深度剖析空调主机系统:构成、原理、关系与应用选择指南

2025-10-30 11:49

空调主机作为中央空调系统的核心设备,承担着提供冷热源的重要任务,为整个空调系统奠定能量基础。它主要由冷水机组、热泵机组和锅炉三大类构成,共同组成空调系统的“冷热源”。

1、冷水机组

冷水机组是中央空调系统中的关键制冷设备,以水为载冷剂,通过制冷循环提供冷冻水。依据冷却方式和工作原理,可分为以下类型:

水冷离心式冷水机组:适用于大型工程,单机制冷量范围为700至4200KW。其工作原理是通过离心式制冷压缩机实现制冷循环,冷凝器借助与常温水的换热来降温。该机组具有运行稳定、高效节能、结构紧凑等优点,适用于大型商业建筑、数据中心、医院等需要大冷量的场所。
水冷螺杆式冷水机组:适用于中、大型工程,单机制冷量从150至2200KW。由螺杆制冷压缩机组、冷凝器、蒸发器以及自控元件和仪表等组成。其优点包括结构紧凑、体积小、重量轻、占地面积小、操作维护方便、运转平稳,常用于宾馆、饭店、轻工、纺织、水利电力工程等。
 
风冷螺杆式冷水机组:适用于各种商业及工业场所,无需冷却塔和冷却水泵系统。通过风冷方式直接冷却冷凝器,省去了水冷式冷水机组必备的冷却塔、冷却水泵及冷却水管路系统。具有无需专用机房,可直接安装于屋顶或室外空间;防腐防锈,适应各种室外环境等优点,适用于空间有限、无法安装冷却塔的建筑以及商业建筑、工厂车间等。其制冷量范围115kW - 1508kW;热泵制热量范围129kW - 1689kW。

蒸汽LiBr吸收式冷水机组:以热能为动力,以水为制冷剂,以溴化锂溶液为吸收剂。利用热能驱动制冷循环,通过吸收 - 解吸过程实现制冷,有蒸汽型、热水型两种类型,适用于有蒸汽热源的场所,如工厂、大型公共建筑。
 
直燃LiBr吸收式冷水机组:夏天可制冷,冬天可制热,但使用局限于有天然气的地区。制冷为吸收式,需用天然气,与蒸汽型的区别在于多了一套燃气设备,适用于有天然气供应的商业建筑、酒店、医院等。
 

2、热泵机组

热泵机组是一种机械装置,通过反循环迫使热量从低温体流向高温体,只需消耗少量反循环净功,就能获得大量热量供应。

 

风冷螺杆式热泵机组:可以制冷和制热,但COP(能效比)比较低,造价高。通过四通换向阀实现制冷/制热模式切换,适用于需要全年冷热供应的场所。
 
地源热泵:利用地下恒温层的热能作为热源,通过地下埋管系统与土壤进行热交换。具有能效高,运行稳定,环保节能等优点,适用于新建建筑,有足够土地面积用于地下埋管系统的场所。
 
水源热泵:利用地下水、地表水或工业废水作为热源,通过水源循环系统与水体进行热交换。具有效率高,运行稳定,适用于水资源丰富的地区等特点,适用于有稳定水源的地区,如靠近河流、湖泊的建筑。
 

3、锅炉

锅炉是能量转换设备,输入能量有燃料中的化学能、电能,输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。

 

热水锅炉:提供高温热水用于供暖,适用于冬季供暖系统。
 
蒸汽锅炉:提供蒸汽用于工业过程或供暖,适用于需要蒸汽的工业过程,如纺织、食品加工。
 
电锅炉:以电能为能源,规范要求蓄热,利用电能加热产生热水或蒸汽,适用于无天然气供应的地区,或需要精确温度控制的场所。

4、辅助设备

 
冷却塔:有开式、闭式、横流、逆流等类型。通过水与空气直接接触进行热交换,利用蒸发冷却降低水温,功能是将冷水机组冷凝器产生的热量排至室外空气,具有高效散热,减少系统能耗等优点,适用于水冷式冷水机组配套使用。
水泵:类型包括卧式、立式、端吸、双吸。功能是驱动水循环,分为冷冻水泵和冷却水泵。冷冻水泵将冷冻水从冷水机组送往室内末端设备;冷却水泵将吸收热量后的冷却水送回冷却塔排热。水泵是系统的“血液循环”,驱动冷水像血液一样流动。
 
空调末端设备:风机盘管将室内空气或室外混合空气通过表冷器进行冷却或加热后送入室内;柜式空气处理机组用于处理室内空气,实现热湿处理、净化等功能;组合式空气处理机组是多功能空气处理设备,适用于大型空间;冷辐射板通过辐射方式实现室内温度调节。
 

5、工作原理

空调系统是一个完整的循环系统,其工作原理可分为制冷循环和系统循环:

制冷循环:低压制冷剂液体在蒸发器吸热蒸发为汽态(吸收冷冻水的热量);吸热后的工质经过压缩机压缩,变为高温高压的过热蒸汽;进入冷凝器的工质向冷却介质释放热量后,凝结成饱和液体;冷凝后的工质经热力膨胀阀节流降压,变为湿蒸汽。
 
系统循环:冷冻水系统流程为冷水机组→冷冻水泵→末端设备→回冷水机组;冷却水系统流程为冷水机组→冷却水泵→冷却塔→回冷水机组。
 

6、应用与选择

选择空调主机系统时,需综合考虑多种因素,如建筑规模和冷热负荷需求、地理位置和气候条件、水资源状况和可用空间、初投资和运行成本、能源供应情况(天然气、电力等)、环保要求和能效标准等。

 

例如,水资源紧张地区可考虑蒸发冷却式机组;空间受限的项目适合风冷螺杆式机组;大型建筑适合离心式冷水机组;有天然气供应的场所可考虑直燃LiBr吸收式机组等。通过合理选择和配置空调主机系统,可以实现高效、节能、环保的空调效果,满足不同建筑和场所的舒适性需求。

文章来源:制冷百科
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