通风空调设计基础知识及应用

设计基础知识及应用

云南创佳楼宇科技工程有限公司

2009年6月

1. 制冷基础知识

1.1. 常用术语

1.1.1. 干球温度：温度计的感温球与空气直接接触，测出

的空气温度。（在空气没有饱和时湿球温度低于干球温度。）

1.1.2. 湿球温度：用带有水分的湿纱布包在温度计的感温

球上，这样的温度计称为湿球温度计(见右图) ，由它测出的温度称为湿球温度。

1.1.3. 湿空气：含有水蒸气的空气，即干空气与水蒸气的

混合物。

1.1.4. 含湿量（比湿度）：在湿空气中，单位质量干空气中的水蒸气的质量。 1.1.5. 绝对湿度：1m 3的湿空气中所含水蒸气的质量。

1.1.6. 相对湿度：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和湿空气的绝对湿度之比。 1.1.7. 冷负荷、热负荷、湿负荷：为了保持建筑物的热湿环境，在某一时刻需

向房间供应的冷量称为“冷负荷”；在某一时刻为了补偿房间热量需向房间供应的热量冷量称为“热负荷”。为了维持房间相对湿度需从房间除去的湿量称为“湿负荷”。

1.1.8. 热量:当温度不同的两个物体相接触时，两者的温度逐步趋于一致，发生

了热能从温度较高的物体相温度较低的物体转移，此时物体所放出或吸收能量称为热量。

1.1.9. 显热：物质在吸热或放热过程中，温度上升或下降，但是物质的形态不

发生变化，这种热称为显热。 1.1.10. 潜热：当单位质量的物质在吸收或放出热量的过程中，其形态发生变化，

但温度不发生变化，这种热量无法用温度计测量出来，人体也无法感觉到，但可通过实验计算出来，这种热量就称为潜热。 1.2. 常用单位及换算 1.2.1. 压力单位换算

1Pa ≈ 0.1mmH2O

1MPa = 10 Pa ≈ 10kgf/cm² 1kgf/cm² ≈ 10mH2O （米水柱）

6

1.2.3.

常用单位： 1 kcal/h = 1.163 w 1 kw = 860 kcal/h

1 RT = 3.516 kw =3024 kcal/h

（RT ：美国冷吨）

1.2.4. 重量单位换算

1千克（kg ） = 2.205磅（lb ） 1磅 （lb ） = 0.454千克（kg ）

1.3. 制冷定义

制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到环境介质中去，以产生低于环境温度的过程。

1.4. 制冷方式

1.4.1. 物质相变制冷

物质相变制冷是利用液体在低温下的蒸发过程及固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸收热量---即制冷量。因此，相变制冷分为液体气化制冷与固体熔化与升华制冷，由于液体自身具有流动性，液体气化制冷是广泛应用的。液体汽化成蒸气的过程吸收热量，从而达到制冷的目的，为了使其连续不断地工作，成为一个循环，便必须使制冷剂在低压下蒸发汽化、蒸气升压、高压气体液化和高压液体降压。

物质相变制冷主要形式：

1） 蒸汽压缩式制冷系统：

由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将它们连接成一个密封系统。制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。如此周而复始，不断循环。

2）蒸汽吸收式制冷：

蒸汽吸收式制冷系统是由发生器、冷凝器、制冷节流阀、蒸发器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵组成。

整个系统包括两个回路：一个是制冷剂回路，一个是溶液回路。

系统中使用的工作流体是制冷剂和吸收剂，我们称它为吸收是制冷的工质对。吸收剂使

制冷剂回路由冷凝器、制冷剂节流阀、蒸发器组成。高压制冷剂气体在冷凝器中冷凝，产生的高压制冷剂液体经节流后到蒸发器蒸发制冷。溶液回路由发生器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵组成。在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成富含制冷剂的溶液，将该溶液用泵送到发生器，经过加热是溶液中的制冷剂重新蒸发出来，送入冷凝器。另一方面，发生后的溶液重新恢复到原来的成分，经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器，吸收来自蒸发器的低压制冷剂蒸汽。

吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收的顺利进行，需要冷却吸收液

在蒸汽吸收式制冷中，吸收器好比压缩机的吸入侧；发生器好比压缩机的排出侧；对发生器内溶液进行加热，提供提高制冷剂蒸汽压力的能量。

3）蒸气喷射式制冷 4）吸附制冷

1.4.2. 气体膨胀制冷 1.4.3. 绝热放气制冷 1.4.4. 热电制冷

1.4.5. 气体涡流制冷 1.5. 制冷循环

部件名称：节流装置

1.6. 制冷剂定义

是制冷装臵中进行循环制冷的工作物质。

1.7. 空调常用制冷剂

R 22、R407C 、R134a 、R410a (后3种为环保冷媒)

1) R407c——是由质量百分比为23﹪的氟利昂32、25﹪氟利昂125和52﹪氟利昂134a 组成的三元非共沸混合工质。

2) R410a——是由质量百分比各为50﹪的氟利昂32和氟利昂125组成的

3) 臭氧消耗潜能值ODP ：表示制冷剂消耗大气臭氧分子的程度，选用R11

的值作为基准值1.0，此值越小说明对臭氧的破坏越小，此值为0，说明对臭氧无破坏。

4) 全球变暖潜能值GWP ：是衡量制冷剂对气候变暖影响的指标值，选用CO2的温室效应潜能值作为基准值1.0，此值越大说明温室效应越大。

1.8. 载冷剂定义

采用制冷装臵间接冷却的被冷却物，或者将制冷剂装臵产生的冷量远距离输送，这时，均需要一种中间物质，在蒸发器内被冷却降温，然后再用它冷却被冷却物，这种中间物质称为载冷剂。

1.9. 空调系统常用载冷剂

1）水：适用于制冷温度在0℃以上的场合, 如空气调节设备等；

2）盐水：适用于制冷温度在0℃~-30 ℃的场合，有腐蚀性，需加缓蚀剂； 3）乙二醇的水溶液：适用的温度范围为0～-50℃，有腐蚀性，需加缓蚀剂。

2. 空调基础知识

2.2. 空调机部件

2.2.1. 空调机四大部件

压缩机、冷凝器、蒸发器和节流部件 2.2.1.1 压缩机

1) 容积式制冷压缩机:是靠改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体

压缩。常用的容积式制冷压缩机有往复活塞式制冷压缩机和回转式制冷压缩机。

2) 离心式制冷压缩机:是靠离心力的作用，连续地将所吸入的气体压缩。

这种制冷压缩机的转数高，制冷能力大。

2.2.1.2 冷凝器

1）作用：是将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却、使之液

化，以便制冷剂在系统中循环使用。

2）分类：根据冷却剂种类的不同，冷凝器可归纳为四类：水冷、风冷、

水-空气冷却（蒸发式或淋水式）以及靠制冷剂后其它工艺介质进行冷却的冷凝器。

3）常用的水冷式冷凝器：壳管冷凝器、套管冷凝器、焊接板式冷凝器。 2.2.1.3 蒸发器

1） 作用：是通过制冷剂蒸发（沸腾），吸收载冷剂的热量，从而达到制冷目

的。

2） 分类：满液式蒸发器、非满液式蒸发器、循环式蒸发器、淋激式蒸发器 2.2.1.4 节流机构 1） 作用：

a. 对高压液态制冷剂进行节流降压，保证冷凝器和蒸发器之间的压力差，以使蒸发器中的液态制冷剂在要求的低压下蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的；同时使冷凝器中的气态制冷剂，在各顶的高压下放热冷凝。

b. 调节供入蒸发器的制冷剂流量，以适应蒸发器热负荷变化，从而避免因部分制冷剂在蒸发器中未及气化，而进入制冷压缩机，引起湿压缩甚至冲缸事故；或因供液不足，致使蒸发器的传热面未充分发挥作用，引起制冷压缩机吸气压力降低，制冷能力下降。

2） 种类：手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管 2.2.2. 空调机辅助设备

1) 储液器：储液器在制冷系统中起稳定制冷剂流量的作用，并可以用来存储

液态制冷剂。

2) 气液分离器：气液分离器是分离来自蒸发器出口的低压蒸气中的液滴，防

止制冷压缩机发生湿压缩甚至液击现象。

3) 过滤器：过滤器是用来清除制冷剂蒸气和液体中的铁屑、铁锈等杂质。 4) 干燥器：干燥器是吸附氟利昂中的水分。

5) 四通换向阀：切换制冷工质的流通路径，以达到制冷和制热的目的。 6) 油分离器 7) 集油器

8) 不凝性气体分离器 9) 安全装臵

3. 水系统空调主要设备、部件

3.1. 水系统中央空调的组件：

1） 主要组件：空调主机、水泵、管网系统、末端空气处理设备、冷却塔（注：

水冷式空调主机需要，风冷式空调主机不需要） 2） 自动运行组件：膨胀水箱、压差旁通、电动阀、温控器、自动排气阀 3） 安全保护组件：水流开关、过滤器、安全阀（泄压阀） 4） 监测组件：压力表、温度计

5） 其余组件：截断阀（碟阀、闸阀、球阀、截止阀）、止回阀、排水阀 3.2. 空调主机

3.2.1. 电动冷水机组

1） 按压缩机类型分类：单螺杆式、双螺杆式、离心式、活塞式、涡旋式

2） 按冷却方式分类：水冷式、风冷式 3.2.2. 水冷式冷水机组

1） 功能：制冷（系统冷源） 2） 安装位臵：室机机房 3） 选型：系统最大冷负荷 3.2.3. 风冷式冷水机组

1） 功能：制冷、制热（系统冷源、热源） 2） 安装位臵：室外

3） 选型：系统最大冷负荷及热负荷

3.3. 水泵

1） 作用：水泵是空调水系统的动力设备，用于输送系统中的热媒、冷媒等 2） 空调常用泵类型：立式离心泵（管道离心泵）、卧式离心泵 3） 水泵的主要参数有：流量（用Q 表示，单位是m ³/h）; 扬程(用H 表示，

单位是m )

4） 选型：满足空调主机额定水流量 3.4. 冷却塔

1） 作用：冷却塔的作用是将挟带热量的冷却水在塔内与空气进行换热，使

热量传输给空气并散入大气。 2） 安装位臵：室外

3） 选型参数：冷却水处理量、室外湿球温度、进水温度、出水温度、逼近

度（出水温度-室外湿球温度）、水温差（进水温度-出水温度） 3.5. 未端设备

1） 作用：将冷量或热量交换至室内 2） 种类：风机盘管、空气处理机 3） 安装位臵：室内 3.6. 管网

1） 作用：主机与未端设备间能量输送通道 2） 安装位臵：主机与未端设备间

3.7. 电动二通阀

1） 作用：通断或调节未端设备支管路水流量，辅助控制室内温度。 2） 安装位臵：未端设备回水侧 3.8. 温控器

1） 作用：控制未端设备运转模式（恒温） 2） 安装位臵：空调房间内

3.9. 膨胀水箱

1） 膨胀水箱的作用：

a. 因温度变化而引起水的体积变化，膨胀水箱用来贮存这部分膨胀水； b. 对系统起稳压定压的作用； c. 系统补水。

2） 类型：开式、闭式

3） 安装位臵：开式膨胀水箱：系统回水管最高点；闭式膨胀水箱：任意回

水管上； 3.10. 压差旁通

1） 作用：确保主机水流量波动在允许范围内 2） 安装位臵：系统主供水管与主回水管之间 3.11. 水流开关

1） 作用：监测空调主机水流量，保护主机 2） 安装位臵：每台主机供水管侧

3.12. 阀门

按使用功能分类：

1） 截断阀类：接通或截断管路中介质。如：闸阀、截止阀、碟阀、球阀、

旋塞阀、隔膜阀等

2） 止回阀类：防止管路中介质倒流。如：旋启式止回阀、升降式止回阀、

碟式止回阀、隔膜式止回阀、底阀等 3） 排气阀：排除系统空气，（安装位臵：每段管网最高点）

4） 过滤器：过滤管网内杂质，保护设备（安装位臵：设备进水口侧） 5） 调节阀类：调节管路中介质流量、压力等参数。如：节流阀、减压阀 6） 安全阀类：防止介质压力超过规定数值，对管路或设备进行超载保护。

如：安全阀、保险阀 3.13. 压力表

1） 作用：测量管网或设备压力

2） 安装位臵：主机、水泵、空气处机进出水管上。 3.14. 温度计

1） 作用：测量管网或设备水温

2） 安装位臵：主机、空气处机进出水管上。

4. VRV 系统空调知识

4.1. V RV 多联空调系统：通过【控制压缩机的制冷剂循环量】和【控制进入室

内机换热器的制冷剂流量】 ，适时地满足定内冷、热负荷要求的【直接蒸发】式空调系统叫VRV 多联空调系统

4.2. V RV 多联空调系统组成：VRV 多联空调系统是变制冷剂流量空调系统，它由

室内机、室外机、冷媒管道及自控系统组成；且一台室外机可以和一台或多台室内机相连组成一套空调系统。

4.3. VRV 多联空调系统室外机控制方式：变频控制、数码控制

4.4. 变频控制原理：通过变频器改变压缩机供电频率→调节压缩机转速

（调节压缩机的输出能力）→改变制冷剂流量→改变空调室外机制冷（热）量。 1）变频器：利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装臵。

2）频率（赫兹/Hz）：物质在1秒内完成周期性变化的次数叫做频率。中国使用的电是一种正弦交流电，其

频率是50Hz, 也就是它一秒钟内做了50次周期性变化。

3）交流变频 ：变频器通过二次（交流→直流→交

流）调节电压转换，改变电源频率，控制交流变频压缩机变转速工作。 4）直流变频 ：变频器通过一次（交流→直流）调节电压转换，改变电源频率，控制直流变频压缩机变转速工作。

5）频率与压缩机工作性能的关系： a. 频率与转速成正比 b. 转速与流量成正比

c. 转速与压力（扬程）的二次方成正比

4.5. 数码控制原理：通过电脑控制板对数码涡旋压缩机

的PWM 电磁阀进行通断控制，使压缩机在“负载”

，（电磁阀关闭）及“卸载”（电磁阀开启）两种状态下运行。负载状态中，压缩机象常规涡旋压缩机一样工作，传递全部容量和制冷剂质流量。然而，卸载状态中，无容量和制冷剂质流量通过压缩机。 1）数码压缩机容量调节原理 ：通过控制卸载与负载时间的比例来达到不同的能力输出。

压缩机输出能力比例 = 压缩机负载时间 ÷ 一个控制周期时间 ×

100%

等效配管：将管道上的弯头、分岐管等管件的局部阻力折算成等径相当阻力的直管长（0.5米/个） + 实际配管长度

5. 设计基础知识

5.1. 空气调节（空调）：使室内空气温度、相对湿度、速度、噪声、压力、洁

净度等参数保持在一定范围的技术称为空气调节（简称空调）。 5.2. 舒适性空调：以室内人员为服务对象，目的是创造一个舒适的工作或生活

环境，以利于提高工作效率或维持良好的健康水平。如住宅、办公室、影剧院、百货大楼的空调。 5.3. 工艺性空调：目的是满足生产过程和科学研究等的需要，此时空调设计是

保证工艺要求为主，室内人员的舒适感是次要的。计算机房、电话机房、精密电子车间和某些特殊的实验室、博物馆等的空调。 5.4. 空调室外设计参数：空调设计的基础数据，主要包括下表内容，不同地区

的参数不同，详见《空气调节设计手册》

5.5. 空调室内设计参数：空调设计的基础数据，需满足功能舒适性及工艺性的

要求，主要包括下表内容。以下数据仅为举例，详细参数详见《空气调节

5.6. 冷负荷、热负荷、湿负荷：为了保持建筑物的热湿环境，在某一时刻需向

房间供应的冷量称为“冷负荷”；在某一时刻为了补偿房间热量需向房间供应的热量冷量称为“热负荷”。为了维持房间相对湿度需从房间除去的湿量称为“湿负荷”。 5.7. 冷负荷组成:围护结构传热引起的冷负荷、透过玻璃的日射得热引起的冷负

荷、室内设备散热引起的冷负荷、电热设备散热引起的冷负荷、人体散热引起的冷负荷、补入新风引起的冷负荷 5.8. 热负荷组成: （围护结构传热引起的热负荷、补入新风引起的热负荷）-（室

内设备散热量、室内电热设备散热量、人体散热量）