空调系统的冷热源

王卫民2014年11月目录一、简介二、空调系统与冷热源一、简介最近十几年，国内外的空调技术有了飞速的发展，新技术、新系统、新设备不断涌现，其节能性、环保性、经济性、舒适性令人耳目一新。地源热泵系统、冰蓄冷低温送风系统、空调大温差系统、电蓄热系统、无风道诱导通风空调系统、VRV系统、变风量系统、建筑围护结构蓄热系统、变水量系统等相继进入市场，使得原来形式简单、能耗居高不下的空调系统和空调设备面貌焕然一新，呈现出百花齐放、满园春色的新景象。尤其是近几年，这些新技术、新设备也陆续在重庆得到了开发和应用，取得了令人刮目相看的成果，其突出的经济性，节能性和对环境的保护，使得愈来愈多的设计项目采用了这些新技术和新设备。二.空调系统与冷热源采用不同的空调冷热源可以构成不同的空调系统：常见的空调系统：1、水冷冷水机组+锅炉+空调末端2、风冷冷热水机组+空调末端组成的集中式和半集中式空调系统(户式空调)3、多联机或多联变频变冷媒量热泵系统（VRV系统）4、直燃式溴化锂冷水机组+空调机组组成的集中式和半集中式空调系统5、地源热泵空调系统6、冰蓄冷低温送风空调系统1、水冷冷水机组+锅炉+空调末端该种方式组成的集中式和半集中式空调系统，是国内目前应用最广的一种空调系统和冷热源组合方式。水冷冷水机组有往复式、螺杆式、离心式、涡旋式，不同的形式，冷水机组与冷却塔、水泵构成了空调冷源系统。锅炉则有燃煤、燃气、燃油和电锅炉。空调末端，可以是风机盘管、柜式空调机组和组合式空调机组。优点是：传统系统，设计和管理人员熟悉，使用可靠。突出的缺点是，冬季需要锅炉，环保性差。常用的水冷冷水机组有:1)螺杆式冷水机组以各种型式的螺杆式压缩机为主机的冷水机组，称为螺杆式冷水机组。它是由螺杆式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、油泵、电气控制箱以及其它控制元件等组成的组装式制冷系统。螺杆式冷水机组通常以R-22、R-134a为制冷剂，水为载冷剂，能提供4～15℃的冷冻水。螺杆式冷水机组具有结构紧凑、运转平稳、操作简便、冷量无级调节、体积小、重量轻及占地面积小等优点。螺杆式制冷机具有以下特点：(1)与活塞式冷水机组相比，结构简单，零部件仅为活塞式的1/10，机体重量轻，易于维修。(2)单机制冷量不大于1200kW，可进行15%～100%能量无级调节，适用于大中型空调系统。(3)油路系统比活塞式机组复杂些。机组设有高低压、油压、油精过滤器前后压差、冷冻水温度、润滑油温度和电机过载等保护装置；能实现自动报警、指示故障及自动停机等功能。17131714151618541710加油98水76221充氧冷却水图4-48LSLGF500型螺杆式冷水机组制冷系统1-冷凝器2-节流阀3-蒸发器4-吸气过滤器5-螺杆式压缩机6-油分离器7-油冷却器8-油压调节阀9-油粗滤器10-油泵11-油精滤器12-四通阀13-四通电磁阀14、18-油温控制器15-精滤器前后压差控制器16-油压差控制器17-高低压力控制器2)离心式冷水机组以离心式制冷压缩机为主机的冷水机组，称为离心式冷水机组。目前使用有单级压缩离心式冷水机组和两级压缩离心式冷水机组。离心式冷水机组过去采用R-11制冷剂，现改用R-22或R-134a制冷剂离心式压缩机的结构及工作特性，它的输气量一般希望不小于2500m3/h。因此离心式冷水机组适用于较大的制冷量，单机容量通常在581.4kW（50×104kcal）～35000kW(3000×104kcal/h)之间。987634521图4-49离心式冷水机组外形1-压缩机2-冷凝器3-蒸发器4-滤油器5-油冷却器6-油箱7-电动机8-油泵9-增速箱图6-49离心式冷水机组外形1-压缩机2-冷凝器3-蒸发器4-滤油器5-油冷却器6-油箱7-电动机8-油泵9-增速箱32411310116589127图4-50离心式冷水机组制冷系统示意图1-离心式压缩机2-蒸发器3-冷凝器4-高压浮球阀5-活塞式压缩机6-油分离器7-气液分离器8-放空气阀9-干燥器10-油箱11-油过滤器12-油冷却器13-油泵离心式冷水机组制冷系统示意图1-离心式压缩机2-蒸发器3-冷凝器4-高压浮球阀5-活塞式压缩机6-油分离器7-气液分离器8-放空气阀9-干燥器10-油箱11-油过滤器12-油冷却器13-油泵此外，离心式冷水机组的工况范围比较狭窄。单级离心式冷水机组中，冷凝压力不宜过高，蒸发压力不宜过低。其冷凝温度一般控制在40℃左右，冷凝器进水温度一般在32℃左右；蒸发温度大致在0~10℃之间，用得较多的是0~5℃，蒸发器冷水出口温度约为5~7℃左右。离心式冷水机组的COP值：一般为4.4，节能型为4.69，超节能型为5.02。离心式冷水机组适用于大中型建筑物，如宾馆、剧院、办公楼等舒适性空调制冷，以及纺织、化工、仪表、电子等工业所需的生产性空调制冷，也可为某些工业生产提供工艺用冷水。3)模块式冷水机组模块式冷水机组是一种新型的制冷装置，它是由多台模块式冷水机单元并联组成的。模块式系统中每个单元制冷量为130kW，其中有两个完全独立的制冷系统，各自有双速或单速压缩机、蒸发器、冷凝器及控制器，它以R22为制冷剂，空调制冷量65kW。机组内每个压缩机具有独立的制冷剂回路，采用微电脑协调控制多回路工作。每个压缩机都能独立地进行能量调节，因此这种机组具有较宽广的调节性能和较强的负荷变化适应能力。模块式机组可由多达13个单元组合而成，总的制冷量为1690kW。模块式冷水机组内设有电脑监控系统，控制整个机组，按空调负荷的大小，定期启停各台压缩机或将高速运行变为低速运行，包括每一个独立制冷系统和整机运行。模块式冷水机组的优点：按照冷负荷变化，随时调整运行的模块数，使输出冷量与空调负荷达到最佳配合，节约能耗；多台压缩机并联工作，如果其中一台压缩机停止运转，其它运转的压缩机能保证制冷量基本不变，在输出容量不变的运行状态下，对机组内的压缩机逐一进行检修；重量轻，外型尺寸小，节省建筑面积；模块式的组合，对制冷系统提供最大的备用能力，而且扩大机组容量非常简单易行。模块式冷水机组的最大缺点:是对水质要求较高，因为冷凝器、蒸发器均为板式，如果水质不好，一旦结垢阻塞，就会影响冷凝器和蒸发器的传热，甚至会使电动机过载而烧毁。4)多机头冷水机组多机头冷水机组是一种装有二个以上压缩机的冷水机组。每个压缩机称为一个机头，机头型式可分为活塞式、螺杆式或涡旋式等等，但必须是同一规格同型压缩机。由于机组的各机头型式规格相同，既可互为备用，又能使维修备件量减至最少，具有较高的运行可靠性。图4-51双机头螺杆式冷水机组常用的热源有:燃煤热水锅炉；燃气热水锅炉;燃油热水锅炉;电锅炉。2、风冷冷热水机组+空调末端组成的集中式和半集中式空调系统(户式空调)风冷冷热水机组有往复式、螺杆式、涡旋式几种不同的形式，冷水机组与水泵构成了空调冷热源系统。空调末端，可以是风机盘管、柜式空调机组和组合式空调机组。这种组合的优点是无需锅炉、系统简单，突出的缺点是：能耗高，容量调节有限，运转费用居高不下，冬季供暖效果差。风冷热泵冷热水机组：风冷热泵冷热水机组又称空气源热泵（ASHP）。通过制冷剂管路四通阀的转换，夏季可以供冷，冬季则可以供热。风冷热泵冷热水机组的特点是：（1）制冷与制热所得冷量或热量可通过水传输到较远的用冷、用热设备，冷热源兼用，利用一台机组就可解决全年的空调需要。它适用于冬季室外空调计算温度较高，无集中供热的需采暖地区。近年来，在我国长江流域及其以南的地区，这类机组的应用发展很快。（2）整体性好，可露天安装，不占用有效建筑面积作机房；采用风冷，省去了冷却塔及冷却水系统；冬季运行时，利用的是大气中的自然能，较之简单的直接电加热供暖COP值高。（3）主要缺点是夏季采用风冷冷凝器，冷凝压力高，COP值比水冷机组低；冬季运行时，其制热能力随室外空气温度的降低而下降。在低温地区当供暖能力不足时，还需要辅助热源供暖。室外空气温度过低时，机组回油也是个值得注意的问题。风冷热泵机组的最大短处在于其空气侧换热器要求的换热面积大，所以设备价格昂贵。户式空调冷水机组：户式空调冷水机组是一种微型的集中空调系统的制冷机组。它将集中空调的制冷系统和冷冻水系统的水泵及膨胀水箱集合在机组中，其冷凝器常采用风冷式。这种机组的制冷剂管路集中在机组内，机组输出低温冷冻水，供给空气处理器冷却空气之用，避免了制冷剂的长距离输送，提高了制冷系统的可靠性和密封性。同时，送往各房间的冷却介质是冷冻水，对空调末端设备的控制调节也较为简单容易。户式空调冷水机组特别适用于100～600m2的住宅和单元写字楼。图4-53户式风冷式冷水机组图4-52户式风冷式冷水机组空调系统3、多联机或多联变频变冷媒量热泵系统（VRV系统）多联机或多联变频变冷媒量热泵系统，虽然都是源于日本大金公司的VRV系统，但是各制造厂又有所发展和改进，其基本组成为一台室外机，多台室内机组成，民间俗称一拖多。主要生产厂有日本大金、日立、东芝、三菱、三洋，松下，中国海尔、美的、格力、小天鹅等公司。这种系统的优点是无需锅炉、一次投资正逐渐降低到可以接受的水平,控制灵活。突出的缺点是：能耗较水机高，安装水平要求高，冬季供暖效果稍差。价格比较:空调面积15500m2，空调负荷2340kW；通过招标，中标价为626万元，采用“大金”品牌，单位冷价约为2.67元/W。水冷式空调系统造价约为：1.5～2.0元/W。直燃式溴化锂冷热水机组有燃油式、燃气式几种不同的形式，夏季提供冷水、冬季提供热水，冷热水机组与冷却塔、水泵构成了空调冷热源系统。空调机组，可以是风机盘管、柜式空调机组和组合式空调机组。优点是：无需锅炉、系统简单，冬季供暖效果差，突出的缺点是：一次投资高，运转费用高机房面积大，环保性不佳。4、直燃式溴化锂冷水机组+空调机组组成的集中式和半集中式空调系统吸收式冷水机组：吸收式制冷是蒸气制冷的一种，和蒸气压缩式制冷一样，都是利用液态制冷剂在低压低温下气化来达到制冷的目的。这是他们共同之处，但他们也存在两个非常不同之处。按照热力学第二定律，把低温物体的热量传递给高温物体是要消耗一定的外界能量来作为补偿。蒸气压缩式制冷靠消耗电能转变为机械功来作为能量补偿，而吸收式制冷则是靠消耗热能来完成这种非自发过程。因此，在热源便宜、方便，特别是有废热可利用的地方，吸收式制冷便可发挥其优势。吸收式制冷机的经济性常以热力系数作为评价指标。热力系数是吸收式制冷机中获得的制冷量与消耗的热量之比。在吸收式制冷机中，氨吸收式制冷机的热力系数很低，约为0.15左右，就是采用了提高措施，也只能达到0.5。溴化锂吸收式机组的热力系数较高，单效溴化锂吸收式制冷机的热力系数可达0.7以上。此外，直燃式溴化锂吸收式机组还可作为热水锅炉为用户提供热水。直燃型溴化锂吸收式冷热水机组5、地源热泵空调系统地源热泵工作原理及分类地源热泵系统是一种利用土壤、地下水或地表水（江、河、湖、海）进行冷热交换，将土壤、地下水或地表水作为热泵系统的冷热源的一种空调系统，冬季把地能（土壤、地下水或地表水）中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到土壤、地下水或地表水中去，此时地能为“冷源”。水源热泵：与传统空调系统相比，增量投资为5%～20%，节能率15%～30%，增量投资回收年限7～9年。地埋管地源热泵:增量投资约20%～40%，节能率20%～35%，增量投资回收年限9年以上。地源热泵与空气源热泵相比，有如下优点：（1）全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。（2）冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。（3）地源有较好的蓄能作用。当夏季的空调冷负荷明显高于冬季的热负荷时，通常采用复合式地源热泵系统，即以冬季的热负荷为基准进行埋管，多余的夏季冷负荷由冷却塔排除。由于地下换热器的价格明显高于冷却塔，因此采用复合式热泵系统，一次投资可以大幅度下降。地下耦