舒适型空调机组：带给你四季宜人的温度体验

1.单元式空调机组

单元式空调机组通常包含蒸汽压缩式制冷系统、送风系统、空气处理系统和电气控制系统等，空气直接流过翅片式蒸发器降温除湿，空气处理系统还可包括过滤、加湿、加热等功能。单元式空调机组在自带的电气控制系统作用下，机组可自动运行于通风、制冷（制热）、加湿和恒温恒湿等状态。

单元式空调机组根据其功能不同可分为冷风型、冷热风型和恒温恒湿型，冷热风型和恒温恒湿型根据加热空气热源不同，又可以分为冷凝热加热型、蒸汽加热型、热水加热型和电加热型；恒温恒湿型按照加湿方式可分为电热式、电极式和蒸汽加湿式。市场上单元式空调机组冷量范围为7～150kW，加热方式通常为电加热或冷凝热加热，加湿方式通常为电热式或电极式。按照冷却方式分，单元式空调机组可分为风冷却型和水冷冷却型，一般制冷量在60kW以下的机组通常采用套管式冷凝器或同轴冷凝器，60～150kW制冷量之间的机组通常采用板式或壳管式冷凝器。按照送回风方式，单元式空调机组可分为接风管型和直接送风型，并可提供各种送回风方式以方便现场安装。根据以上所述，市场通常可提供的单元式空调机组类型如下：

风（水）冷单元式冷风空调机组。

风（水）冷单元式电加热型冷热风机组。

风冷单元式热泵型冷热风机组。

风（水）冷单元式恒温恒湿机组。

风（水）冷单元式机房空调机组。

图9-25是电加热冷热风型空调机组的系统原理图，图9-26是不同形式的单元式空调机组安装示意图。表9-16，表9-17列出了部分采用制冷剂R22的水冷和风冷单元式空调机组的主要技术参数。

单元式冷风空调机组仅对空气进行降温除湿，适用于需要降温的场合，温度控制范围和精度为18～30℃±1℃。单元式电加热型冷热风机组既可以单独利用制冷系统冷却空气，也可以利用电加热加热空气，但制冷和电加热两种功能不能同时运行而只能运行于某一种功能，机组制冷时温度控制范围和精度为18～30℃±1℃，机组加热运行时温度控制范围和精度为15～21℃±1℃。单元式热泵型冷热风机组冷却空气时利用的是制冷剂蒸发时的汽化潜热，当需要加热空气时，该机组利用制冷逆循环的冷凝热加热空气，单元式热泵型冷热风机组也只能运行于制冷状态或制热状态，不能同时制冷或制热，制冷时温度控制范围和精度为18～30℃±1℃，制热运行时温度控制范围和精度为15～21℃±1℃，和电加热型冷热风机组相比，热泵型机组制热时的能效比高于电热型机组，通常热泵型机组制热的能效比可达3.0左右，而电热型机组制热时的能效比不大于1.0。

图9-25 电加热冷热风型空调机组的系统原理图

图9-26 不同形式的单元式空调机组安装示意图

a）风冷机组

图9-26 不同形式的单元式空调机组安装示意图（续）

b）水冷机组

表9-16 水冷单元式空调机组的主要技术参数

表9-17 风冷电加热型单元式空调机组的主要技术参数

单元式空调机组直接将空气处理到所需要的状态，因此减少了许多中间环节，缩短了安装周期，但由于其固有的特性，在选用和使用单元式空调机组时需要注意以下问题：

1）根据实际情况合理选择回风方式和送风方式，以免由于机组送回风方式不当而造成性能下降甚至损毁机组。

2）当选择风管送风形式时，需要校核机组的机外余压和送风管道阻力损失匹配情况，以免造成机组实际送风量偏小或送风量过大，造成送风机电动机烧毁。

3）注意检查机组的内部风道密封情况。

4）定期清洗过滤网。

5）根据实际需要选择合理的运行状态。

2.水源热泵空调机组

水源热泵空调机组的工作原理和一般的空气源热泵空调机组相同。仅是机组的室外侧换热器不是空气—制冷剂换热器而是水—制冷挤换热器。制冷工况运行时，利用制冷剂蒸发将空调空间中的热量取出，放热给水源侧。制热工况运行时则利用制冷剂蒸发吸取水源侧的热量，通过室内侧换热器放热至空调空间。图9-27示出了水源热泵空调机组的工作原理。和空气源热泵空调机组一样，制冷和制热的工作循环的切换是依靠四通换向阀来完成的。

水源热泵空调机组目前主要用于水环热泵空调系统，也可用于地源热泵空调系统（包括地下水、地表水和地埋管热泵系统）。由于水源热泵空调机组的热源（热汇）来自水介质，而水环系统和地源系统的水源侧具有温度较高和稳定的特性，因而机组能效比较空气源机组有显著的提高，是一种理想的节能产品。当用于水环空调系统中时，是用水环路将小型的水源热泵空调机组并联在一起构成一片以利用低位能源和回收建筑物内部余热为主要特点的制冷供暖空调系统。国外20世纪70年代已得到广泛应用，我国则自20世纪90年代开始在上海、广州和北京等大城市中推广应用。当用于地源热泵系统时，则需要创造供水条件，包括打造水井或添置地下换热器等条件。

目前国内外市场有许多厂商生产各种型式和规格的水源热泵空调机组。按结构型式分，机组有整体和分体两大类型，整体结构机组又可分为立式和卧式两种。分体结构中的室内机则有许多型式，包括暗装吊顶式、天花板嵌入式、明装式和高静压风管式等。暗装机组一般需要接风管，因此它的噪声相对要低一些。整体机组一般也要接风管，通常吊装在天花板中或设置在专用的小型机房内。也有设置在屋顶上的水平机组。

图9-27 水源热泵空调机组的工作原理

图9-28所示为水源热泵空调机组的两种不同型式的外形图。机组通常采用转子式或涡旋式两种型式的制冷压缩机。水源侧换热器多采用大直径高效螺旋套管式换热器。目前采用的制冷剂多为R22，正在逐步向R134a或R410A等环保制冷剂过渡。当采用R410A时，能效比会有显著的提高。

图9-28 水源热泵空调机组外型图

a）水平卧式 b）立式

表9-18和表9-19分别为典型的整体式水源热泵空调机组和分体吊顶式水源热泵机组的主要技术参数。制冷剂均为R22，名义工况均为水环工况。

水源热泵空调机组和水源热泵冷热水机组一样均属于国家标准GB/T 10409—2003《水源热泵机组》的管辖。表9-20为该标准对水源热泵机组的名义工况，从表中看到空调机组和冷热水机组一样，根据热源侧状态不同也有水环式、地下水式和地下环路式三种不同的工况，采用时应予以注意。至于空调机组的正常工作的冷热源温度范围是和冷热水机组一样，可参考9.2.1节中的表9-13。

图9-29表示整体式水源热泵空调机组的典型变工况性能曲线图，可供工程设计人员设计时了解非名义工况下机组性能的变化。

从图9-29可以看出，在制冷工况运行时，随着水源水温的下降，制冷量会大幅上升，且功率有所下降；制热工况运行时，水源水温下降时制热量会大幅下降。

表9-18 典型的整体式水源热泵空调机组的主要技术参数

表9-19 典型的分体吊顶式水源热泵空调机组的主要技术参数

（续）

表9-20 水源热泵空调机组名义工况规定 （单位：℃）

a 采用名义制冷工况确定的水流量。

图9-29 整体式水源热泵空调机组的典型变工况性能曲线

a）制冷工况 b）制热工况

3.屋顶式空气调节机组

屋顶式空气调节机组近年来为满足工厂、超市等需要而特别开发的一种全空气系统制冷机组，也是采用直接蒸发式的制冷机组。该机组往往集送风、制冷、加热、加湿、空气净化于一体，无需冷却塔和空调循环水泵，尤其重要的是该机组还可以提供一次回风、二次回风、排风和新风等不同空气处理方式供选择，可满足高效空气过滤要求。该机组的压缩冷凝段和空气处理段直接安装于屋顶等室外环境，所有部件由制造厂家在工厂整体装配或现场组装，用户只需要接上送回风管道和电源即可投入使用。屋顶式空气调节机组的空气处理段根据功能不同可选择不同的功能段进行组合，以充分满足空气处理的要求。在过渡季节，屋顶式空调机组可直接利用新风装置送风，节能效果显著。和单元式空气调节机组相比，屋顶式空气调节机组具有以下特点：

1）压缩冷凝段通常采用风冷冷却方式。

2）压缩冷凝段和空气处理段都直接安装于室外，节约建筑空间。

3）空气处理段可根据要求不同而选择不同的功能段进行组合，而不必像单元式空气调节机组只能有初效过滤、制冷、加热和加湿等功能。

4）可选择多种空气处理方式，例如一次回风、二次回风、排风和新风等。

5）机组可直接利用新风送入室内，节能效果显著。

6）机组冷量和送风量范围大。

图9-30和图9-31分别是屋顶式空调机组的功能段布置图和结构图。屋顶式空气调节机组制冷量范围为12～450kW，送风量范围为2500～55000m³/h。和单元式空调机组一样，从功能上屋顶式空气调节机组可分为单冷型、冷热型和恒温恒湿型。表9-21列出了冷热型屋顶式空气调节机组的主要技术参数。

图9-30 屋顶式空调机组的功能段布置图(www.xing528.com)

1—压缩冷凝段 2—新回风混和段 3—初效过滤段 4—蒸发段 5—加热段 6—加湿段 7—风机段

图9-31 屋顶式空调机组的结构图

表9-21 冷热型屋顶式空气调节机组的主要技术参数

（续）

屋顶式风冷空调（热泵）机组属于行业标准JB/T 8702—1998《屋顶式风冷空调（热泵）机组》的管辖。表9-22为该标准对屋顶式空调（热泵）机组规定的名义工况。表9-23则为屋顶式空调（热泵）机组正常工作的冷（热）源温度范围。

表9-22 屋顶式风冷空调（热泵）机组的名义工况规定 （单位：℃）

① 适用于湿球温度对冷凝器热交换产生影响的机组利用凝结水等的潜热作为热源型式的机组。

表9-23 屋顶式风冷空调（热泵）机组正常工作的冷（热）源温度范围 （单位：℃）

4.变制冷剂流量空调机组

变制冷剂流量空调机组又称多联式空调机组，是指一台或数台风冷室外机可连接数台不同或相同形式、容量的直接蒸发式室内机，构成单一的、可实现制冷或制热的空调循环系统。它可以向一个或数个区域直接提供处理后的空气。变制冷剂流量空调机组其主要构成为室外机、室内机以及制冷剂配管，如图9-32。经过20多年的发展，变制冷剂流量空调机组已拥有多种的产品型式，可分为热泵型、单冷型、热回收型、冰蓄冷型、耐高温型、低温型、水源热泵型等产品。目前市场上，应用最广泛的是热泵型变制冷剂流量空调机组。

变制冷剂流量空调系统与一般的空调系统的工作原理基本相同，可分为压缩、冷凝、节流和蒸发四个循环过程。由于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，因此变制冷剂流量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、数码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。

图9-32 变制冷剂流量空调机组系统示意图

图9-33示出了热泵型变制冷剂流量空调机组的原理图。在典型的热泵型变制冷剂流量空调系统中，压缩机通常采用一台变频或数码压缩机。在大系统中，由一台变频压缩机或数码压缩机与多台定速压缩机构成压缩机组；在各室内机和室外机上，设置有供节流和流量调节的电子膨胀阀。在制冷工况下，室外机电子膨胀阀全开，通过室内机电子膨胀阀节流降压，控制室内温度和各室内机换热器出口制冷剂的过热度，由压缩机频率调节吸气压力；在制热工况下，可以通过四通换向阀切换制冷剂的管路流向，改变冷凝器和蒸发器在循环回路中的位置，此时室外机电子膨胀阀，控制室外机换热器出口制冷剂的过热度，室内机电子膨胀阀，控制室温和室内换热器出口的制冷剂过冷度，通过改变压缩机频率或数码涡旋压缩机的卸/负载周期来调节压缩机排气压力。为提高系统的稳定性、可控性和可靠性，在一些系统中，增设了辅助回路。

图9-33 热泵型变制冷剂流量空调机组的原理图

A—压缩机 B—四通换向阀 C—冷凝器 D—室外机电子膨胀阀 E—蒸发器 EV1～EV3—室内机电子膨胀阀

回油是变制冷剂流量空调机组的一个主要问题。当变频空调机组处于低负荷状态时，变频压缩机处于低频状态，系统内制冷剂流速减缓，在一定频率下，制冷剂将没有足够的流速带动压缩机润滑油从系统中回到压缩机。经过一段时间运行后，压缩机油位可能降至一个危险的水平，这就要求变频空调机组必须依靠油分离器或复杂的回油循环回油，以保证压缩机的正常油位。日本大金公司VRV空调机组采用智能油面控制压缩机、高效油分离装置和压缩机间交叉回油技术使得油量较多的压缩机内多余的油排到空调系统中，尽量回到缺油的压缩机中。如图9-34所示，交叉回油技术即是将油量充足的压缩机后的油分离器中出来的油通过交叉回油的方式回到油量较少的压缩机中，最终使各压缩机达到均油状态的方法。日立变频空调机组则采用图9-35的两级油分离技术，先在具有高效油分离作用的压缩机中进行一级油分离，再通过油分离器进行二级油分离，使得进入制冷循环中的冷冻油更少，从而保证了系统安全可靠的运行。

图9-34 压缩机间交叉回油技术

图9-35 两级油分离技术

数码涡旋压缩机是一种独特的压缩机，采用该压缩机的变制冷剂流量空调机组理论上无需油分离器或回油循环。数码涡旋压缩机靠外接电磁阀的开闭控制压缩机的卸负载，在卸载周期内，系统内制冷剂流速几乎为零，离开压缩机的油很少；在负载周期内，系统内制冷剂流速接近满负荷流速，足以使管路内的油回到压缩机。但是实际上部分厂家为了使机组更加可靠地运行，也在系统中安装了油分离器。

变制冷剂流量空调系统的系列型式多样，针对不同的需求，不同的场合有不同型式的产品相对应。适用于寒冷地区低环境温度下的二级压缩VRV机组是一种采用二级压缩技术的高效制热空调系统。二级压缩VRV系统示意图如图9-36。

图9-36 二级压缩VRV系统示意图

图9-37为日本大金公司二级压缩VRV空调机组低温制热工况下的制冷剂循环系统图。低压侧压缩机压缩后的气态制冷剂与中间冷却器中旁通回路过来的气态制冷剂混合后，进入高压侧压缩机进行压缩，压缩后的高温高压气态制冷剂进入室内机经冷凝和节流后，气液两相制冷剂进入中间冷却器。在中间冷却器中，气液两相的制冷剂被分离成气态和液态，气态制冷剂通过旁通回路与低压侧压缩机过来的气态制冷剂混合进入高压侧压缩机，而中间冷却器中的液态制冷剂经节流后进入蒸发器再回到低压侧压缩机进行压缩。此时在低温工况下，进入室内机冷凝器中的制冷剂循环量加大，从而使得制热能力提高，由于中间冷却器中的低温低压气态制冷剂与低压侧压缩机压缩后的气态制冷剂混合，降低了进入高压侧压缩机中的制冷剂的压力和温度，故减少了换热损失，同时，气态制冷剂不进入室外机蒸发器也提高了蒸发器的效率。

二级压缩方式的除霜过程中，功能模块内的压缩机运转，回收中间冷却器中的热量，使得室外机组的压缩机内的制冷剂循环量增加，能迅速地将霜全部溶解，缩短除霜时间。同时由于中间冷却器可分离出室内机的气态制冷剂和液态制冷剂，使得气态制冷剂可直接进入高压侧压缩机进行压缩，提高了起动速度，做到快速制热。

表9-24为典型的天花板嵌入式VRV空调机组的室内机技术参数。机组采用R410A为制冷剂，单机型式的室外机的技术参数如表9-25所示，组合机可据此推算。

图9-37 二级压缩VRV空调机组低温制热工况下的制冷剂循环系统图

表9-24 天花板嵌入式VRV空调机组的室内机技术参数

表9-25 单机型式的VRV空调机组室外机的技术参数

为了应对变制冷剂流量空调机组市场的迅锰发展，我国相继出台了国家标准GB/T 18837—2002《多联式空调（热泵）机组》和GB 21454—2008《多联式空调（热泵）机组能效限定值及能源效率等级》。标准对不同型式的多联式空调机组分别规定了机组正常工作的适用温度范围和机组考核的名义工况。表9-26和表9-27分别规定了机组的温度范围和名义工况。

表9-26 多联式空调机组正常工作的温度范围 （单位：℃）

表9-27 多联式空调机组名义工况规定 （单位：℃）

由于变制冷剂流量空调机组的室内机和室外机相互匹配的关系，机组经常在部分负荷下工作，对部分负荷效率的考核就很有必要，GB/T 18837—2002规定了制冷综合性能系数IPLV（C）与制热综合性能系数IPLV（H）的具体要求，如表9-28所示。随着国家对节能、减排的要求越来越高，自2008年9月1日开始实施的一项多联式空调机组能效强制性国家标准——《多联式空调（热泵）机组能效限定值及能源效率等级》将多联机产品的能效水平分成5个等级，其中1级产品的能效水平最高；2级是达到节能认证所允许的最小值即节能评价值；3、4等级代表了我国多联机产品的平均能效水平；5级是标准实施后市场准入的门槛即能效限定值。表9-29为能源效率等级对应的制冷综合性能系数的指标值。

表9-28 制冷综合性能参数IPLV（C）与制热综合性能系数IPLV（H）

表9-29 能源效率等级对应的制冷综合性能参数指标 （单位：W/W）

5.燃气热泵空调机组

燃气热泵空调机组是以燃气发动机来驱动压缩机，使制冷剂循环反复进行物理变化，完成热量的不断交换传递，并通过四通阀的转换使机组实现制冷和制热。燃气热泵机组增加了发动机及其冷却水系统，因此机组的尺寸比普通电驱动热泵稍大。燃气热泵空调机组的工作原理图如图9-38所示。燃气热泵系统中，制冷剂循环的工作原理与普通热泵相同。制冷时，由压缩机压缩的高温高压的制冷剂气体，经四通阀在室外机换热器冷凝，高压制冷剂从气体变为液体，通过膨胀阀时膨胀，形成低温低压的制冷剂进入室内机换热器，从室内空中吸收蒸发热量，室内被制冷，变为气体的制冷剂再度返回到室外机的压缩机内，重复进行相同的循环。制热采暖工况时，利用四通阀换向，制冷剂流向与制冷时相反。由压缩机压缩的高温高压的制冷剂气体，经四通阀在室内机换热器冷凝，凝缩热量以热风形式向室内排放，供制热使用。高压制冷剂由气体变为液体。制冷剂液体通过膨胀阀时膨胀，形成低温低压的液体。制冷剂进入室外机换热器，从大气中吸收蒸发热量，大部分变为低温低压的气体，变为气体的制冷剂再度返回到室外机的压缩机内，重复进行相同的循环。制热循环与电制冷系统最大的不同点是，制热时由于燃气热泵机组利用了发动机的排热，制热能力得以提高，同时在室外机换热器结霜的情况下，还可以继续进行制热运转。

图9-38 燃气热泵空调机组的工作原理

燃气热泵空调机组以天然气、液化石油气等燃气清洁能源为热源，可实现夏季制冷冬季制热采暖。机组的室外机包括燃气发动机、压缩机、冷凝器、四通阀、排气换热器等，如图9-39所示。制冷剂多采用R407C或R410A，当采用R410A时，系统具有压力损失小和能效比高的特点。室内机型式多样，有安装在天花板上、吊装在天花板上、挂装在墙壁上、镶嵌在天花板内和安装在地面等多种型式，可明装，也可暗装。可以满足不同房间的用途和装修需要，还可根据房间功能的不同实现负荷的可调节。按照室内机和室外机的连接方式，燃气热泵空调机组按结构型式可以分为整体式和多联式两种机型。

图9-39 典型的燃气热泵空调机组室外机外形结构图

燃气热泵空调机组的制冷量范围通常为14～71kW，表9-30为大连三洋公司的R407C燃气热泵空调机组室外机的主要技术参数。表9-31为日本AISIN公司R410A燃气热泵空调机组室外机的主要技术参数。

表9-30 大连三洋公司的R407C燃气热泵空调机组室外机的主要技术参数

表9-31 日本AISIN公司R410A燃气热泵空调机组室外机的主要技术参数

（续）