冷时主机效率比常规空调工况下运行效率低，主机实际运 行能耗增加； 设计和调试相对较复杂。 （4）燃气节节能中央空调调 燃气空调是指直接燃烧燃气的空调设备。从20世纪60年代末燃气空调 正式登上空调制冷技术舞台后，三十多年来燃气空调技术得到了多方 面的发展，应用逐渐广泛。因燃气直燃机在众多的燃气空调方式中， 其技术最为成熟，应用也最为普及，因此常规意义上的燃气空调都指 燃气直燃机。 因为天然气是最清洁能源且全球储量丰富，全球能源专家都充分认识 到天然气将成为21世纪能源。世界各国能源结构均将围绕天然气作巨 大的改变，这将为燃气空调的发展带来更好的发展空间。 2.3 中央空调节能技术 （1）概述 目前，用于中央空调系统节能的主要技术有： 中央空调主机变频技术 中央空调水系统变流量节能控制技术 空调机组等末端设备节能控制技术 中央空调余热回收技术 （2）中央空调水系统简易变频控制技术 目前，市场上主要有以下几种简易变频控制技术： 水泵变频节电 直接在水泵电机前加装变频器，通过人工调整频率，去除 水泵余量而节能。 简单简单 参量变频变频 控制 利用压差或温差作为控制参量，采用pid（比例、积分、微 分）算法控制变频器工作频率，使水泵流量跟随负荷变化， 从而达到水泵节能的目标。 恒压差控制 以保持冷冻水供、回水压差的恒定为依据，来调节冷冻水的供水流量。 恒压差控制原理 控制方式：pid调节 控制过程如下： 负荷减少 压差p增大 变频器频率降 低 水泵电机转速降低 供水 流量减少 压差p降低 负荷增加 压差p降低 变频器频率升 高 水泵电机转速提高 供 水流量增大 压差p升高 优点： 实现水系统节能20%30%； 增加元件不多，结构简单； 价格便宜。 缺点： 只适用于冷冻水系统，不能用于冷却水系统的控制。 单参量（压差）的简易控制，节能效果不能达到最佳。 不能对系统运行实现有效的安全保护。 只着眼于水泵节能，缺乏现代化的智能控制功能，且只依据 水系统压差一个参量进行控制，无法实现主机运行环境优化。 恒温差控制 以保持供、回水温差的恒定为依据，来调节水系统的供水流量。 控制方式： pid调节 控制过程如下： 负荷减少 温差t减小 变频器频率 降低 水泵电机转速降低 供水流量减少 温差t增大 负荷增加 温差t增大 变频器频率 升高 水泵电机转速提高 供水流量增大 温差t减小 某公司的恒温差控制系统 优点： 可用于冷冻水系统，也可用于冷却水系统，但不用于冷却塔风机。 实现水系统节能30%40%。 增加元件不多，结构简单。 价格较便宜。 缺点： 单参量（温差）的简易控制，节能效果不能达到最佳。 可实现冷冻水低温保护，但安全保护仍不完整。 只着眼于水泵节能，缺乏现代化的智能控制功能，且只依据水系 统温差一个参量进行控制，无法实现主机运行环境优化。 （3）中央空调水系统智能模糊控制技术 中央空调系统的特征 中央空调是一个时滞、时变、非线性、多参量且参量之间耦合很强的复杂 系统。其复杂性表现为： 结构的高度复杂性； 环境和负荷特性的高度不确定性； 大时滞：多个惯性环节； 大惰性； 高度非线性； 多变量、时变性、复杂的信息结构。 这些都难以用精确的数学模型或方法来描述。 简易变频控制的局限性 pid工程参数的整定在很大程度上依赖于精确的数学模型，而对于中央空调这 种复杂系统，很难用精确的数学模型进行描述，或者所得数学模型不是过于复 杂就是较为粗糙，以精确性为主要特点的经典数学，对于这类控制问题往往难 以凑效。 pid调节中最重要的工程参数比例系数kp、积分时间常数ti和微分时间常数td， 一旦选定之后，如果人不去调节，它是固定不变的，不可能跟随受控参量的变 化而自动调整。也就是说，工程参数整定之后，就用同一种参数去对付各种不 同的运行工况，因此，静态参数的pid控制方法不可能达到最佳的控制效果。 智能模糊控制方式 如果把人（操作人员、管理人员或专家）的操作经验、知识和技巧归纳成一 系列的规则，存放在计算机中，利用模糊集合理论将它定量化，使控制器模 仿人的操作策略，就可以实现中央空调系统的人工智能模糊控制。 计算机技术 计算机不仅有惊人的运算速度和很高的计算精度，还具有记忆、判断等功能 ，特别适宜数据处理和过程控制。智能模糊控制器就是计算机技术和模糊控 制技术相结合的产物，它们共同构成了暖通空调领域一个重要的发展方向 智能模糊控制。 模糊控制技术 模糊控制