建筑设备安装-空调系统分类

一、空调系统组成及分类

空调系统就是完成对空气环境进行调节和控制，也就是对空气进行加热、冷却、加湿、减湿、过滤、输送等各种处理的设备装置。

（一）空调系统的组成

空调系统由空气处理设备、空气输送设备、供热和制冷系统、自动控制系统组成，如图5.41所示。

空气处理设备包括空气过滤器、加热器、加湿器、冷却器、消声器等。

空气输送设备包括通风机（送、回风机）、风管、风阀、送风口、回风口等，主要作用是把经过处理达到要求状态点的空气送到各个空调房间，并从房间内抽回或排除相应量的室内空气，同时，合理地布置空调房间内送风口和回风口，保证工作区内形成合理的气流组织，使空调室内工作状态均匀分布，达到所需要的空气湿度、温度、气流速度和洁净度等。

图5.41 空调系统组成

供热和制冷系统：热源是用来提供热能以加热送风空气，常用的热源有提供蒸汽或热气的锅炉、直接加热空气的电热设备等。冷源则是用来提供“冷能”以冷却送风空气，目前用得较多的是蒸汽压缩式和吸收式制冷装置。

自动控制系统：是指系统配备的自动调节控制系统各参数的偏差使之处于允许波动范围的系统。

（二）空调系统的分类

空调系统分类见表5.2。

表5.2 空调系统分类

续表

（三）空气系统相关设备

1.喷水室

喷水室是一种多功能的空气调节设备，可对空气进行加热、冷却、加湿及减湿等多种处理。喷水室的构造如图5.42所示，喷水室横断面均匀分布喷嘴，冷冻水经喷嘴成水珠喷出，充满整个室内，空气进入喷水室内，与水滴接触，两者产生热、湿交换，达到所要求的温度、湿度。

图5.42 喷水室

1—前挡水板；2—喷嘴与排管；3—后挡水板；4—底池；5—冷水管；热水器；7—循环水管；8—三通混合阀；9—水泵；10—供水管；11—补水管；14—补水器；13—溢水器；14—溢水管；15—泄水管；16—防水灯；17—检查门；18—外壳

2.表面式换热器

表面式换热器（图5.43）可以对空气进行加热、冷却、减湿处理。常见的表面换热器有空气加热器和表面冷却器两种。空气加热器用热水或蒸汽做热媒；表面冷却器分为水冷式和直接蒸发式，水冷式采用冷冻水为冷媒，直接蒸发式直接采用制冷剂的汽化冷却空气。

图5.43 表面式换热器

3.空气加热器

空气加热器（图5.44）工作原理是电流通过电阻丝发热来加热空气，具有加热均匀、热量稳定、效率高、结构紧凑和控制方便的优点，可用于小型空调系统对空调房间的精调。

4.空气除湿设备

空调常用的除湿方法有冷冻除湿和固体除湿两种。

冷冻除湿是在表面冷却器或喷淋冷冻水中，将湿空气冷却到露点温度以下，分解出冷凝水，经加热后，通过风机送出至需要的房间。这种方法的特点是：可连续除湿，性能稳定可充分利用余热，设备使用方便；但不适用在露点温度4℃以下除湿，且安装运行技术要求高、投资大。

固体除湿通常用在露点温度4℃以下的空气除湿，其原理是用除湿剂来排除空气中水分。这种方法的特点是：设备简单，投资小；露点温度4℃以下除湿效果较好，除湿量居于不稳定状态。

5.过滤器

按照除尘的效果，过滤器可分为初效过滤、中效过滤、高效过滤。

初效过滤器滤材多采用玻璃纤维、人造纤维、金属丝及粗孔聚氨酯泡沫塑料等，也有用铁屑及瓷环作为填充滤料的。金属网丝、铁屑及瓷环等滤料可以浸油后使用，以便提高过滤效率，并防止金属表面锈蚀。

中效过滤器的主要滤材是玻璃纤维（比初效过滤器所用的玻璃纤维直径小，约10μm）、人造纤维合成的无纺布及中细孔聚乙烯泡沫塑料等。这种过滤器一般可做成袋式和抽屉式（图5.45）。

图5.44 空气加热器

1—钢板；2—隔热层；3—电阻丝；4—瓷绝缘子；5—接线端子；6—绝缘端子；7—紧固装置；8—绝缘材料；9—电阻丝；10—金属套管

图5.45 过滤器

高效过滤器可分为亚高效、高效及超高效过滤器。一般滤材为超细玻璃纤维或合成纤维，加工成纸状，称为滤纸。为了降低气溶胶穿过滤纸的速度，采用低滤速（以0.01m/s计），需大大增加滤纸的面积，因而高效过滤器常做成折叠状。

6.组合式空调箱

组合式空调箱（图5.46）是由各种空气处理功能段组成的，不带冷、热源，冷媒为水，热媒为热水或蒸汽，能够完成空气的运输、混合、冷却、加热、消声等功能。这种机组应用于管道其阻力等于或大于100Pa的空调系统。机组功能段包括：过滤段（初效、中效、亚高效、高效）、消声段、风机段（包括送风机段和回风机段）、加热段（包括一次加热和二次加热段）、冷却段、加湿段、混合段、中间段、喷淋段等。

图5.46 组合式空调箱

7.空调消音设备

降低空调系统噪声的主要措施是：合理选择风机类型，并使风机的正常工作点接近其最高效率点；风道内风速不宜大于8m/s，转动设备（风机、泵）均应考虑防振隔声措施；安装消声器或消声弯头（图5.47）。

消声器是由吸声材料按不同的消声原理设计成的构件，根据不同消声原理，可分为阻性型、共振型、膨胀型和复合型等多种。当机房地方窄小或对原有建筑改进消声措施时，可以在消声弯头上进行消声处理，以达到消声的目的。

为了减少和避免噪声源对周围环境的影响，消声器应设在接近声源的位置，通常应布置在靠近机房的气流稳定管段上，与风机出入口、弯头、三通等的距离宜大于4～5倍风管直径或当量直径；当消声器直接布置在机房内时，消声器、检查门及消声后的风管应具有良好的隔声能力；另外，在泵房内壁和顶面增加吸音层也可以有效减少噪音。

图5.47 消音设备

8.隔振设备

隔振的措施之一是在振动设备（振源）和它的基础之间设置隔振（减振）装置，如弹簧、橡胶、软木等，来消除振动设备和基础之间的刚性连接；隔振措施之二是在设备接出管道上采取防振源传递的技术措施。常见的做法有以下两种：

（1）设备隔振。为减弱风机等设备运行时产生的振动，可将风机固定在钢筋混凝土板上，下面再安装隔振器；有时也可将风机固定在型钢支架上，下面再安装隔振器，图5.48所示为钢筋混凝土隔振台座示意图。

图5.48 钢筋混凝土隔振台座示意图

1—台座；2—设备；3—隔振器

钢筋混凝土台座的重量较大、振动小、运行比较平稳，但制作复杂，安装也不太方便；型钢台座重量轻，制作、安装方便，应用比较普遍，特别是当设备设置在楼层或屋顶时，较多采用这种台座，但台座振动较大。

（2）管道隔振。管道隔振注意三点，一是通风机、水泵等设备的进出口管道应采用柔性连接，柔性连接可采用帆布管、橡胶管、金属波纹管等；二是每隔一定距离设置管道隔振吊架或隔振支承（图5.49、图5.50）；三是管道穿墙或楼板处加设隔振垫（图5.51）。

图5.49 水平管道隔振支吊架

图5.50 水平管道隔振支座

图5.51 管道穿墙的隔振

（四）送风口与回风口

气流分布的流动模式取决于送风口和回风口位置、送风口形式等因素。空调房间内要有送风口、回风口，保证房间内没有送风死角，舒适性空调应使人员处于回流区或混流区，避免冷风直接吹向人体。如图5.52、图5.53、图5.54所示，为各类气流分布模式。

送风口的作用是将送风状态的空气均匀地送入空调房间，常用的送风口有侧送风口、散流器、孔板送风口、喷射式送风口等，具体特性和应用见表5.3、表5.4。

图5.52 侧送风的室内气流分布

图5.53 顶送风的室内气流分布

图5.54 下部送风的室内气流分布

表5.3 常用风口与散流器射流特性与应用

表5.4 常用散流器型式

侧送风口常向房间横向送出气流，一般安装在侧墙或风道侧面、可横向送风的风口，有格栅风口、百叶风口、条缝风口等，其中，用得最多的是活动百叶风口，分为单层百叶、双层百叶和三层百叶三种。

散流器是一类安装在顶棚上的送风口，可以与顶棚下表面平齐（平送散流器），也可以在顶棚下表面以下（下送散流器），其送风气流从风口向四周呈辐射状送出。散流器有圆形、方形或矩形的。

孔板送风口（图5.55）送入静压箱的空气通过开有一些圆形小孔的孔板送入室内。该风口和前述所有风口相比，其特点是送风均匀、速度衰减较快，适用于要求工作区气流均匀、流速小、区域温差小和洁净度较高的场合，如高精度恒温室和平行流洁净室。孔板可用胶合板、硬性塑料板或铝板等材料制作。对净化要求不高的空调工程，也可采用酚醛树脂纤维板等材料。

喷射式送风口（图5.56）是一个渐缩的圆锥台形短管，其特点是风口的渐缩角很小，风口无叶片阻挡，噪声小、紊流系数小、射程长，适用于大空间公共建筑的送风，如生产车间、体育馆、电影院等建筑常采用喷射式送风口。

回风口对室内气流组织影响不大，加之回风气流无诱导性和方向性问题，因此类型不多，安装数量也比送风口少，民用建筑中多采用集中回风。回风口有金属网格、百叶以及各种形状的格栅。回风口（图5.57）的形状和位置根据气流组织要求而定。若设在房间下部时，为避免灰尘和杂物被吸入，风口下缘离地面至少为0.15m。

图5.55 孔板送风口

1—风管；2—静压箱；3—孔板；4—空调房间

图5.56 喷射式送风口

图5.57 回风口

二、常见的空调系统

（一）集中式空调系统(www.xing528.com)

集中式空调系统是将空气处理设备集中设置在专用机房内。如图5.58所示，其系统组成一般有空气处理设备、冷冻（热）水系统（构成类似于热水采暖系统）和空气系统（构成类似于机械通风系统）。通常说的“中央空调”就是集中式空调系统。

集中式空调系统的分类室外新风情况不同分为封闭式、直流式和混合式三种，如图5.59所示。

封闭式系统所处理的空气全部来自空调房间的再循环空气，而没有室外空气补充。该系统应用于密闭空间且无法或不需采用室外空气的场合。这种系统消耗冷、热量最省，但卫生条件差，常应用于战时隔绝通风情况下的地下庇护所等战备工程及很少有人进出的仓库等。

直流式系统所处理的空气全部来自室外，室外空气经处理后送入室内，然后全部排至室外。这种系统适用于不允许采用回风的场合，如放射性实验室以及散发大量有害物的车间等。为了回收排出空气的热量和冷量来预处理室外新风，可在系统中设置热回收装置。

混合式系统所处理的空气部分来自室外，部分来自空调房间。这种系统既能满足卫生要求，又经济合理，应用最广。

图5.58 集中式空调系统

图5.59 按处理空气的来源不同分类

N—室内空气；W—室外空气；C—混合空气；O—冷却器后空气状态

该系统按回风方式不同，可分为一次回风式，二次回风式，如图5.60所示。

对于一次回风系统，回风与新风在热湿处置设备前混合；对于二次回风系统，新风与回风在热湿处置设备前混合，并颠倒处置后再次与回风进行混合。二次回风系统运用回风，节省了一部分再热的能量。一次回风对于允许直接用机器露点送风的场合都可以采用；二次回风式通常用于室内温度场要求均匀、送风温差小、风量较大而又未采用再热器的空调系统，如恒温恒湿的工业生产车间等。

图5.60 一次、二次回风系统示意图

（二）半集中式空调系统

该系统除有集中的空调机房的空气处理设备处理部分空气外，还有分散在被调节房间的空气处理设备对其室内空气进行就地处理，或对来自集中处理设备的空气再进行补充处理，如诱导器系统、风机盘管系统、局部层流等。

如图5.61所示，末端为风机盘管，风机盘管一般均可以调节其风机转速，从而调节送入室内的冷/热量，另外，风机盘管还可以通过变水量、变水温等方式调节能量输出，因此，该系统可以对每个空调房间进行单独调节，满足不同房间不同的空调需求，节能性较好。风机盘管空调机组的新风供给方式主要靠室内机械排风渗入新风、墙洞引入新风方式、独立新风系统。

图5.62所示为诱导式空调系统，它是诱导器加新风的混合式系统，该系统一般由一次空气处理室、诱导器（送风末端装置）、风道、风机组成。

图5.61 风机盘管系统

图5.62 诱导器系统原理图与构造图

2—喷嘴；3—热交换器；4—二次风；5—回风管；6—新风管；7—一次风5.60

（三）分散式空调

分散式系统通常每个房间或家庭设置一套。该系统具有装置简单，易实现等特点，但常常具有效率不高、卫生条件差、能源结构不合理等缺点。按照整体性分，该系统可分为整体式（图5.63）和分体式（图5.64）。

图5.63 整体式空调器（热泵型）示意图

（四）变风量（Variable Air Volume，VAV）系统

该系统是利用改变送入室内的送风量来实现对室内温度调节的全空气空调系统，它的送风状态保持不变。变风量空调系统有单风道、双风道、风机动力箱式和诱导器式四种形式。

图5.64 分体式空调器原理图

1—过滤器；2—进风口；3—离心式风机；4—蒸发器；5—送风口；6—制冷剂配管；7—轴流风机；8—压缩机；9—冷凝器

图5.65所示是典型的变风量单风道空调系统，其中，空气处理机组与定风量空调系统一样。送入每个区或房间的送风量由变风量末端机组（VAV Terminal Unit，或称变风量末端装置）控制。每个变风量末端机组可带若干个送风口。当室内负荷变化时，由变风量末端机组根据室内温度调节送风量，以维持室内温度。

图5.65 再热式变风量末端机组

1—蝶形调节风门；2—风量传感器；3—再加热器PA—由系统来的一次风；SA—室内送风

（五）变制冷剂流量（Varied Refrigerant Volume，VRV）

该系统（图5.66）是一种冷剂式空调系统，它以制冷剂为输送介质，室外主机由室外侧换热器、压缩机和其他制冷附送附件组成。一台室外机通过管路，能够向若干个室内机输送制冷剂液体。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，适时满足室内冷热负荷的要求，是一种可以根据室内负荷大小自动调节系统容量的节能、舒适、环保的空调系统。

VRV系统具有节能、舒适、运转平稳等多种优点，而且各房间可独立调节，能满足不同房间的不同空调负荷的要求，但其系统控制复杂，且初投资高。

三、空调制冷

（一）空调制冷原理

空调冷源有天然冷源和人工冷源两种。天然冷源有天然冰、深井水、地道风等，人工冷源是指采用制冷设备制取的冷冻水或冷风。制冷按工作原理的不同，可分为压缩式、吸收式和蒸汽喷射式三大类，其中，压缩式制冷机和吸收式制冷机的应用最为广泛。

图5.66 VRV空调系统

1.蒸汽压缩式制冷

该制冷方法在目前应用较为广泛，它包括压缩、冷凝、节流和蒸发四个热力过程。

如图5.67所示，制冷剂经节流降压后，在室内侧的蒸发器中等压蒸发，吸收潜热，变成低温低压的蒸汽，然后经过压缩机压缩，变成高温高压的蒸汽，最后在室外侧的冷凝器中冷凝成液体，放出潜热，如此周而复始，不断循环。

图5.67 蒸汽压缩式制冷工作原理图

小型空调器节流装置为毛细管，大、中型空调器节流装置为膨胀阀。制冷剂常用的有液氨和氟利昂。氨的毒性较大，有强烈的刺激气味和爆炸的危险，所以使用受到限制，一般仅用于工业生产中，不宜在空调系统中应用。氟利昂无毒无味、不燃烧、使用安全，对金属无腐蚀，广泛应用于空调制冷系统中，但氟利昂类制冷剂对大气臭氧层有破坏作用。

2.吸收式制冷

吸收式制冷剂有两种，即氨－水吸收式和溴化锂－水吸收式。溴化锂－水吸收式制冷装置主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器四部分组成。

如图5.68所示，发生器中充有溴化锂溶液，且压力较低，稍加热时，水便从溴化锂溶液中蒸发出来（水比溴化锂易蒸发）。蒸发出来的水蒸气在冷凝器中冷凝，成为制冷剂水，经节流阀在蒸发器中蒸发，带走箱内的热量，蒸发出的水汽又被吸收器中的溴化锂溶液吸收（溴化锂溶液特易吸收水汽），此溶液再在发生器中加热蒸发，就这样不断循环，实现制冷循环。

图5.68 吸收式制冷工作原理图

2—发生器；3—蒸发器；4—吸收器；5—吸收器泵；6—蒸发器泵；7—阻油器；8—旋片式真空泵

3.地源热泵技术

地源热泵是一种以土壤、地下水作为低温热源的热泵空调技术，其原理是依靠消耗少量的电力驱动压缩机完成制冷循环，利用土壤温度相对稳定（不受外界气候变化的影响）的特点，通过深埋土壤的环闭管线系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天向地下吸收热量，从而实现制冷或供暖的要求。图5.69所示为某地源热泵系统示意图。

图5.69 某地源热泵系统示意图

（二）空调水系统

1.空调水系统组成

如图5.70所示，中央空调循环水系统包括冷却水系统、冷冻水系统和采暖水系统。

图5.70 蒸汽压缩式冷冻机循环过程

冷冻水系统由热交换器、冷冻水泵、冷冻水管道、风机盘管、膨胀水箱组成。例如，冷冻水在冷冻机中被制冷剂冷却至7℃左右后送往风机盘管，与空气进行热交换升温至12℃左右后，再返回到冷冻机中被冷却。

冷却水系统是由热交换器、冷却水泵、管道、冷却塔、储水池组成。例如，冷却水在冷冻机里冷却受热受压的制冷剂，温度上升至37℃左右，经水泵送至冷却塔，冷却后返回至冷冻机中循环使用。图5.71所示为冷却塔水管连接图。

热媒水一般在热水锅炉中被加热至60℃左右后送往风机盘管，与空气进行热交换降至55℃左右后，再返回到锅炉中加热。

图5.71 冷却塔水管连接图

2.空调水系统分类

（1）根据提供冷、热水方式的不同，空调水系统可分为双管制系统、三管制系统和四管制系统，如图5.72所示。

图5.72 空调系统分类（一）

双管制系统冷水系统和热水系统采用相同的供水管和回水管，只有一供一回两根水管的系统。双管制系统简单、施工方便，不能用于同时需要供冷和供热的场所。

三管制系统分别设置供冷管路、供热管路、换热设备管路三根水管，其冷水与热水的回水关共用。三管制系统能够同时满足供冷和供热的要求，但三管制比两管制复杂，投资也比较高，且存在冷、热回水的混合损失。

四管制系统冷水和热水的系统完全单独设置供水管和回水管，可以满足高质量空调环境的要求。四管制系统能够同时满足供冷和供热的要求，并且配合末端设备，能够实现室内温度和湿度精确控制的要求；由于冷水和热水在管路和末端设备中完全分离，有助于系统的稳定运行和减小设备的腐蚀；初投资高，管路布置复杂。

（2）按照管路系统是否与大气相通，空调水系统可分开式系统和闭式系统两种形式，如图5.73所示。

图5.73 空调系统分类（二）

开式系统循环水中氧含量高，容易腐蚀管路和设备；开式系统中的水泵压头比较高，近年来在空调工程领域，特别是冷冻水环路中，已经很少采用开式系统。

闭式系统的水泵能耗小，管路和设备的腐蚀可能性小，水处理费用便宜。由于系统需要补水，并且系统内的水在温度变化时有体积膨胀，闭式系统需设膨胀水箱。

（3）按系统的回水管布置，空调水系统可分为同程回水方式和异程回水方式。

同程式回水方式如图5.74（a）所示，在各机组的水阻力大致相等时，由于各并联环路的管路总长度基本相等，所以系统的水力稳定性好，流量分配均匀。

异程式回水方式如图5.74（b）所示，其优点是管路配置简单、管材省，但是由于各并联环路的管路总长度不相等，存在着各环路间阻力不平衡现象，从而导致了流量分配不匀。如果在各并联支管上安装流量调节装置，增大并联支管的阻力，则系统流量也可以分配较为均匀。

图5.74 空调系统分类（三）