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家用小型中央空調發展現狀與趨勢

09-03 12:41:02  瀏覽次數:711次  欄目:暖通空調
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  一、中央空調系統概述

  中央空調系統是一種集中處理空調負荷的空調系統形式,它由集中的制冷機組產生冷/熱量,并利用適當的介質把冷/熱量輸送到需要消除冷/熱負荷的空間,從而實現空氣調節的目的。由于它采用的是集中處理空調負荷的形式,因此,相對于分散處理空調負荷的分散式空調系統而言,中央空調系統的能效比較高,從制冷循環的角度來看是一種節能運行的空調型式。

  一般而言,中央空調是一種主要應用于大型樓宇的空調系統型式。近年來,中央空調在住宅中的應用也日益廣泛。相對于傳統的分散式家用空調型式而言,家用小型中央空調具有節能、舒適、容量調節方便、噪聲低、振動小等突出的優點。美國和日本在家用小型中央空調上的研究開展得較早,技術上也較成熟。從二十世紀九十年代中后期開始,我國也開始了對家用小型中央空調的研究,在工程上也開始有應用的實例。對于家用小型中央空調具體的系統型式,美國和日本的發展重點不盡相同。本文在分析美、日家用小型中央空調系統特點的基礎上,提出了我國發展家用小型中央空調的思路。

  二、家用小型中央空調系統型式

  中央空調是集中處理空調負荷的系統型式,其冷/熱量是通過一定的介質輸送到空調房間里去的。按照家用小型中央空調的輸送介質的不同,常見的家用小型中央空調可以分成以下三種主要形式。

  1. 風管式系統風管式系統以空氣為輸送介質,其原理與大型全空氣中央空調系統的原理基本相同,是一個小型化的全空氣中央空調系統。它利用室外主機集中產生冷/熱量,將從室內引回的回風進行冷卻/加熱處理后,再送入室內消除其空調冷/熱負荷。

  按照處理回風的介質的不同,風管式系統又可分為風管式單元空調系統和風管式空調箱系統;風管式單元空調系統是將空氣直接與內部是制冷劑流動的直接蒸發式換熱器相接觸,由制冷劑直接對空氣進行處理。風管式空調箱系統是由冷機產生冷/熱水,然后將冷/熱水送入空調箱內,由冷/熱水集中處理空氣。

  此外,由于風管式系統對空氣進行集中處理,因此新風的引入比較方便。如若在系統中加上新風道引入一部分新風,將之與回風混合后進行集中處理,則成為帶新風的風管式家用小型中央空調系統。

  相對于其它的家用小型中央空調型式,風管式系統初投資較小。如若引入新風,其空氣品質能得到較大的改善。但風管式系統的空氣輸配系統所占用建筑物空間較大,一般要求住宅要有較大的層高。而且它采用統一送風的方式,在沒有變風量末端的情況下,難以滿足不同房間不同的空調負荷要求。而變風量末端的引入將會使整個空調系統的初投資大大增加。

  2.冷/熱水機組冷/熱水機組的輸送介質通常為水或乙二醇溶液,它的基本原理與通常所說的風機盤管系統類似。通過室外主機產生出空調冷/熱水,由管路系統輸送至室內的各末端裝置,在末端裝置處冷/熱水與室內空氣進行熱量交換,產生出冷/熱風,從而消除房間空調負荷。它是一種集中產生冷/熱量,但分散處理各房間負荷的空調系統型式。

  該系統的室內末端裝置通常為風機盤管。目前風機盤管一般均可以調節其風機轉速,從而調節送入室內的冷/熱量,因此該系統可以對每個空調房間進行單獨調節,滿足不同房間不同的空調需求,同時其節能性也較好。此外,由于冷/熱水機組的輸配系統所占空間很小,因此一般不受住宅層高的限制。但此種系統一般難以引進新風,因此對于通常密閉的空調房間而言,其舒適性較差。

  3. VRV系統變制冷劑流量(Varied Refrigerant Volume,簡稱VRV)空調系統是一種冷劑式空調系統,它以制冷劑為輸送介質,室外主機由室外側換熱器、壓縮機和其他制冷附件組成,末端裝置是由直接蒸發式換熱器和風機組成的室內機。一臺室外機通過管路能夠向若干個室內機輸送制冷劑液體。通過控制壓縮機的制冷劑循環量和進入室內各換熱器的制冷劑流量,適時地滿足室內冷、熱負荷要求,是一種可以根據室內負荷大小自動調節系統容量的節能、舒適、環保的空調系統。

  VRV系統具有節能、舒適、運轉平穩等諸多優點,而且各房間可獨立調節,能滿足不同房間的不同空調負荷的需求。但其系統控制復雜,且其初投資高。

  除了風管式系統、冷/熱水機組、VRV系統這三種基本的系統型式以外,還可以互相交叉,衍生出一些新型的系統。例如,將冷/熱水機組和風管式系統進行組合,往室內送冷熱水處理房間空調負荷,而新風統一由室外機處理后分別送入各個房間。

  此外,在燃氣利用便利的地區,冬季由燃氣爐提供熱量的方式使用得也較多。燃氣爐可以集成在家用小型中央空調系統里,也可以單獨設置。

  三、世界各國家用小型中央空調的發展情況

  一個國家家用空調的發展是與該國的地理氣候條件、經濟發展水平、人民生活水準、居住住宅形式以及社會人文環境等因素密切相關的,脫離了這些因素來談家用空調的發展是不現實的。同樣,分析家用小型中央空調的發展也離不開這些因素。

  一般而言,常見的住宅可以分為公寓型住宅和別墅型住宅。以下將分別結合這兩種典型住宅的特點,結合各個國家的不同特點,對美國、日本和中國的家用小型中央空調的發展情況進行分析。

  1. 美國家用小型中央空調發展現狀美國的家用小型中央空調普及率較高,這與其良好的居住條件以及較高的生活水平是分不開的[1].美國是世界第一經濟大國,人民生活水準較高,對居住的舒適性要求也較高,這些都促進了該國家用小型中央空調的普及使用。

  美國的別墅型住宅具有寬敞、高大的特點,通常由中、高收入的家庭居住。由于其層高較大,具有足夠的建筑空間用于布置風道,因此在美國,風管式系統在家用小型中央空調中所占的比重相當大。同時,由于美國居民對家用空調舒適性的要求較高,因此多采用有新風的風管式系統。目前,美國風管式系統的年產量約為600萬臺/年,占其家用空調產量的一半左右。

  美國的公寓型住宅適合于中、低收入的人群居住,其消費水平偏低,其家用空調的型式以窗式空調器為主,也有采用小區供冷/熱水的,一般不使用家用小型中央空調。目前美國窗式空調器年產量約為600萬臺/年,占其家用空調產量的一半左右。

  美國的家用小型中央空調的型式以風管式系統為主,其具體形式多種多樣。風管式單元空調系統和風管式空調箱系統在美國的應用都很廣泛,此外,集成了燃氣爐的家用小型中央空調系統在美國的應用也非常普遍。此種家用小型中央空調系統在供冷季由制冷機組提供冷量,在供熱季由燃氣爐提供熱量,對室內回風和新風進行處理,消除房間空調負荷,同時也可以滿足家庭生活熱水的需求。

  2. 日本家用小型中央空調發展現狀與美國以風管式系統為主的特點不同,日本的家用空調走的是一條“氟系統”為主的發展道路,從窗式空調器到定速分體式空調器,再到變頻分體式空調器。同樣,日本的家用小型中央空調也以冷劑式空調即VRV系統(包括一拖多)為主。

  在世界冷劑式空調行業中,在二十世紀九十年代以前,60%的市場被日本所占有,并且在設備開發和控制技術上都處于世界最前沿。這為日本發展VRV系統提供了技術保證。同時,日本國土面積小而人口眾多,人口密度非常大,其住宅多屬于高密度住宅,建筑結構較為緊湊。一般層高均較低,不適合于布置需要占用較大層高的風管式空調系統。而且日本是個國內資源匱乏的國家,其能源消耗主要依賴于從國外進口,因此該國非常強調節能。家用空調作為能源消耗大戶,其節能技術的開發尤其受到重視。VRV系統的節能性是其在日本得到廣泛應用的一個重要原因。另外,對于專業的空調安裝隊伍來講,VRV系統的安裝非常規范,施工費用低。以上這些因素決定了日本家用小型中央空調的型式以VRV系統為主。

  此外,在日本,對于比較高檔的別墅住宅,也有采用風管式系統的,風管式單元空調系統和風管式空調箱系統都有應用。對于面積很大的高級住宅還采用新風機組+風管式空調箱系統,通過新風道將室外空氣引入室內,運行時需要關閉房間所有的窗戶,原則上可實現全年連續運行。對于中級住宅或規模較小的高級住宅也有采用冷/熱水機組的,在這種系統中,室內末端裝置多采用落地式風機盤管,當采用吊頂式風機盤管,在冬季供熱時,室內上下溫差太大,通常輔以電熱壁毯作為輔助熱源。

  3. 中國家用小型中央空調發展現狀從二十世紀九十年代后期開始,我國逐漸開始對家用小型中央空調進行研究和應用。相對于美國和日本,我國在這方面的研究起步較晚,但發展較快。目前,我國家用小型中央空調的年產量約為10萬臺/年,數目雖然不大,但增長速度較快。

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