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中央空调系统原理及原理图(含末端设备)


中央空调系统

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中央空调系统
空调的基本概念
1、空调的定义: 空调是空气调节的简称,它是利用设备和技术对室内空气(或人工混 合气体)的温度、湿度、清洁度及气流速度进行调节,以满足人们对 环境的舒适要求或生产对环境的工艺要求。 满足人类或其它生物对舒适感的要求的空调,一般称之为舒适性空调; 而主要用来满足工艺生产过程和设备的运行要求,及人体的舒适度要 求的空调,一般称之为工艺性空调。

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中央空调系统
空调的基本概念
2、空调的制冷量与制热量

制冷量:单位时间内,空调器在名义制冷 工况下从空间区域或房间内排除的热量。 制热量:单位时间内,空调器在名义制热 工况下向空间区域或房间内释放的热量。

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中央空调系统
? 中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。有主机 和末段系统。按负担室内热湿负荷所用的介质可分为全空 气系统 、全水系统 、空气-水系统 、冷剂系统 。按空气 处理设备的集中程度可分为集中式和半集中式。按被处理 空气的来源可分为封闭式、直流式 、混合式(一次回风 二 次回风)。主要组成设备有空调主机(冷热源) 风柜 、风机 盘管等等.制冷系统为空气调节系统提供所需冷量,用以 抵消室内环境的冷负荷;制热系统为空气调节系统提供用 以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统 至关重要的部分,其采用种类、运行方式、结构形式等直 接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理 性。
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中央空调系统的分类
一、按负担室内热湿负荷所用的介质分类
1、全空气系统 空调房间的室内热湿负荷全部由经过处理 的空气来承担,利用空调装置送出风调节 室内空气的温度、湿度。

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中央空调系统的分类(续)
2、全水系统 全部由经过处理的水负担室内热湿负荷 , 利用冷冻机处理后的冷冻水(或锅炉制出热 水)送往空调房间的风机盘管中对房间的温 度、湿度进行处理的。

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中央空调系统的分类(续)
3、空气-水系统 由经过处理的空气和水共同负担室内热湿 负荷 ,典型装置是风机盘管加新风系统。
4、冷剂系统 利用直接蒸发的制冷剂吸热来调节室内温 度、湿度。
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中央空调系统的分类(续)
二、按处理设备的情况分类
1、集中式空调 空气处理设备和送、回风机等集中设在空 调机房内,通过送、回风管道与被调节的 空调场所相连,对空气进行集中处理和分 配。
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中央空调系统的分类(续)
2、半集中式空调 送入空调房间的新风由空调机房集中处理, 空调房间内的空气由分散在房间内的装置 处理的系统

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中央空调系统的分类(续)
两种空调的优缺点
集中式中央空调 处理空气量大,有 集中的冷源和热源, 运行可靠,便于管 理和维修,但机房 占地面积较大 半集中式中央空调 适用于空气调节房 间较多,且各房间 要求单独调节的建 筑物

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中央空调系统的分类(续)
活塞式(往复式)

根据制冷 方法分类

△蒸气压缩式制冷
△吸收式制冷 蒸汽型 热水型

螺杆式 离心式

根据冷凝器的 冷却方式分类 水冷式 风冷式 风冷热泵式

燃油型 燃气型

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中央空调制冷机组和大型空调设备
序 号 形式 动力 性质 主要生产厂家 备注 吸收式制冷机是唯一具有自主 知识产权的集中空调产品。中 国已经成为除日本外的第二大 吸收式制冷机的生产国。 特点是采用水冷和通常大于800kw的 大型机组 具有高性能和低噪音 多数是水冷型。但风冷型,特 别是风冷热泵机组逐步增长

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吸收式 制冷机

燃油 和燃 气
电力

江苏双良、远大、三洋、开利、 烟台荏原和LG同和

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离心机

约克、开利、特灵和麦克维尔 日立、大金、约克、特灵、 开利、顿汉布什、麦克维尔 和吉荣;大连冰山、浙江王 牌、上海富田、重庆嘉陵、 武汉冷冷机厂 开利、约克、麦克维尔和其 他国内品牌如大连冰山、南 京五洲、吉荣和烟台冰轮 只有特灵能提供单台大型的 涡旋机组

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螺杆机

电力

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活塞机

电力

多数机组的制冷量低于350kw

5

涡旋式

电力

Copeland和Danfoss是中国最大 的涡旋压缩机供应商。大多数 涡旋压缩机用于单元式空调机
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中央空调系统的分类(续)
三、按照冷却形式分类
1、水冷机组 主要设备:
? ? ? ? ? ? ? ? ?
冷冻水 冷媒

制冷主机 空 蒸 主机 冷却塔 调 发 冷冻水泵 末 器 端 冷却水泵 补给水泵 电子水处理仪或全自动软化水处理装置 水过滤器 膨胀水箱 末端设备

冷却水 冷 凝 器
冷 却 塔

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中央空调系统的分类(续)
电制冷水冷式冷水机组
电制冷水冷式冷水机组属于蒸汽压缩式制冷范畴,一般主要由压缩机、 蒸发器、冷凝器、膨胀阀、自动控制和保护装置组成。顾名思义水冷 式冷水机组的冷凝器利用水冷却,一般利用循环冷却水,随着科技的 发展和节能的需要,也有采用地表水、地下水冷却的。在实际工程中 我们根据压缩机类型一般分为离心式冷水机组、螺杆式冷水机组、活 塞式冷水机组和涡旋式冷水机组。 离心式冷水机组单机容量大,制冷性能系数COP值高,但在部分负荷 下运行时容易发生“喘振”现象。螺杆式冷水机组由于在压缩机构造 上的特点,在部分负荷下仍能稳定、高效地运行,常被用于负荷波动 大、需要调节的场合。活塞式冷水机组和涡旋式冷水机组均为小容量 制冷机,其中活塞式冷水机组由于振动大、运行维护复杂,目前运用 较少,而涡旋式冷水机组运行噪声小,调节方便,在小型工程中运用 较多。
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中央空调系统的分类(续)
2、风冷机组 冷冻水 主要设备: 冷媒 空 ? 制冷主机 蒸 冷 调 主机 发 凝 末 ? 冷冻水泵 器 器 端 ? 补给水泵 ? 电子水处理仪或全自动软化水处理装置 ? 水过滤器 ? 膨胀水箱 ? 末端设备

室 外 空 气

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中央空调系统优点
1、经济节能:主机由微电脑控制,每个区间末端风机盘管 可自行调节温度,区间无人时可关闭,系统根据实际负荷 做自动化运行,开机计费,不开机不计费,有效节约能源 和运行费用。 2、环保:主机采用水源热泵型机组,电制冷,没有燃烧过 程,避免了排污;整个系统为密闭式管路系统,可避免霉 菌灰尘等杂质对系统的污染,使环境清新优美,特别适于 高档别墅、高级公寓与写字楼的使用。 3、节约空间:主机体积小巧,不设机房,无需占用设备层, 减少公用设施 和土建投资,室内末端暗藏在吊顶内,极 易配合屋内装修。 4、个性化:中央空调系统以区间为单元,满足用户不同区 间需求,室内末端安装采用暗藏方式,不影响室内的审美 观,不占据室内空间,适应用户的个性化需求。
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中央空调系统优点(续)
5、简化管理:于采用不同区间单独控制系统为用户 所有,产权关系明确,可简化空调设施管理。 6、提升档次:中央空调主机可以避免破坏楼体的整 体外观,使用户充分享受高档综合环境的同时, 提升产品质量及量贩档次。 7、投资方便:可根据量贩发展情况,分期分批投资 添置空调系统,同时量贩档次提升,因此资金周 转快,有效地利用资金更进一步开发。

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中央空调系统工作原理
中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、冷媒(冷冻和冷热)循环水 系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成。制 冷压缩机组通过压缩机将空调制冷剂(冷媒介质如R134a、R22等)压 缩成液态后送蒸发器中,冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入 蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换,这样原来的常温水就变成了低 温冷冻水,冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空 气热量,产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间,从而达到降温 的目的。冷媒在蒸发器中被充分压缩并伴随热量吸收过程完成后,再 被送到冷凝器中去恢复常压状态,以便冷媒在冷凝器中释放热量,其 释放的热量正是通过循环冷却水系统的冷却水带走。冷却循环水系统 将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后,再将这已变热的冷 却水送到冷却塔上,由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对 其进行喷淋式强迫风冷,与大气之间进行充分热交换,使冷却水变回 常温,以便再循环使用。在冬季需要制热时,中央空调系统仅需要通 过冷热水泵(在夏季称为冷冻水泵)将常温水泵入蒸汽热交换器的盘管, 通过与蒸汽的充分热交换后再将热水送到各楼层的风机盘管中,即可 实现向用户提供供暖热风。
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中央空调制冷原理图

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中央空调制冷循环原理图

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中央空调供热循环原理图
这里是四通阀

注意这个蒸发器/ 冷凝器。制冷时, 他就是冷凝器。制 热时,它是蒸发器。 在制冷与制热时, 四通阀发挥作用, 制冷剂的流向发生 了改变。
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中央空调制冷系统
主要通过冷冻水循环,制冷剂循环,冷却水循环 三个循环把室内的热量传到室外。 压缩机出来的冷媒高温高压的气体,流经冷凝器, 降温降压,冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷 却塔排出,冷媒继续流经节流装置,成为低温低 压液体,流经蒸发器,吸热,再经压缩。在蒸发 器的两端接有冷冻水循环系统,制冷剂在此处吸 收热量使冷冻水降温,然后流到用户端,再经风 机盘管进行热交换,将冷风吹出。
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制冷剂循环
主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器、压缩机及 冷媒(制冷剂)等组成,其工作循环过程如下: 首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐 渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出 大量热能,这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收 并送到室外的冷却塔上,最终释放到大气中去。 随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的 节流降压装置时,因为压力的突变而气化,形成 气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气 化,同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温 度。最后,蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压 气体,重新进入了压缩机,如此循环往复。
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压缩机
蒸气压缩式制冷压缩机

容积式制冷压缩机

离心式制冷压缩机

往复活塞式制冷压缩机

回转式制冷压缩机

旋转式

涡旋式

螺杆式

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压缩机(续)
说明: 1)容积式制冷压缩机是靠改变工作腔的容积,将周期性地吸收到 的定量气体压缩。离心式压缩机是靠离心力的作用,连续地将所吸收 到的气体压缩。 2)回转式制冷压缩机是靠回转体的旋转运动替代活塞式压缩机中 的活塞的往复运动,以改变气缸的工作容积,从而将一定数量的低压 气态制冷剂进行压缩。 3)目前常用的压缩机主要有活塞式压缩机、涡旋式、螺杆式以及 离心式压缩机。其中活塞式制冷压缩机多为中型(标准制冷量 60~600KW)和小型(小于60KW),但是由于其噪音大、效率低切 容易发生故障,目前使用的已不多;涡旋式制冷压缩机目前主要用于 小型制冷系统,在家用空调以及商用VRV等小型系统大量使用;而螺 杆机具有结构简单、可靠性高及操作维护方便,另外技术成熟等一系 列独特的优点,已经广泛应用于制冷、空调和多种工艺流程中 ;离心 式压缩机结构简单紧凑,运动件少,工作可靠,经久耐用运行费用低, 一般适用大于500RT的制冷系统中,并且可以实现无级调节,使机组 的负荷在30%~100%范围内工作。
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压缩机(续)
4)评价制冷压缩机消耗能量方面先进性的指标: a、制冷压缩机的性能系数 COP即:单位轴功率的 制冷量。 轴功率(压缩机的耗功率)指电动机传至压缩 机机轴上 的功率,主要包括直接用于压缩空气的 所耗功率和克服运动机构的摩擦阻力所耗功率。 b、能效比 EER :单位电动机输入功率的制冷量 大小。 此指标考虑到驱动电机效率对能耗的影响。
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压缩机(续)
压缩过程:压缩过程在压缩机中进行,这 是一个升压升温过程。压缩机将从蒸发器 流出的低压制冷剂蒸气压缩,使蒸气的压 力提高到与冷凝温度对应的冷凝压力,从 而保证制冷剂蒸气能在常温下被冷凝液化。 而制冷剂经压缩机压缩后,温度也升高了。

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冷凝器
冷凝过程:冷凝过程在冷凝器中进行,它是一个 恒压放热过程。为了让制冷剂蒸气能被反复使用, 需将蒸发器流出的制冷剂蒸气冷凝还原为液态, 向环境介质放热。 冷凝器按工作过程可分为冷却区段和冷凝区段。 冷凝器的入口附近为冷却区段,高温的制冷剂过 热蒸气通过冷凝器的金属盘管和散热片,将热量 传给周围的空气,并降温冷却,变成饱和蒸气。 冷凝器的出口附近为冷凝区段,制冷剂由饱和蒸 气冷凝为饱和液体放出潜热,并传给周围空气。
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膨胀阀
由于冷凝器冷凝得到的液态制冷剂的冷凝 温度和冷凝压力要高于蒸发温度和蒸发压 力,在进入蒸发器前需让它降压降温。液 态制冷剂通过毛细管时由于流动阻力而降 压,并伴随着一定程度的散热和少许的汽 化,因此节流过程是一个降压降温的过程。 节流汽化的制冷剂量越大,蒸发器中的制 冷量就越少,因而必须减少节流汽化。
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蒸发器
蒸发过程:蒸发过程是在蒸发器中进行的。液态 制冷剂在蒸发器中蒸发时吸收热量,使其周围的 介质温度降低或保持一定的低温状态,从而达到 制冷的目的。蒸发器制冷量大小主要取决于液态 制冷剂在蒸发器内蒸发量的多少。气态制冷剂流 经蒸发器时不发生相变,不产生制冷效应,因而 应限制毛细管的节流汽化效应,使流入蒸发器的 制冷剂必须是液态制冷剂。另外,蒸发温度愈低, 相应的制冷量也略为降低,并会使压缩机的功耗 增加,循环的制冷系数下降。
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制冷剂
1、制冷剂是制冷装置中进行制冷循环的工作物质,其工作 原理是制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物质的热量而蒸发, 在冷凝器中将所吸收的热量传给周围的空气或者水,而被 冷却为液体,往复循环,借助于状态的变化来达到制冷的 作用。 2、常用制冷剂 ①氨(NH3 R717) 氨最大的优点是单位容积制冷能力大,蒸发压力和冷 凝压力适中,另外价格便宜,极易购得,特别是冷藏、冷 库等大型制冷设备常采用。 但是氨最大的确定就是有强烈的刺激作用,对人体有 危 害,目前规定氨在空气中的浓度不应大于20mg/m3。氨 是可燃物,氨在空气中的体积百分比达16~25%时,遇火 焰就有爆炸的危险。
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制冷剂
②氟利昂 大多数的氟利昂本身无毒、无臭、不燃,适用于工程 建筑或者实验室的空调制冷装置。尤其是氟利昂R22,在 我国空调制冷装置中已经广泛采用。其热力学性能与氨不 相上下,而且安全可靠,是一种良好的制冷剂,但是目前 价格较高,影响大规模的推广使用。 致命缺点:温室效应气体,其温室效应值比二氧化碳 大1700倍,更危险的是会破坏大气层中的臭氧层。 根据国际上《蒙特利尔议定书》规定:R22于2020年 将全面禁止,发展中国家可适当延期至2040年全面禁止生 产。 目前国际上一致看好的R22的替代物是R407C、 R410A。另外汽车制冷中常用的R12,采用R134A替代。 目前国内的一些大中型项目,业主都明确要求采用环保冷 媒如R407C等。
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载冷剂
载冷剂是一种中间物质,如常用的空调 冷冻水,其在蒸发器内被冷却降温,然后 远距离输送,来冷却需要被冷却的物体。 目前常用的载冷剂有水,它只能用于 高于0 ℃的条件,当要求低于0 ℃时。一般 采用盐水,如:氯化钠或者氯化钙水溶液 或者采用乙二醇、丙二醇等有机化合物的 水溶液。
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空调常用单位换算
1、长度单位换算 英制单位:英尺ft(feet)、英寸in(inch) 1 in=25.4 mm 1 ft=12 in 1 ft =0.3048 m≈30.5 cm 1 m=3.281 ft 2、体积流量单位 CMH:cubic meter per hour CFM:cubic feet per minister 1 CFM = 1.699 CMH
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空调常用单位换算
3、功与能量的关系
能 量 = 功×时间 1焦耳(j)=1 瓦(w)×1 秒(s) (1)能量单位: 国制: j、kj;英制:cal、kcal 1 j = 0.2388 cal (2)功率单位: 国制:w、kw;英制: kcal/h(大卡) 1 kcal/h = 1.163 w 1 kw = 860 kcal/h 习惯上的常用单位:马力(匹)HP 、冷吨 RT 1 HP = 735 w 1 RT = 3.516 kw =3024 kcal/h
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空调常用单位换算
说明: 1、 冷吨:是一个英制的制冷量单位。 1冷吨就是在24小时内冻结1吨0℃的水变成0℃的冰,所 需要的冷量。 美国是采用2000磅(907.2kg )作为一吨。 因此1美国冷吨=12659 kj/h;即:1 RT=3.516kw 2、匹与制冷量的关系 在小型空调工程中1HP指给压缩机输入735W的功率所 能产生的制冷量。与一般的功率单位匹意义是不一样 的。这里的1HP 是根据能效比算出来的。日本一般认为 空调压缩机的能效比平均为3.4,则输入735W的电能所 产生的制冷量为2500W。因此可以说1HP空调的制冷量 相当于2500W的制冷量。小1匹一般为2200W,大1匹一 般为2800W。
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冷却水循环
由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻 水循环系统进行室内热交换的同时,必将带走室内大量的 热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水,使冷却水 温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔(出 水),使之与大气进行热交换,降低温度后再送回主机冷 凝器(回水)。 冷水流过需要降温的生产设备(常称换热设备,如换热器、 冷凝器、反应器),使其降温,而冷水温度上升。冷却水 系统分为直流冷却水系统和循环冷却水系统。如果冷水降 温生产设备后即排放,此时冷水只用一次,称直流冷却水 系统;使升温冷水流过冷却设备使水温回降,用泵送回生 产设备再次使用,称循环冷却水系统。
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冷却塔
冷却塔通过热水在塔内喷淋,与周围空气 进行热交换(包括显热交换和水蒸发引进 的潜热交换),使水的温度降低。

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冷冻水循环
由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。 从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵 加压送入冷冻水管道(出水),进入空调 末端设备进行热交换,带走房间内的热量, 最后回到主机蒸发器(回水)。室内风机 用于将空气吹过冷冻水管道,降低空气温 度,加速室内热交换。

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末端系统
一、末端设备 1、风机盘管 风机盘管是中央空调系统使用最广的末端设备, 风机盘管的全称为中中央空调风机盘管机组。 主要由电机和冷疑管及接水盘构成。 电机的作用:将风从进水口吹到冷疑管.风再从出水 口出来就是冷风了。 冷疑管的作用:将中央空调主机上面的冷水在里面 流通。 接水盘的作用:接从冷疑管旁边蒸发出来的水份, 再经排水管流走。
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风机盘管种类
卧式暗装(带回风箱) 风机盘管。 卧式明装风机盘管。 立式暗装风及盘管。 立式明装风机盘管。 卡式二出风风机盘管。 卡式四出风风机盘管。 壁挂式风机盘管。
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风机盘管
? 风机盘管在干工况下运行的系统(以下简称干盘管系统) 相对于湿工况系统有如下特点: ? ⑴干盘管机组承担负荷小,仅处理室内显热冷量。 ? ⑵盘管在干工况下运行,无凝水产生,不存在细菌滋生问 题,由于无回风方式,彻底消除交叉感染的可能性,卫生 条件好。 ? ⑶由于新风不仅要承担室内全部湿负荷,大部分情况下还 要承担部分室内显热负荷,因此新风机组承担冷量较大, 要求冷冻水进水温度较低,机组机器露点比传统的新风机 组要低。 ? ⑷盘管在干工况下运行,因此要求进入盘管的冷水温度较 高,为消除室内显热负荷,盘管面积可能增大。 ? ⑸为保证系统在干工况下运行,必须有一套安全可靠的自 控系统。
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末端系统(续)
2、新风机组(MAU) MAU是提供新鲜空气的一种空气调节设备。 功能上按使用环境的要求可以达到恒温恒 湿或者单纯提供新鲜空气。工作原理是在 室外抽取新鲜空气经过除尘、除湿(或加 湿)、降温(或升温)等处理后通过风机 送到室内,在进入室内空间时替换室内的 原有空气。
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MAU机组图
中效过滤段
风机段 热水加热段 表冷段 进风段

出风段

均流段

加湿段 挡水段

初效过滤段

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末端系统(续)
3、组合式空调机组 (AHU) 组合式空调机组是由各种空气处理功能段 组装而成的一种空气处理设备。

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AHU机组图
进风段 挡水段 均流段 出风段

表冷段

风机段

中效过滤段

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末端系统(续)
4、新风交换机 是一种含有全热交换芯体的新风、排风换 气设备。一方面把室内污浊的空气排出室 外,另一方面把室外新鲜的空气经过杀菌, 消毒、过滤等措施后,再输入到室内,在 空气交换的过程中采用先进的热交换技术, 从而达到能量回收的功能,减少室内的能 量损耗让房间里每时每刻都是新鲜干净的 空气 。
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末端系统(续)
新风交换机功能: 1、新风交换,送入室外新鲜空气,排出室内污浊空气。 2、吸附---机内储有活性炭,能有效清除二氧化硫、一氧化 碳、氨、甲醛、二氧化碳等有害气体 3、杀菌---负离子杀菌,浓度达到104-106个/立方,可以杀除 空气中的病毒、细菌、螨虫等有害生物。 4、环保节能---采用高效热交换装置,空气交换过程中,室 内的热能和冷能不会排到室外,热交换率达到72%。 5、保持湿度---在空气交换的同时,热交换器内的纤维保留 室内水份,通过新鲜空气带入室内,使室内保持适宜的湿 度!
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板式换热器原理
板式换热器是由许多波纹形的传热板片,按一定 的间隔,通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热 设备。板片组装时,两组交替排列,板与板之间 用粘结剂把橡胶密封板条固定好,其作用是防止 流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道,换 热板片压成各种波纹形,以增加换热板片面积和 刚性,并能使流体在低流速下形成湍流,以达到 强化传热的效果。板上的四个角孔,形成了流体 的分配管和泄集管,两种换热介质分别流入各自 流道,形成逆流或并流通过每个板片进行热量的 交换。
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板式换热器
板式换热器的特点: (1)体积小,占地面积少; (2)传热效率高; (3)组装灵活; (4)金属消耗量低; (5)热损失小; (6)拆卸、清洗、检修方便; (7)板式换热器缺点是密封周边较长,容易泄漏, 使用温度只能低于150oC,承受压差较小,处理 量较小,一旦发现板片结垢必须拆开清洗。
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