中央空调系统 中央空调系统的构成及工作原理

通风设计：

中央空调风系统设计选型

风管设计是通风设计的基础，都包括以下内容：

1.确定风管的形式；

2.确定风管、风口的位置、走向；

3.选择风管的尺寸；

4.计算风管的阻力和各风口的阻力平衡，最终确定风管的尺寸和系统的阻力损失。

1.确定风管的形式：

按材料分为金属风管和非金属风管。金属风管的材料有镀锌钢板、不锈钢板、铝板、涂塑钢板等。非金属风管有纤维织物空气分布器（国内叫法有布风管、布袋风管、纤维风管）、玻璃纤维复合风管、无机玻璃钢风管、酚醛风管、玻镁风管等。

按风管的工作压力分为低压（P≤500Pa）、中压（500<P≤1500Pa）、高压系统(P>1500)。各种压力下管道的密封要求不同，低压系统要求接缝、接管连接处严密，高压系统要求接缝、接管连接处增加密封措施，高压系统要求所有接缝、接管连接处均采取密封措施。

2.确定风管、风口的位置、走向：

风管、风口的位置、走向问题需要根据实际情况来定。主风管一般来说在不影响其他专业的情况下，我们选择最近线路，尽量靠墙、靠柱安装。支风管的布置就要考虑到各支管间的阻力平衡并且要易于调节。风口的定位，我们要根据房间的使用要求在保证气流组织的前提下均匀布置。但如果考虑装修的情况，我们就要和装修、照明专业协商解决，要保证我们的方案合理。

3.选择风管的尺寸：

风管的尺寸我们应首先采用标准系列，宽高比宜控制在4以下。但有些场合受到建筑层高限制，不得不尽量减小风管高度，这时我们也不能无限制放大宽高比，最大应控制在10以下。

4、风管阀门的设置：

风量调节阀的设置应以方便系统平衡和调节风量为准，尽量少设。一般我们在每个分支管上设置，支管阀门以2~3级为宜。

防火阀在穿越防火分区的隔墙和楼板处、每层水平风道与竖风道的连接处、穿越通风空调机房、变形缝的隔墙处必须设置。

在几个系统并联时，还应设有防止回流的止回阀或电动风阀。

在有冻结危险的系统中，在其接室外风口处应设置电动风阀，以便在系统停运时隔断室外冷空气。在更严重的情况下还应设置辅助加热装置。

5、风管的水力计算：

风管的阻力分为沿程阻力和局部阻力。

沿程阻力=L（λ/de）ρv2/2

局部阻力=ξρv2/2

由以上公式可见，控制系统阻力首先要控制风速，其次是选择大的de（水力半径）和小的ξ（局阻系数）。

水力计算的方法分为假定流速法、压损平均法、静压复得法等。我们一般多采用假定流速法。对于公共建筑的推荐风速为：

纤维织物空气分布器设计

纤维织物空气分布器是从国外引进的一项新产品新技术。它是一种由特殊纤维织成替代传统送风管道、风阀、散流器、保温材料等的送出风末端系统。在国内市场上有被称作布风管、布袋风管、布风道等。

布风管系统在沿管长方向上还有由于摩擦阻力和局部阻力造成的压力损失。因为压力损失与风速成正比关系，当气流沿管长方向风速越来越小时，阻力损失也不断下降。与此同时，风管个标准件以及出风口也存在局部阻力损失。布风管系统中以直管为主，系统中三通、弯头及变径很少，一般以沿程阻力损失为主，空气横断面形状不变的管道内流动时的沿程摩擦阻力按下式计算：

——摩擦阻力系数；

——风管内空气的平均流速，m/s；

——空气的密度，kg/m3；

——风管长度，m；

——圆形风管直径（内径），m；

摩擦阻力系数 是一个不定值，它与空气在风管内的流动状态和风管管壁的粗糙度有关。

根据对纤维材料和布风管系统的综合性研究得到摩擦阻力系数不大于0.024（铁皮风管大约0.019），由于布风管风管延长度方向上都有送风孔，管内平均风速就是风管入口速度的1/2。由此可见 ，布风管风管的延程损失比传统铁皮风管要小的多。

部件局部压损计算

当布风管内气流通过弯头、变径、三通等等部件时，断面或流向发生了变化，同传统风管一样会产生相应的局部压力损失：

Z：局部压力损失（pa）

ξ：局部阻力系数（主要由试验测得，同传统风管中类似）

ρ：空气密度（kg/m3）

v：风速（m/s）

为了减少布风管系统的局部损失，我们通常进行一定的优化设计：

1． 综合多种因素选择管经，尽量降低管道内风速。

2． 优化异形部件设计，避免流向改变过急、断面变化过快。

根据实际工程经验，我们总结出各种布质风管部件的局部阻力值（风速＝8m/s），如下表：

弯头（曲率＝1） 等径三通 变径（渐缩角30度） 静压箱

10 pa 12 pa 3 pa 46 pa

例如：某超市压损计算说明

对于该超市，AHU 空调箱风量为36000CMH，选取编号AHU-14号空调箱系统，主管尺寸为2000*610mm，共有5支支管，支管管径为559mm。选取最长不利环路25米主管+20.6米支管作为计算依据；

1，沿程阻力损失计算：

主管：25米， 2000*610mm，当量直径

支管道：20.6米， 559mm

2，局部阻力损失计算：

等径三通局部损失为12Pa，对于变径三通取20Pa.

最长不利环路压损为20+8.5+6=34.5Pa.

可见布风管系统尤其是直管系统的沿程阻力损失非常小，一般不会超过静压复得的值，所以在粗算时基本可以忽略不计！

空调设计：

1、空调系统的分类：

2、各种空调系统的适用条件和使用特点：（略）

3、气流组织的基本要求：

室内参数：冬季18~24℃ 30%~60%；夏季22~28℃40%~65%。

送风温差：送风口高度≤5m时，不宜大于10℃；送风口高度>5m时，不宜大于15℃；

换气次数：舒适性空调不宜小于5次/h，但对于高大空间应按其冷负荷通过计算确定。工艺性空调应根据其温度控制精度进行选择。

送风口风速：应根据送风方式、送风口类型、安装高度、室内允许风速、噪声标准等因素确定。消声要求较高时采用2~5 m/s。

人员活动区风速：冬季≤0.2 m/s，夏季≤0.3 m/s。

可能的送风方式：

侧向送风、散流器平送或下送、孔板送风、条缝送风、喷口或旋流风口送风、置换通风、地板送风。

新风量的确定：

引入新风主要是为了攺善空调房间内空气质量，降低有害物质的含量和浓度，确保室内的人员的舒适度和生理健康。

一般来说，新风量应保证每人每小时30m3。

对普通场所，可根据每人占用面积来估算人数，进而计算新风量。

计算公式：

新风量(m3/h)=（建筑面积/人均占地面积）×A

上式中，A表示人均新风量(m3/h)通常进行估算时，可取30m3/h。

室内人员占有面积表

当人均占有面积超过10m2时，按10m2来计算。

公共建筑主要空间的人员设计新风量：

对于一般民用场所和一些工艺性场所，也可以根据换气次数来计算新风量。但对于一些排风量大的场合，就应采用人员新风量和房间补风量之间的较大值。

计算公式：新风量(m3/h)=换气次数×房间容积

对于一般性场合，如无特殊要求且室温波动范围≥±1℃时，则可选用换气次数为5次/小时。

换气次数推荐值：

做新风处理时应注意的事项：

新风系统的进风口位置，应符合下列要求：

应直接设在室外空气较清洁的地点；

应低于排风口；

进风口的下缘距室外地坪不宜小于2m，当设在绿化地带时，不宜小于1m；

应避免进风、排风短路。

对于冷媒机，新风处理机的新风管不能与空调的回风管道连接。当新风机与空调机同时使用时，会引起空调温控出现偏差提前使空调机停止运行，室内无法达到要求的空调环境；当单独使用新风机时，新风会从空调回风口吹入室内，可能将回风滤网上的灰尘带入室内，降低室内的空气品质。

中央空调系统的构成及工作原理

中央空调系统的结构如图5-1所示。根据其工作原理可分为冷冻机组、散热水塔、外部热交换系统和冷却风扇四个部分。各部分的功能如下：

图5-1 中央空调系统的结构

1.冷冻泵 2.风机盘管 3.膨胀水箱 4.散热水塔 5.冷却泵 6.冷凝器 7.蒸发器

（1）冷冻机组

用于将通往各个房间的循环水经机组内部热交换后除湿变为“冷冻水”。

（2）散热水塔

用于接收冷却泵送来的带有热量的水，经冷却后为冷冻水机组提供冷却水。

（3）外部热交换系统

外部热交换系统由冷冻水循环系统和冷却水循环系统组成。其中，冷冻水循环系统的功能是将从冷冻机组流出的冷冻水通过冷冻泵送入冷冻管道，在各个房间内进行热交换，使房间内的温度下降；冷却水循环系统的功能是将通过热交换的冷却水由冷却水泵送入水塔，在水塔中进行冷却降湿降温，再送回冷冻机组，如此不断循环，带走冷冻机组中所释放的热量。

（4）冷却风机

冷却风机有室内风机和冷却塔风机两种：室内风机安装于所需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内空气的流动，使房间内降温速度加快且温度均匀；冷却塔风机用于对进入冷却塔的喷淋水进行冷却，通过风机产生风的流速，将热量散发到大气中去，使进入塔内的水温迅速降低。

简要中央空调控制系统介绍

空调系统构成概述：

空气调节简称空调，目的是为了创造一个舒适的室内大气环境，使人在环境中感到比较舒服。

空气调节就是将加工和处理的一定质量的空气送入室内，使室内大气满足要求。

空气调节的过程：空气的净化→温度处理→湿度处理。

中央空调系统的构成：中央空调的冷、热源系统；

前端设备：

(1)新风机组

(2)空调机组

(3)风机盘管

(4)变风量系统。

热源系统：

中央空调自动控制的内容：

中央空调系统由空气加热、冷却、加湿、去湿、空气净化、风量调节设备以及空调用冷、热源等设备组成。

被控参数主要有空气的温度、湿度、压力、以及空气清新度、气流方向等，在冷、热源方面主要是冷、热水温度，蒸汽压力。有时还需要测量、控制供回水干管的压力差，测量供回水温度以及回水流量等。在对这些参数进行控制的同时，还要对主要参数进行指示、记录、打印，并监测各机电设备的运行状态及事故状态、报警。

空调系统自动控制方式：

（1）传统的机械控制方式：

传统机械控制方式是机械技术与电工技术结合的产物，它以电动机为动力，以开关、继电器、接触器、机械压力式温控器等为控制件。它的控制方式以开关控制和比例控制为主，多采用机械作用式的自控元件，以获得可以接受的、较粗的制冷温控精度，并保证制冷设备运行正确、安全可靠。这种传统控制方式已有近百年的历史，目前、还有部分制冷设备采用这种控制方式。

（2）电子式控制方式：

电子式控制方式采用的是电子元器件与部分专用集成电路组成的硬件控制电路并结合继电器、接触器等控制器件，使制冷设备获得较精确的温控精度，并保证制冷设备运行正确、安全可靠。这种控制方式仅使用了二十几年，目前已很少使用。

（3）微电脑控制方式：

近二十多年来，由于微电脑（单片机）控制技术及通信技术的快速发展，制冷空调设备控制系统中也大量的采用微电脑（单片机）控制，并把电子器件的信息处理和控制功能揉和到机械装置中，应用机械、电子、信息等有关技术，对整个控制系统进行有机的组织、渗透、和综合，实现整个系统的最优化控制。这种控制方式不再是原有那种单技术、单功能的控制方式，而是一种全新的，具有复合技术、复合功能、自动化程度很高的控制方式。采用这种控制方式的产品一般都具有自动控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自诊断、自恢复和智能化等多种功能。

中央空调系统图：

空调自动控制的规律：

连续控制规律可以分为比例、比例积分、比例微分和比例积分微分控制规律。比例、积分、微分分别用P、I、D表示。因此PID控制就是比例积分微分控制。

自动控制技术在空调系统的应用：

变风量空调系统：

变风量空调系统(VAV)是通过空调送风量的调节实现空调区域温湿环境的控制。

变风量空调系统的特点：送风温度不变，而改变送风量来满足房间对热负荷的要求，就是说表冷器回水调节阀开度恒定不变，用改变送风机的转速来改变送风量。通常采用变频调速来调节电机的转速。

变风量系统工作原理示意图：

变风量系统监控原理：

变风量系统的分类：

（1）单风管VAV系统

（2）单风管再加热VAV系统

（3）单风管送回风机联动VAV系统

（4）单风管旁通式VAV系统

（5） VAV系统变风量末端装置及控制

变风量系统自动控制：

1.变风量空调系统运行参数与状态监控点／位及常用传感器 （了解）

2.变风量系统的连锁控制（重点）

电气连锁：开新风风门、回风风门、排风风门与送风风机、排风风机连锁；风机停机连锁切断加湿器电源。

空调机组启动顺序控制：新风风门开启→回风风门启动→送风机启动→排风风门开启→回风机启动→空调冷冻水／热水调节阀开启→(加湿器启动)加湿阀开启。

空调机组停机顺序控制：(加湿器停机)加湿阀关闭→空调冷冻水／热水调节阀关闭→停回风机→排风风门关闭→送风机停机→新风门、排风门关闭、回风门停机。

变风量系统运行与节能控制：

(1)变风量空调机组的送风量、送风温度调节与节能策略：

① 定静压定温度法(CPT)（重点）

② 定静压变温度法(CPVT)

③ 变静压变温度法(VPVT)

④ VAV总风量控制法

(2)回风机转速自动调节

(3)湿度控制

(4)空气质量控制

(5)新风量、回风量及排风量的比例控制

(6)过滤器差压报警、机组防冻保护

(7)空调机组的定时运行与设备的远程控制

(8)变风量末端装置的自动调节

定风量空调机组：

所谓定风量空调机组就是指：保持风机转速不变，依靠回水管冷/热水调节阀来调节水阀的开度，进而调节室内的温度使其遵循设定值。

定风量空调机组控制原理图：

定风量空调机组连锁控制：

(1) 启动顺序控制：新风风门、回风风门、排风风门开启→送风机启动→回风机启动→冷热水调节阀开启→加湿阀开启。

(2) 停机顺序控制：关加湿阀→关冷热水调节阀→送风机停机→新风风门、回风风门、排风风门关闭。

1：计算机集中控制多台中央空调

2：计算机监测各中央空调运行状态

3：计算机监测各房间温度

家用中央空调电话远程控制系统：

普通空调计算机集中监控系统方案：

空调自动控制的应用领域：

集中式空调制冷站自动控制：

（1）空调冷源系统的构成（制冷机、循环水泵、集水器、分水器、补水箱），通常这些设备以及水处理装置等辅助设备通常安装在专用的设备间—制冷站。通常制冷站在地下室。

（2）制冷系统的监控原理

冷水机组的监控原理图：

制冷站水系统的运行控制：

（1）冷水机组的连锁控制（重点）

（2）设备的相互切换与均衡使用

（3）冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末段设备变流量运行（了解）。

启动顺序：冷却水塔风机→冷却水泵→冷冻水泵→冷水机组；

停止顺序：冷水机组→（延时5分钟）→冷冻水泵→冷却水泵→冷却水塔风机。

（4）膨胀水箱与补水箱监控。

（5）冷水机组的节能群控运行。

1）冷冻水回水温度法：用冷冻水回水温度来调节冷水机组和冷冻水泵的开启台数。

2）冷量控制法：根据测量分、集水器供回水温度及冷冻水回水流量，计算空调实际所需冷负荷。根据冷负荷决定冷水机开启台数。

（6）冷却塔的节能运行控制：

冷却塔的控制实际上是利用冷却进水温度来控制相应的风机（风机作台数控制或变速控制），不受冷水机组运行状态的限制（如室外温度较低时，虽然冷水机组运行，但也可能仅靠水从塔流出后的自然冷却而不是风机强制冷却即可满足水温要求）关闭冷却塔风机，而达到节能的目的。

新风机组自动控制：

新风机组通常与风机盘管配合使用。

1 新风机组控制原理：

(1) 运行参数与状态监控点/位；

(2) 常用传感器。

新风机组启动顺序控制：新风风门开启→送风机启动→冷热水调节阀开启→加湿阀开启。

新风机组停机顺序控制：关加湿阀→关冷热水阀→送风机停机→新风阀门全关。

空调机组自动控制：

(1) 处理的空气除有新风外, 还有室内回风。

(2) 形式多样, 使用场合较多。

定风量空调机组控制原理：

(1) 运行参数与状态监控点/位（详见教科书）

(2) 常用传感器

小结：

为了保障制冷设备正常运行，并达到所要求的指标，需要把控制温度、压力、流量、湿度等许多热工参数的一些控制电器和调节元件、各种仪表、传感器及附属设备组合起来，形成一个控制系统，这个系统就是制冷与空调自动控制系统。

目前制冷系统中，常用的控制方式有：

①传统的开关、电器组成的控制（即双位控制）系统；

②由电子元件与集成电路组成的逻辑控制系统；

③由微电脑（主要由单片机）组成的智能控制系统。

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