1、 1 毕业设计 文 献综 述 建筑环境与设备工程 暖通空调的发展回顾与评价 摘要 暖通空调系统是建筑能源的消耗大户，占建筑总能耗的 50%左右。而且目前的暖通设计中，业主、设计人员往往在取消用室内设计参数时选用过多的标准，建筑结构能耗也很大。随着我国的发展，人们对建筑环境的要求越来越高，建筑能耗必将有大幅度的增长。目前的一些常规的设计系统和负荷估算方法不能适应现阶段发展的需求，建筑节能技术逐渐提上了日程。按照设计规范对负荷进行详细计算，进行建筑维护结构的权衡计算，使之达到合理的能耗标准；采用蓄能、热泵、热回收、废热利用 等节能技术；使用交流量、变风量空调系统，进行系统的优化、智能控制；开发太阳
2、能、风能等新能源是专业的发展方向。 关键词 暖通空调 制冷剂 空气品质 智能化 最简单的说就是：用人为的方法处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度的技术。可使某些场所获得具有一定温度和一定湿度的空气，以满足使用者及生产过程的要求和改善劳动卫生和室内气候条件 . 一 暖通空调的 背景 在超过一千年前，波斯已发明一种古式的空气调节系统，利用装置于屋顶的风杆，以外面的自然风穿过凉水并吹入室内，令室内的人感到凉快。 19 世纪，英国科学家及发明家麦可 法拉第 (Michael Faraday)，发现压缩及液化某种气体可以将空气冷冻，此现象出现在液化氨气蒸发时，当时其意念仍流于理论化。 1842 年
3、，佛罗里达州医生约翰 哥里 (John Gorrie)以压所落成的新大楼设有中央空调。一名新泽西州 Hoboken 的工程师 Alfred Wolff 协助设计此崭新的空气调节系统，并把技术由纺织厂迁移至商业大厦，他被认为是令工作环境变得凉快的先驱之一 12。 1902 年后期，首个现代化，电力推动的空气调节系统由韦利士 夏维兰 加利亚 (1876 年-1950 年 )发明。其设计与 Wolff 的设计分别在于并非只控制气温，亦控制空气的湿度以提高纽约布克林一间印刷厂的制作过程质素。此技术提供了低热度及湿度的环境，令纸张面积及油墨的排列更准确。其后，加利亚的技术开始用于在工作间以提升生产效率，
4、开利工程公司亦在 1915 年成立以应付激增的需求。在逐渐发展下，空气调节开始用于提升在家居及汽车的舒适度。住宅空调系统的销量到 1950 年代才真正起飞。建于 1906 年，位于北爱尔兰贝尔2 法斯特的皇家维多利亚医院，在建筑工程学上具有特别意义，被称为世界首座设有空气调节的大厦。 1906 年，美国北卡罗莱纳州夏洛特的 Stuart W. Cramer 正找寻方法增加其南方纺织厂的空气湿度。 Cramer 把技术命名为空气调节，并在同年将其用于专利申请中，作为水调节 (water conditioning)的代替品。水调节当时是一个著名的程序，令纺织品的生产较容易。他把水汽与通风系统结合以
5、 “调节 ”及转变工厂里的空气，控制纺织厂中极重要的空气湿度。韦利士 加利亚使用此名称，并把它放进其 1907 年创办的公司名称： “美国加利亚空气调节公司 ” (今开利公司 )。 最初的空调、电冰箱使用氨、氯甲烷之类的有毒 气体。这类气体泄露后会酿成重大事故。Thomas Midgley, Jr.在 1928 年发明了氯氟碳气体（ chlorofluorocarbon gas）， 并将其命名为氟利昂。 这种制冷剂对人类安全得多，但是对大气臭氧层有害。 氟利昂是杜邦公司 CFC、HCFC 或 HFC 类冷冻剂的商标，其中每一类冷冻剂名称还包括一个数字，以表示其成分的分子组成 (例如 R-11,
6、 R-12, R-22, R-134)。其中，在直接蒸发式适度冷却产品领域应用最广的R-22 HCFC 制冷剂将于 2010 年起停止用于新生产的设备中，并于 2020 年彻底停止使用。R-11 和 R-12 在美国已经停产。作为替代品，一些对臭氧层无害的制冷剂已投入使用， 包括商品名为 “Puron”的制冷剂 R-410A。 二 中央空调分类 2.1 目前市场上常用的有两种 一台小型空气水热泵室外机，带几台室内盘管。盘管数量根据房间的多少而定。盘管的形式根据个人喜好和装修要求，能够很好满足个性化的要求，可以很好地解决新风问题。该机型和大型风冷热泵原理基本一致，技术相对比较成熟，而且结合家庭使
7、用的特点作了一些改进：将膨胀水箱和冷水泵全部内置，增加辅助电加热，控制上也有多种形 式供用户选择，很多产品都采用 PLC（可编程控制器）控制，用户只需在技术人员的指导下将一些参数设定好，机组运行，能量调节和自我保护均可通过电脑自行控制，非常方便，还可以通过电话或电脑网络远程控制 10。由于该形式系统比较简单，经济实用，所以目前在国内用得很普遍。其缺点是容易滴水霉变，冬季运行的可靠性还需提高。 小型空气空气热泵，室外机内置压缩机、冷凝器和各种辅助配件，室内机内置蒸发器和膨胀阀。根据制冷量大小可以配一只或两只膨胀阀，通过铜管将室内、外机连接，室内机接风管将冷（热）风送到各个房间，所以又称管道 机。
8、相对于其它形式的家用中央空调，管道机初投资较少，若引入新风，其空气品质将得到较大改善。空气空气热泵工作稳定性比3 空气水热泵高，其缺点是由于采用风管送风，层高要求较高，控制不如空气水热泵方便，浪费能源。该形式在美国用得比较多 7。 另外还有燃气空调，太阳能空调，地温空调，水源热泵等多种形式，由于种种原因，使用得还不多，但随着能源结构的改善，国家能源政策的调整，这些形式的家用中央空调也会走进千家万户 9。 2.2 多联机 多联式变冷媒量热泵空调 系统，目前以日本大金的 VRV，青岛海尔的 MRV 和美的的MDV 为代表，它以制冷剂为输送介质，室外主机由室外侧换热器、压缩机和其它制冷附件组成，末端
9、由直接蒸发式换热器和风机组成 6。该形式由于采用磁阻式直流电机、涡旋式压缩机、直流风机电机及 PAM 脉冲振幅调控制和 MIO （多段输入和输出）及 BP（冷媒分配器）等先进技术，能够实现变频控制，所以能节能能源，特别是部分负荷下节能明显。多联式系统末端有天花板卡式嵌入式、风管连接式、挂壁式、暗藏式等多种形式供用户选择，能够很好地配合室内装修和个性化的要求，控制也非常方便 。该形式的缺点是制冷剂管道较多，容易泄漏，新风很难解决，安装较复杂。该形式在日本使用得比较多，由于价格较高，在国内只有部分中高收入家庭使用。 2.3 小区集中中央空调 小区集中中央空调近年来发展较快，由于存在如下问题：工程投
10、资较多，系统维护较麻烦，分户计费难以公平，系统同时利用系数低导致系统运行成本过高等等，房地产商一般不愿意搞小区集中中央空调，所以小区集中空调使用得并不多 13。但随着中央空调技术的发展，小区集中空调也将走向成熟，为住宅中央空调提供更多的选择 1。 三 中央空调发展方向 3.1 改善室内空气品质 IAQ 随着人们环保和健康意识的增强，人们开始重视自己生活和工作环境的空气品质了，而且国家也制订了相应的法规，对室内空气品质作了严格的规定。因此住宅中央空调要顺应人们的这种要求，不仅改善室内空气的温湿度，还能明显改善室内空气品质。 室内空气品质，即人体舒适度和健康，人体舒适度是一个很复杂的问题 1， 2
11、，它是指人体的主观感觉，同一个人在不同的状态感觉会不一样，比如工作性质，衣着情况，温度，相对湿度，风速，噪声等，都会影响人体热舒适性指标。我们要使人体感到舒适，只有通过先进的传感技 术，根据人体的活动量（人体代谢率），衣服热阻，调节室内空气温度、相对湿度、风速、辐射量等。由于相关的专业协会没有建立相应的行业标准和测试方法，所以实4 际操作还比较困难。健康我们追求的目标之一，现在很多家庭装修都大量采用建筑复合材料、石材、粘接剂等，这些物质在很长的时间内（至少 12 年）都将会释放大量有害气体，如甲醛、丙酮、氡及其蜕变物等。 2002 年一季度上海市有关部门对该市使用一年以上的商品房进行了抽查，抽
12、查结果是甲醛严重超标，平均达到 0.2g/m3 空气（国标是 0.08g/m3 空气），平均合格率仅 0.16%，不足 0.2%.如果房间内没有通风换气装置及时将这些物质排出或补充新鲜空气的话，这些物质会对人体造成很大危害 3， 4.现在很多厂家和研究机构正在研究采用过滤网，静电除尘，用活性碳或光催化过滤器去除室内异味及挥发性物质，用 LTC-M2触媒技术清除空气中的甲醛等，这些都可以提高室内空气品质，保证人体健康，但具体这些装置怎么与住宅中央空调结合使用及其效果怎样，都值得厂家和学者去重点研究。同时也是现代住宅中央空调的发展方向之一。 3.2 提高住宅中央空调的性价比 由于住宅中央空调绝大部
13、分是采用风冷，所以 机组性能系数（ COP）较低。因此要想提高主机性能，主要提高机组的 COP 值，首先是提高压缩机性能，采用高效变频压缩机，提高压缩机加工和装配精度，对压缩机结构进行优化设计等 1；其次要提高换热器的换热效率，采用新材料（比如用内螺纹铜管波纹片），新工艺（加装融霜电磁阀，合理配管等），优化换热器结构（比如铜管翅片布置排列方式）；还要改进风机、水泵结构（比如采用双速风机，在冬季启动高速，大风量，增强换热效率，延长结霜时间，减少除霜时间）；目前，还应该完善机组性能系数的评价方法，仅采用的用某个工况下的 COP 值评价机组 能耗是不够的，很多专家都提出应该用季节性供冷（供热）性能系
14、数来评价机组能耗。目前已有这方面的评价软件，使用结果证明能很好地与实际吻合 2. 住宅中央空调的主机性能不仅涉及主机性能，还要看安装人员的水平和安装质量。性能再好的主机，系统安装质量很差，性能不能充分发挥，使主机性能大受影响。 住宅中央空调的价格主要受压缩机、换热器、风机和阀件影响。由于目前大部分住宅中央空调的压缩机都是从国外进口的，而它的价格占整个机组造价的 1/3 1/4，加之一些关键阀件也需要进口，所以住宅中央空调价格还是很高 2。 这也是影响它快速进入家庭的主要因素之一。但随着技术进步，越来越多的部件被国产部件逐渐代替，相信住宅中央空调的性价比会越来越高。 3.3 机组的稳定性和可靠性
15、 由于住宅中央空调是给家庭使用，所以机组稳定性要求非常高，很多国外品牌之所以大受欢迎，就是由于其稳定性和可靠性比很多国产品牌高。由于中国各地区之间气候差异很大，5 机组工作环境相差也很大，很多产品在恶劣的气候下工作波动很大，甚至不能工作，特别冬季低温工况，机组除霜和各种保护频繁动作，严重影响空调的效果 3。在可靠性方面，虽然很多厂家都尽力提高机组可靠性， 特别是对电气自控，压缩机的高、低压，过载，过流，缺相等保护等方面进行可靠性设计，但离要求还有很大距离。另外，各种人为因素也会导致机组稳定性和可靠性降低。 3.4 机组维护的便捷性 机组维护的便捷性是衡量技术成熟与否的标志，随着计算机网络技术的
16、发展，很多产品增加机组自动维护功能，故障自动检测，自动修复，自动报警，故障内容自动显示等 4。还可以通过网络诊断故障，不管产品装在世界哪个角落，通过互联网，厂家可以清楚知道机组工作正常与否，并可指导用户进行简单维护，简单问题厂家只需一个电话就可解决问题。 3.5 机 组环保性 环保是人类共同关心的话题，对于住宅中央空调来说，它包含降低机组噪声，降低能源消耗，使用对人类无害，可回收，可再生的制冷剂等。 3.6 提高智能化程度 随着电子技术，计算机技术和网络技术的飞速发展，住宅中央空调的智能化程度已发展到一个新的高度。很多厂家和研究结构正在探索将智能除霜、模糊控制和神经网络控制、安防连控等新技术应
17、用到住宅中央空调的前景和意义 8。有些技术已有产品实例，如图 1，是北京一家公司开发的融中央空调自动控制、家电异地遥控，防盗，火灾，报警于一体的控制产品，非常适合家庭别墅 的中央空调控制。 四 结束语 21 世纪暖通空调前景到底是什么样的 ?很多著名的前辈学者已有诸多的论述。本人不揣浅陋，斗胆预测，权充一家之言。随着可持续发展战略的贯彻，和人类对这一观点认识的加深，现代科学技术的发展，暖通空调业必将会为人类创造出更舒适的生存环境和生活空间。愿我们国家在现代技术革命的浪潮中强盛，愿我国的暖通空调业对世界做更大的贡献。 6 参考文献 1 刘永安 .中央空调如何运行节能 J. 科技信息， 2009，
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