中央制冷机组选型解析

中央制冷机组选型解析

郝传增 

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摘要：随着社会经济的发展，人民的物质生活越来越好，对各种生活及办公的环境要求也越来越高，中央空调在人们的日常生活中得到了越来越多的应用。中央空调机组是中央空调系统的关键部件，它直接关系到空调的工作效率和运行经济性。文章主要介绍了我国中央空调系统的发展状况，并对其选用情况进行了评估。

关键词：中央制冷；选型；解析

中国目前的中央空调市场情况很好，虽然在数量上有了很大的提高，但是价格却因为竞争而下跌，为中央空调的扩大发展提供了条件。中央空调的末端产品风机盘管、组合式空调箱、射流空调机组等其他终端装置的数量也随之增长。

一、我国目前中央制冷机行业发展现状

随着人口的增长和工业化的快速发展，人民的生活质量得到了改善，但对能源的需求和消耗却在持续增长，能源资源限制了经济的发展。为此，我国大力发展新材料和新技术，以寻求替代能源，以提高能源利用效率。近几年，我国的制冷产业得到了长足的发展，对制冷系统的耗电量也在快速增长，所以在选择中央空调机组时，要充分考虑到国家节能的政策，选择高效率的制冷机组，减少能耗。与此同时，中央空调系统也在积极研发新型节能环保的中央空调系统，为制冷行业的发展提供了广阔的发展空间。

二、制冷的概念介绍

制冷，是使某一空间或物体的温度降到低于周围环境温度，并保持在规定低温状态的一门科学技术，它随着人们对低温条件的要求和社会生产力的提高而不断发展。

制冷机是将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给环境介质从而获得冷量的机器。从较低温度物体转移的热量习惯上称为冷量。

制冷机内参与热力过程变化（能量转换和热量转移）的工质称为制冷剂。制冷的温度范围通常在120K以上，120K以下则属深低温技术范围。制冷包含以下几个方式（1）压缩式制冷机。依靠压缩机的作用提高制冷剂的压力以实现制冷循环。（2）吸收式制冷机。依靠吸收器-发生器组（热化学压缩器）的作用完成制冷循环，又可分为氨水吸收式、溴化锂吸收式和吸收扩散式3种。（3）蒸汽喷射式制冷机。依靠蒸汽喷射器（喷射式压缩器）的作用完成制冷循环。制冷，是使某一空间或物体的温度降到低于周围环境温度，并保持在规定低温状态的一门科学技术，它随着人们对低温条件的要求和社会生产力的提高而不断发展。半导体制冷器。利用半导体的热-电效应制取冷量。

二、制冷机规格种类

制冷机的类型主要可以分为：压缩式制冷、半导体制冷、蒸汽喷射制冷、吸收制冷等。压缩式制冷机，其主要功能是通过增加制冷剂的压力来完成制冷剂的循环，也可分为两大类：蒸气压缩制冷机和气体压缩制冷机。压缩制冷从结构形式上也可分为螺旋式、活塞式、离心式等。

螺旋制冷机的构造相对来说比较简单，并且寿命更长。活塞式制冷机的技术发展相当成熟，根据用户的反馈，它是非常实用和舒适服的。，并且其使用的温度范围更大。离心制冷机，是通过膨胀阀来提高压力，从而达到制冷的目的。吸热式主要是利用吸收剂对周围环境进行降温。半导体制冷器，就是利用半导体的特性，进行冷却，也就是制冷。蒸汽喷射制冷机：其主要功能是利用蒸气喷嘴来实现冷却。吸收型制冷机，就是通过将吸收装置与发电机结合起来，实现制冷。

三、中国制冷机发展简史

在人工制冷技术还没有发展起来之前，人们就已经认识到，利用自然的冰雪来维持简单的低温环境，也就是使用自然的冷源。中国3000多年以前，人们就开始用自然的冰块来保存食物。早在公元前7世纪，《诗经》里就有关于采集、储存和用天然冰块冷冻食物的诗句。直到今天，人们还在使用自然的冷源，如冰，、雪和地下水。采用自然或人工冰冻的冷冻设备，由于技术、卫生状况不佳，很难满足多种现代人类的需求。通过科技的不断发展，现在的制冷需求器基本都是采用制冷器机进行制冷。

四、制冷剂及其发展趋势

制冷剂又称制冷工质，在南方一些地区俗称雪种。它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。利用制冷剂的相变来传递热量，制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝液化。当前能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。

4.1制冷剂的分类及运行原理

制冷机按成分有以下几种。 1、分为单一制冷剂 2、和混合制冷剂。（注：单一制冷剂只含有一种化学物质，其热物理性能参数恒定不变，如，R134a、R152a等制冷剂都具有较高的能量效率。混合制冷剂是由两种或两种以上制冷剂组成的混合物。）

制冷运行原理如下：空调在作制冷运行时，低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入后加压变成高温高压的制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体经过冷凝器（一般空调是风冷或水冷，即室外机的散热铜管）在室外换热器中放热，变成中温高压的液体(热量通过室外循环空气带走)，中温高压的液体再经过毛细管膨胀降压后变为低温低压的液体，低温低压的液体制冷剂经过蒸发器

（室内机铜管）吸热蒸发后变为低温低压的气体(，进而达到制冷降温室内空气经过换热器表面被冷却降温，达到使室内温度下降的目的)，低温低压的制冷剂气体再被压缩机吸入，如此循环。总的来说，空调制冷剂在制冷空调系统内就是一个压缩--冷凝--膨胀--蒸发的一个不断循环过程。

4.2制冷剂发展趋势

制冷技术的历史实际是制冷剂发展过程的历史。早期人们利用储存天然冰、水的蒸发效应及其他一些方法来制冷，19世纪30年代，Perkins发明了蒸气压缩式制冷循环后，人类迎来了制冷技术的发展期，而制冷剂的发明、更新和替换始终贯穿整个过程。　总得来说制冷剂的发展趋势应该满足生态环境可持续发展的要求，并且推动其进一步发展。根据可持续发展中经济发展与保护资源、保护生态环境的协调一致的核心要求。制冷剂的发展是与环境保护和地球生态环境的可持续发展密切相关的，制冷剂的发展趋势体现了环境的可持续发展的要求。

五、几种中央制冷机机组种类的优缺点比较

5.1活塞式冷水机组

活塞式制冷压缩机与辅助设备以及周围环境的有机结合，形成了一种一体化的制冷设备。该设备具有体积大、操作简便、使用方便、使用材料多为常规金属、使用安全、经济等特点。其不足之处在于，设备在运转时由于惯性力大，振动大，易造成噪声，而且仅靠调整工作缸的大小来调整，调整效果不佳[2]。此类制冷机适合于负荷比较分散的建筑群以及制冷量小于580kW的中小型空调系统应用。

5.2离心式冷水机组

离心制冷机组是由离心制冷压缩机、蒸发器、冷凝器、电子仪器等组成的一种冷冻机。其优点有：内部结构紧凑、占地面积小、运转平稳、噪声小、使用简便、可实现多级调整、后期维修费用低廉等。最重要的一点则是相较于其他机组效率高，叶轮转速高，输气量大，单机容量大；但也存在一定的不足之处，即在使用时不适宜采用过大的凝结压力，以及对特定环境的适应性和适应性，特别是在制冷负荷较小的情况下，可能会产生喘振，造成压缩机的损伤。离心式冷水机广泛应用在大型建筑中，据有关统计报道，建筑面积在5000~10000M2的城市建筑中，空调系统有40%采用离心式冷水机组，建筑面积在10000 M2以上的城市建筑，有60%采用离心式冷水机组。

5.3螺杆式冷水机组

螺杆式制冷机是一种由螺杆式压缩机、蒸发器、冷凝器和电子仪器组成的大型制冷机。其特点是操作稳定、容易调整、调整不受限、可旋转滑阀实现无级调整，不存在喘振隐患。其不足之处在于，其容积比离心冷水机小，转速不高，消耗的润滑油也多，制冷效率低于离心式制冷机。螺杆式制冷压缩机被广泛应用于空调、冷冻化工、水利等各个工业领域，是制冷领域的最佳机型。

六、中央制冷机机组选型原则

选型原则主要看制冷安装环境的范围大小和用途，然后再选配相应制冷压缩机及相关设备。中央空调机组的选择是非常关键的，在选择时要注意以下基本原则：

6.1在制冷机选择方面应参照的原则

根据国家的政策及当地的能源状况，积极响应国家节能的要求，选择了电力、天然气等主要作为动力来能源。

6.2在性能选取方面应参照的原则

根据制冷机性能的高低对制冷设备进行正确的顺序排列，值得注意的是电力制冷剂的性能高于吸收式，因此在当地电能不紧张时，可以根据制冷机的性能进行选取，优先选取电力制冷机，大型的制冷剂以离心式的为先，中型的可以选择螺杆式[4]。

6.3在中小型建筑应用制冷机方面的参照原则

在小型、中型建筑中，如果经济条件允许，或不方便地使用一次性能源，则可以选择空气源热泵。在同一建筑内，既有供冷的，也有需供热的，可以采用水源热泵。如果有合适的地热、水源资源和技术支持，可以选择使用地源热泵或水源热泵。

6.4在选择冷热源方面应参照的原则

在冷热源的选取中，必须考虑到两个因素，特别是冷水机组，必须具有好的局部符合特性和多级满足调整功能。当冷热源并用时，通常采用3台以上的冷水机组，并注意各机组间的协作和相互利用。

七、中央空调末端设备选型

　随着经济的迅猛发展，全国各地兴建的商场、办公楼、酒店等高档建筑很多都装有中央空调，该中央空调系统形式主要是有定风量全空气系统和新风风机盘管系统、组合式风柜系统、射流机组系统、柜式空调机组等，这两种系统中都要用到中央空调末端设备中的空调箱和风机盘管，因此这两种产品的市场需求量逐年增大，市场上的产品质量参差不齐，这给工程的设计和产品的选型带来了不少困难。

7.1风机盘管

风机盘管装置又称风机盘管。该设备包括小型风机、电动机和盘管（空气交换器）等设备。当冷凝水或热水通过线圈管时，它会与管道外部的空气进行换热，从而达到降温、除湿和加热的目的。是供冷、供热的一种常见的终端设备。根据结构的不同，有立式、卧式、壁挂式、卡式等，立式又有立式和低矮式；根据安装方法，可以将其分为明装和暗装两种；根据入水的方向，可分为左右两种。壁挂风机盘管机组均为明装，结构紧凑，外观美观，可直接悬挂在墙上。卡式（内嵌）型机组，外形美观，进风口和出风口外露在顶棚下，风机、电动机、盘管位于顶棚上方，属于半明装。明装设备均具有漂亮的外罩，自带进风口、通风孔，在室内直接安装。暗装式设备的机箱通常采用镀锌板。

GB/T19232-2003 《风机盘管机组》将风机盘管机组按其外部静压力划分为低压和高静压两种类型。在额定风量下，低静压型机组的出气压力可达0~12 Pa；对于无风口及过滤器的设备，其出口压力为12 Pa；高静压机的出气压力在额定空气流量下不低于30 Pa。

我国[1]在风机盘管检测选择设计时需关注以下指标中有如下一些项目：风量、供冷量、供热量、单位风机功率供冷量、水阻力、A声级噪声、凝露、凝结水处理、电机绕组温升、热态绝缘电阻、泄漏电流、接地电阻这些指标等。但我们在工程设计及选型时中评价一台风机盘管质量好坏的标准主要还是看其风量、冷量、噪声、耗电量这几个指标。

平时在选择风机盘管时不少人认为盘管技术早已过关，每个厂家的产品都大同小异，因而往往只从价格考虑。不同厂家的产品在冷量、耗电量、噪声方面确有不少差异。但仅从耗电量来讲，同款产品最大耗电量与最小耗电量之间相差23W，如果以某办公室盘管每天运行10小时，每年运行200天计算(年使用系数取0.6)，每年可节约27.6度电，以每度电1.1元计算年节约运行费用30元。如果两者的价格相差百元，那增加的初投资将在三年多的时间中得以收回。这仅仅是经济帐不包括低噪声盘管对提高工作效率以及工作人员身心健康所带来的好处。

7.2组合式空调机组

组合式空调机组（ AHU， Air Handling Unit）是以不同功能段为组合单元，在中央空调系统中对空气进行热湿及洁净度处理的重要设备，它本身不带冷热源，仅是一种末端装置。

在进行组合式空调机组设计选型时，首先应根据空调系统负荷及风系统管路设计确定所需风量、压力、冷热量、加湿量、除湿量等技术参数及分别实现不同空气处理的功能段及组合方式。组合式空调机组最常用的功能段主要包括进风段、过滤段、表冷段、加热段、加湿段、风机段、均流段和送风段。各功能段的合理设计选型是整机性能优越的保证，对机组的安全节能运行具有重要意义。组合式空调机组是中央空调系统中最为关键的设备之一，合理科学的功能段配置和部件选型设计，是组合式空调机组节能高效运行的重要基础，也是满足环境技术参数的关键要素。

八、在中央制冷机机组选型中应注意的问题

7.1初期投资与运行的费用

不同的制冷系统，不同的施工方案，不同的设备，所需的资金都是不同的，所以在选择中央空调机组的时候，必须要正确的测量和预测其投入的成本。

7.2对中央制冷机设备的管理

为了保证中央制冷机的安装质量和使用寿命，应加强对中央制冷机的设备管理，加大对中央制冷机的调整幅度，保证其安装的科学性和合理性，同时还要做好后期的维修，以减少在使用过程中发生的故障，从而提高制冷系统的工作效率，保证制冷系统的正常运转[5]。

7.3降低对环境造成的污染

过去，我们的经济发展一直是以环境为代价的，但近些年来，我们对环境的影响越来越大，政府也在制定相应的环保政策。所以，在选择集中式制冷机的设备时，应更加注重节能环保，不断研发新型环保材料，优化和整合能源，以达到节能减排的目的，并积极迎合国家的环保方针，淘汰氟利昂R22等破坏臭氧层的制冷剂。

7.4中央制冷机系统噪声源

制冷机系统的噪声主要包括制冷机箱的风机噪声、送回风管路的气流噪声、末端风口噪声、制冷机机组及其附属设备（包括水泵、水处理设备）的噪声和振动、冷却塔噪声和振动等。制冷机的噪音传播模式有：空气声传输和固体声传输，空气声传播包含了管道的噪音和终端噪声的直接辐射，固体声传播则包括冷冻机组、冷却塔、管道等设备的振动，制冷机的噪声控制涉及消声、隔声、吸声和隔振等方面。

中央制冷机噪声控制方法：（1）制冷机的降噪、消声、吸声、隔震是制冷机系统的主要工作。制冷设备的噪声主要有空气和固体两种。固体声的传播主要是由冷冻机组、冷却塔、冷冻机、风机盘管、管道等设备的振动传播，以及风管和终端噪声的直接辐射。（2）选用适当的低噪音装置，从声源处进行噪声控制①选用适当的制冷器结构，以减少噪音；②为了减小风声和水声，冻结水流速度控制在1.5米/秒，分支管道风速为3.5米/秒，主管道风速为4米/秒，并选用适当的风速和冻结水流速度；③选用优质低噪声设备，制冷设备选用振动相对小的压缩机，水泵选用转速在450 rpm以下的低转速泵，新风机设备和风机盘管设在公用场地或办公区或休息区，故必须选用质量好、噪声低的产品，噪声可以直接传递给群众。（3）制冷机的噪音控制和建筑的噪音设计规划建筑设计、制冷机设计和噪音控制的合作，包括建筑内部的噪音规划、空间分布、建筑结构等方面，从噪音控制的角度考虑，制冷机设备的机房应该远离制冷机厂房和对噪音的要求较高的地方，从而增加了噪音的自然衰减，降低了制冷机噪音对制冷机房的影响。为了减小空气管道的噪音，建筑设计者必须尽量为空调系统预留足够的空间，在空调机房的布局上，对噪音有严格要求的机房，应集中设置在室内，辅楼或办公楼等对噪音要求不高的附属用房或办公楼，以隔断外部噪音的影响。在建筑结构方面，当室内噪音较大或要求较低时，其围护结构应具备充分的隔音能力，通常采用较厚、致密的结构。在建筑设计阶段，若不能妥善解决，噪音治理将会付出高昂的成本。

7.5能源的发展规划

随着我国人口的持续增加和经济的快速发展，对能源的消耗也越来越大，因此，我国的能源发展规划问题始终被列为国家的现代化建设中的重中之重。从总体上讲，我国的石油、电力、天然气等能源储量已明显短缺，因此，应着重提高能源利用率，大力开发低碳、绿色、有利于环境的新能源。因此，在选择中央空调机组时必须注意能源发展策略。

八、结语

随着社会经济的快速发展，制冷机产业也迅速发展壮大。中央空调制冷机组的选择直接关系到其在以后的使用和运行的经济性，所以必须要注意选择合适的机组。随着环保意识和节能意识的提高，中央制冷空调系统机组的选型必须顺应国家有关政策，并针对不同类型的制冷设备，进行科学、合理的选择。应本着安全、节能、环保、长寿命的原则，重视在选择制冷设备时应注意的若干问题，建立一套科学的、合理的、综合性的、可持续的发展的选型评价体系。

参考文献

[1]严贵明.中央空调机组选型评价研究[D].南京理工大学，2012.

[2]秦学深，曹晶晶.空调系统制冷机组选型评价参数研究[J].中国科技信息，2013，06:104.

[3]李利文.中央空调空气处理系统节能优化运行策略研究及实现[D].华南理工大学，2015.

[4]徐言生，王曙光，黄家宽.空调焓差室增加小型中央空调机组性能检测功能的改造方案[J].制冷，2012，03:78-82.

[5]侯长江.风冷冷热水中央空调机组主要部件失效模式及机理分析[D].华南理工大学，2013.

[1]增加风机盘管的概念介绍。