暖通空调-第7章-冷剂式空调系统

第7章 冷剂式空调系统

华北电力大学-荆有印

1．定义：冷剂式空调系统也称机组式系统，是空调房间的负荷由制冷剂直

接负担的系统。

制冷系统蒸发器或冷凝器直接从空调房间吸收(或放出)热量。

2．空调机组的组成

由空气处理设备(空气冷却器、空气加热器、加湿器、过滤器等)、通风机和

制冷设备(制冷压缩机、节流机构等)组成。

空调机组由制造厂家整机供应，用户按机组规格、型号选用即可。

3．机组式系统型式

目前，空调工程中最常见的机组式系统有：

(1)房间空调器系统。

(2)单元式空调机系统。

(3)变制冷剂流量空调系统。

(4)水环热泵空调系统。

7.1 冷剂式空调系统的特点

与集中式空调系统(中央空调系统)相比，机组式系统具有如下特点：

1．空调机组结构紧凑，体积小，占地面积小，自动化程度高。

2．空调机组可直接设置在空调房间内，也可安装在空调机房内，占机房面

积较小，只是集中空调系统的50％，机房层高相对较低。

3．机组分散布置，各空调房间可根据自己的需要开/停机组，使用灵活方便；

各空调房间不会互相污染、串声；发生火灾时，不会通过风道蔓延，对建筑防火

有利。机组分散布置，维修与管理较麻烦。

4．机组安装简单、工期短、投产快。风冷式机组在现场只要接上电源，即

可投入运行。

5．热泵空调机组系统节能和环保效益显着。

6．就地制冷、制热，冷、热量的输送损失少。

7．计量方便，便于分户计量，分户收费。

8．能源的选择和组合受限制。目前，普遍采用电力驱动。

9．制冷性能系数较小，一般在2.5-3范围内。不能实现全年多任务况节能

运行调节，过渡季也不能用全新风。

10．整体式机组系统，房间内噪声大，但分体式机组系统，房间的噪声低。

11．设备使用寿命较短，一般约十年。

12．机组系统对建筑物外观及周围环境影响。如噪声、凝结水、冷凝器热风

对周围环境的污染。

7.2 空调机组的分类

7.2.1按空调机组的外形

单元柜式空调机组、窗式空调器和分体式空调器

⑴单元柜式空调机组

是把制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、通风机、空气过滤器、加热器、加湿器、

自动控制装置等组装在柜式箱体内的空调机组。

可直接安装在被调房间或邻室内。

国产单元柜式空调机组制冷量范围为:

7-116.3kW(6000-100000kcal/h)；

最常见单元柜式空调机组的制冷量为：

23kW(20000kca/h)和35kW(30000kcal/h)。

⑵窗式空调器

是安装在窗口上或外墙上的一种小型房间空调器。

冷量1.5-7kW(1300-6000kcal)，压缩机功率0.4-2.2kW，电源可为单相，也

可为三相。

可使房间温度控制在18-28℃，最大偏差为±2℃。

⑶分体式空调机组

是把制冷压缩机、冷凝器(热泵运行时蒸发器)同室内空气处理设备，

分开安装的空调机组。

冷凝器与压缩机组成一机，置于室外，称室外机；空气处理设备自成一机，

置于室内，称室内机。

室内机有壁挂式、落地式、吊顶式、嵌入式等。

室内机和室外机之间用制冷剂管路连接。

7.2.2按空调机的用途

恒温恒湿空调机、冷风机、房间空调器和特殊用途的空调机组

⑴恒温恒湿空调机组

适用于精密机械、光学仪器、电子仪表等车间及计量室、科研实验

室等有恒温恒湿要求的房间。

房间基准要求可控制在20-25℃，精度可在±1℃，相对湿度为50％-60％

±10％。

⑵冷风机组

用于夏季降温去湿。

适用于民用与公用建筑的舒适性空调系统。

其控制温度为24-27℃±2℃，相对湿度40％-70％。

⑶房间空调器

指制冷量在12kW以下(我国规范规定)风冷式、冷风型(或热泵型)的小型空

调机组。

主要用于家庭或房间的舒适性空调。

⑷特殊用途的空调机组

是根据某些被调房间提出的特殊要求，而由工厂组装成的专用空调机组。

如电子计算机房的专用空调机组，程控机房专用空调机组、低温空调机组、

净化空调机组和谷物冷却机等。

7.2.3按空调机组制冷系统的工作情况

热泵式空调机组和单冷式空调机组。

⑴热泵式空调机组

通过换向阀的变换，冬季实现制热循环，夏季实现制冷循环。

⑵单冷式空调系统

仅在夏季运行，实现制冷循环。

7.2.4按制冷系统冷凝器形式

水冷式空调机组和风冷式空调机组。

⑴水冷式空调机组

制冷系统以水作为冷却介质，用水带走其冷凝热。一般设置冷却塔，冷却水

循环使用。

⑵风冷式空调机组

制冷系统以空气作为冷却介质，用空气带走其冷凝热。

制冷性能系数比水冷空调机组低；无须设置冷却塔和循环水泵，安装与运行

简便。

7.3 房间空调器

7.3.1 窗式空调器

有单冷式和热泵式。

1．单冷式窗式空调器

⑴组成

由空气处理和制冷系统两部分组成。如图7-1为窗式空调器（单冷式）的系

统原理图。

图7-l 窗式空调器系统原理图

1-制冷压缩机 2-室外侧换热器 3-室内侧换热器 4-毛细管

5-过滤器 6-离心式风机 7-轴流风机 8-新风阀

9-排风阀 10-风机电机 11-送风口

⑵工作原理

当接通电源后压缩机及风机投入运转。

①制冷剂循环路线

系统内的制冷剂F22的低压气体→低压管→压缩机l（压缩成高压气体）→

冷凝器2（被空气冷却成液体）→毛细管4（节流）→蒸发器3（吸收外界空气

热量蒸发成气体）→压缩机l

②空气循环路线

2．热泵式空调器

如果在单冷式空调器中增加一个四通换向阀，就可组成热泵式空调器，如图

7-2所示。

热泵式窗式空调器夏季可供冷，冬季可供暖。

夏季供冷时，通过四通换向阀把室内换热器作为蒸发器，利用液态制冷剂气

化直接吸取室内空气的热量；把室外换热器作为冷凝器，将冷凝热量释放到室外

空气中去。

冬季供热时，通过四通换向阀把室内换热器变为冷凝器，用制冷剂的冷凝热

量加热室内空气；把室外换热器作为蒸发器，从室外空气中吸取低位热量。

图7-2 热泵式窗式空调器系统原理图

1-制冷压缩机 2-室外侧换热器 3-室内侧换热器 4-毛细管

5-过滤器 6-离心式风机 7-轴流风机 8-新风阀 9-排风阀

10-风机电机 11-送风口 12-四通换向阀

7.3.2 分体式空调器

1．组成

由室内机和室外机组成。如图7-3所示。

室内机由风机1、蒸发器2、过滤器3、进风口4、送风口5等组成；

室外机由制冷压缩机6、冷凝器7、风机8等组成。

2．工作原理

图7-3 分体式空调器原理图

1-离心式风机 2-蒸发器 3-过滤器 4-进风口

5-送风口6-压缩机 7-冷凝器 8-轴流风机 9-制冷剂配管

⑴制冷剂循环线路

低压制冷剂液体→ 蒸发器2（吸热蒸发成为低压蒸汽） → 压缩机（变成

高温蒸汽）→ 冷凝器（放热变成高压低温液体） → 毛细管（节流） → 变成

低压低温液体。

⑵空气循环线路

室内空气→室内机进风口→过滤器3→离心风机1→蒸发器2（冷却成冷风）

→送风口→室内。

室外空气→室外机冷凝器→轴流风机→室外。

分体式空调器也有单冷式和热泵式。

3．安装要求

一般情况下，分体式空调器室内机与室外机之间的距离不大于5m，最长不

超过10m；室内机与室外机之间的高度差不超过5m。

7.3.3 一台室外机联两台或三台室内机型房间空调器系统

又称一机多室或一拖多。也有单冷式和热泵式。

1．工作原理：与一拖一机组类似。

2．外形：其室内机外形与一拖一的完全一样，但室外机的体积较大一些。

3．型式

⑴图7-4单台压缩机拖动两台室内机

⑵图7-5两台压缩机分别拖动各台室内机组

实质上是两套独立制冷系统，只是室外机合在一个机壳内。

⑶图7-6是一台室外机装两台压缩机

一台压缩机拖动一台室内机，另一台拖动两台室内机。

图7-4 单台压缩机拖 图7-5 两台压缩机分 图7-6 一台压缩机拖动一台室

动两台室内机 别拖动各台室内机 内机，另一台拖动两台室内机

7.3.4 房间空调器的选择

市场上的房间空调器品种繁多，型号各异，功能多样，价格相差悬殊。房间

空调器又是家用电器中的一个大件商品。因此，如何选择空调器以达到最佳的使

用效果，显得十分重要。

1.首先了解空调器的品牌、主要技术性能指标及售后服务情况。

主要技术性能指标：制冷量、制热量、风量、输入功率、性能系数、噪声等。

2．机组选型

根据房间功能、对空调要求、安装条件、气候条件等选择机型。

⑴北方建筑都有采暖设施，可选单冷式，作夏季空调用；当然也可选热泵式，

以便在供暖前、后使用。

⑵黄河以南地区，当建筑内无集中采暖设施，且冬季要求采暖时，可选用热

泵型机组。

⑶对旧建筑装分体式空调比较适宜。如对建筑立面美观有要求时，可选窗式

空调器。

⑷两个房间同时进行空调的时间很少时，宜分别选用空调器，或选用两台压

缩机拖动两台室内机的空调器。两个房间经常同时进行空调时，则可选用一台压

缩机拖动两台室内机的空调器。

⑸当房间负荷变化比较大，且空调季长时，宜选用变频空调器；当空调季短

或每天使用时间少时，不宜选用变频空调器，否则所增加费用未必能回报。

3.空调器容量选择

⑴根据房间总冷量来确定空调器容量的大小。

⑵若选热泵式空调器，则应同时满足冬季供热和夏季供冷的要求。

对一般住宅，冷负荷一般约70-l00W/m(考虑有定时开窗换气)，如果空调器

2

2

间歇工作，为使房间开机后很快能降温，可按冷负荷120-140W/m选用空调器。

7.4 单元式空调机组

单元式空调机组适用于商业建筑和工业建筑。

1．组成

由空气处理设备、制冷设备、风机和自控系统组成单元整体式机组。

2．功能

可直接对空气进行加热、冷却、加湿、去湿等处理。

3．特点

结构紧凑、占地面积小、调节范围广、调节方便、安装和使用方便。

7.4.1 HR-20热泵式恒温恒湿空调机

图7-7为HR-20热泵式恒温恒湿空调机组流程图。夏季供冷,冬季供热。HR-20

机组夏季制冷量为23kW，冬季制热量为14kW。

1．工作原理

⑴夏季供冷工况

空气侧换热器6为蒸发器，水侧换热器2为冷凝器，有一组风冷冷凝器作为

空气二次加热器8，利用部分冷凝热量。其制冷剂流程为：

⑵冬季供热工况

空气侧换热器6为冷凝器，水侧换热器2为蒸发器。其制冷剂流程为：

低压冷剂气体→压缩机l→四通换向阀10→空气侧换热器6（冷凝）→双向

膨胀阀4→干燥器3→水侧换热器2（蒸发）→四通换向阀10→液体分离器5（低

压冷剂气体）→压缩机l。

2．特点

⑴用部分冷凝热量作再次加热，节省电加热的电能和冷却水的消耗。⑵运行

表明，采用再次加热后，可达到±l℃的恒温要求。

⑶在换向时，由于冷凝器转换为蒸发器，可能引起大量液体返回压缩机，在

系统中设有液体分离器，可防止液击现象发生。

图7-7 HR-20空调机流程图

l-压缩机 2-水换热器 3-干燥器 4-双向膨胀阀

5-液体分离器 6-空气换热器 7-电磁阀 8-二次加热器

9-风机 10-四通换向阀 11-空气过滤器

7.4.2屋顶式空调机

屋顶式空调机属大、中型单元整体式机组，多安装于屋顶，故称屋顶式空调

器。

1．功能

集制冷、加热、送风、空气净化、电器控制等于一身，如图7-8所示。

图7-8 屋顶式空调机

2．组成

由压缩冷凝段、蒸发过滤段、送风段三段组成。

3．特点

⑴结构紧凑，自带冷源，风冷式冷凝器，省去冷却水系统。多以模块化设计，

组合方便。

⑵结构上考虑了防雨措施，安装于屋顶或室外平台上时，可不另设

防雨及遮阳设施。

⑶自动化程度高。

⑷机内运动部件已设减震装置，外部一般无减震要求。

⑸制冷量大、制冷回路简单、可靠性高；冷凝器和蒸发器一般是由带铝翅片

的铜管制作，传热效率高。

⑹机组不占房间内的有效面积。

7.4.3 电子计算机房专用空调机组

是根据电子计算机房对空调的特殊要求设计制造的专用空调机组。

主要分成两大类：水冷式和风冷式机组。

电子计算机房专用空调机组与普通恒温恒湿机相比，具有如下特点：

(1)机组风量大(风量约是一般恒温恒湿机组的两倍)，蒸发温度高，送风焓

降小，显热比大，适合计算机房湿负荷小的特殊要求。

(2)机组设有初效和中效两级空气过滤器，以满足计算机房洁净度的要求。

(3)机组送风形式常为下送风，上回风。机组安装简便灵活，投资少，占地

少，也可直接放置在计算机房内。

(4)机组通常设有两套独立的制冷系统，以计算机全年连续不断地运行地要

求。

(5)自动控制送风温湿度的调节范围及控制精度为温度17-20℃±2℃，湿度

45％-65％±5％。

(6)为节约运行能耗，有时专用机组设有自然供冷系统。

当室外空气温度低于1.6℃时，机组中乙二醇自然冷却系统就可提供全部冷

量。当室外空气温度在1.6-18.3℃时，提供部分冷量，从而可

减少制冷压缩机的运行小时数。

7.4.4低温空调机组

低温空调机组主要用于有低温空调环境要求的场合。

如感光器材、录音带、文史资料、医药卫生用品、化工品等的贮藏，农业种

子的贮存和培育，相纸厂、茶叶厂等某些生产工艺过程提出低温的特殊空调环境

要求的场合。

以HD-9型低温空调机组为例介绍低温空调机组的参数、流程及特点。

1．主要性能参数

制冷能力 10.46kW(9000kcal/h)

风量 8000m/h

3

加湿能力 5kg/h

机组总电功率 9.1kW

机组外形尺寸 1500mm×890mm×2100mm

2．工作原理

图7-9为HD-9型低温空调机组的流程图。

制冷剂流程线路：

空气流程线路：

过滤器16→蒸发器6→二次加热器7→风机8→送风口。

3．特点

(1)HD-9型低温空调机组采用小焓降大风量。

(2)蒸发器采用铜管串整体波纹铝片的结构。

(3)采用全循环风系统。

(4)设有热气冲霜系统。

图7-9 HD-9型低温空调机组流程图

1-压缩机 2-冷凝器 3-干燥过滤器 4-热交换榜液器

5-膨胀阀 6-蒸发器 7-二次加热器 8-风机 9-电加热器(用

户自配) 10-加湿器 11-冲霜电磁阀 12-二次加热电磁阀

13-积水盘加热器 14-电接点温度计 15-714晶体管继电器

16-空气过滤器

7.4.5 单元式空调机组选择设计要点

主要任务是：合理选用机组、组成空调系统，以满足用户对温湿度的要求。

1．根据空调房间室内要求，计算冷负荷和湿负荷，确定新风量及新风冷负

荷。

2．根据用户的实际条件与参数，选择空调机组的冷却方式（水冷或风冷）；

确定空调系统的集中程度（集中系统或分散系统）；确定空调机组放置方式（机

房或空调房间就地放置）。

3．根据空调房间的总冷负荷(包括新风负荷)和h-d图上处理过程的实际要

求，查空调机组的特性曲线或性能表，确定机组的容量与台数。

4．对集中系统，需进行房间气流组织、风量分配与风管道的设计与计算。

7.5 变制冷剂流量系统(VRV)

变制冷剂流量系统(VRV全称Varible Refrigerant Vo1ume)是为适应空调机

组集中化使用需要，在分体式和多联式空调系统基础上发展起来的一种新冷剂空

调系统。代表了单元式空调机组发展的新水平。

7.5.1 VRV系统的组成

室外机、室内机、制冷剂配管(管道、管道分支配件等)和自动控制器件及系

统等组成。

1. K系列VRV系统

图7-10为变频控制K系列VRV系统。

图7-10 变频控制K系列VRV系统

该系列又分三个系列：热回收、热泵(夏季供冷、冬季供热)和单

冷型系列。

热回收式可同时供冷和供暖。它用于有内区的建筑（内区全年有冷负荷），

可实现同时对周边区供暖和内区供冷及回收内区的热量。

⑴室外机

压缩机采用变频技术，随空调负荷变化，通过改变压缩机的转速，调整制冷

剂R22的循环量。

热泵、单冷式室外机有三种规格，名义工况冷量分别为：14.5、22.4、28.8kW，

它们分别最多可按8、13、16台室内机。

热回收室外机有两种规格，名义工况冷量分别为23、28kW，它们最多可接8

台室内机。

⑵室内机

由盘管、风机、电子膨胀阀等组成。

有壁挂式、立式明装、立式暗装、卧式明装、卧式暗装、天花板嵌入式(卡

式)等机型。

用上述几种规格的室外机可组成各种容量的空调系统。

对于冷负荷较大的建筑，可能需多台室外机，会导致室外机与室内机间连接

的管路太多。为此，对K系列进行了改进，发展成“超级K”系列VRV系统。

2．“超级K”系列VRV系统

图7-11 “超级K”系列VRV系统。

⑴标准型室外机规格

其名义冷量分别为22.4kW和28kW。

⑵室外机的组合形式

由2台或3台标准型室外机组合而成，其中1台是变频型，另1台或2台是

恒速型。

因此，可以组合的最大系统的名义制冷量为84kW。

⑶室外机与室内机的配置

由两台标准室外机组成的系统，最多可接20台室内机；3台标准室外机组

成的系统最多可接30台室内机。

3．“超级K”系列与K系列的区别

不同之处是“超级K”系列在系统中增加了“功能机”。

功能机的作用是连接所有室内机的液体、气体总干管分别接到2台或3台标

准室外机上，并平衡各台压缩机的压力和润滑油量。如图7-12所示。

图7-12 冷风型的功能机与室外机的连接

1-涡旋式压缩机 2-液体分离器 3-冷凝器 4-贮液器

5-液体管 6-平衡管 7-吸气管 Vl、V2-电磁阀

⑴2台冷凝器的出液管分别与功能机中的贮液器连接；

⑵由室内机来的吸气管在功能机中分2路分别接到2台室外机的液体分离

器。

⑶平衡管平衡2台室外机的排汽压，同时又是2台室外机润滑油互相转移的

通路。

当变频室外机的润滑油量超出一定量时，压缩机将多余的油压出经电磁阀

Vl压人恒速室外机中；反之，则通过V2将油从恒速室外机转移到变频室外机中。

7.5.2 系统配管

1. 系统配管基本要求

图7-13给出热泵(或单冷)VRV系统的制冷剂管路系统。由图可见:

⑴VRV系统可使室内外配管最长达100m；

⑵室外机和室内机间最大高差可达50m；

⑶同一系统中的室内机之间的高差最大为15m；

⑷室外机之间的高差应小于4m；

⑸室外机与功能机之间的高差也应小于4m。

图7-13 制冷剂管路系统

2．系统配管的连接方式

⑴配管接头的分支连接方式

如图7-14所示。通过制冷剂分支接头构成分支管网，分支管网将各室内机

连接在同一制冷剂管道上。

适用于垂直距离或水平距离较长的空调场所。

图7-14 配管接头的分支连接方式

⑵端管的分支连接方式

如图7-15所示。通过制冷剂多分支端管(4分支、6分支和8分支式)，将各

室内机连接在同一制冷剂管道上。

适用于有多室空调的场所，利用端管上的剩余分支，还可灵活的增加室内机。

图7-15 端管的分支连接方式

⑶配管接头与端管的混合分支连接方式

将图7-15中a处接到图7-14的a处，即是上述两种分支连接方式的组合。

它适合房间布置较复杂的空调场所。

7.5.3 VRV系统的特点

VRV系统与传统的空调系统相比，具有如下特点：

1．设备少，管路简单，节省建筑面积与空间。

2．布置灵活。

3．具有显着的节能效益。

系统容量可在5％-100％之间调节，完全可以满足不同季节不同负荷的要

求，如图7-16所示。在低负荷(额定负荷的30％)下运行时，机组的性能系数值

仍可达3.4左右。室内机可单独控制。将制冷剂送入室内，直接冷却室内空气，

能源利用率高（无二次换热）。

图7-16 30HP组合式室外机频率控制

4．运行管理方便，维修简单。

VRV系统具有多种控制方式，对室内机可选用有线或无线遥控器。系统具有

故障自动诊断功能，可自动显示故障类型和部位。

5．VRV系统的初投资大。

目前，VRV产品的价格偏高，用户仍难以接受。

7.5.4新风输送方式

1．室内机自吸新风

每层或整个建筑物设置新风的总进风管，然后通过分支管与室内机相连。新

风负荷一般由室内机承担。

该方式不宜在寒冷地区使用。应采取技术措施，防止室内机停止运行时，室

外空气侵入空调房间。

2．利用可接风管的室内机处理新风送到每个房间。

3．采用带有全热交换器的新风机组，用排风预冷(热)新风。

4．采用自带制冷机的专用分体式新风机组。

可在建筑物每层或每个区设置一台或多台新风机组，新风通过风道送入每个

房间。

7.6 水环热泵空调系统

水环热泵空调系统：是用水环路将小型的水/空气热泵机组并联在一起，构

成一个以回收建筑物内余热为主要特点的热泵供暖、供冷的空调系统。是小型的

水/空气热泵机组的一种应用方式。

7.6.1 水环热泵空调系统的组成

图7-17给出典型的水环热泵空调系统原理图。由图可见，水环热泵空调系

统由三部分组成：

(1)室内水源热泵(水/空气热泵)；

(2)水循环环路；

(3)辅助设备(冷却塔、加热设备、蓄热装置等)。

图7-17 水环热泵空调系统原理图

l-水/空气热泵机组 2-闭式冷却塔 3-加热设备(如燃油、

气、电锅炉) 4-蓄热容器 5-水环路的循环水泵

6-水处理装置 7-补给水水箱 8-补给水泵 9-定压装置

1．室内水源热泵机组（水/空气热泵）

⑴组成

由制冷压缩机、制冷剂/水热交换器、制冷剂/空气热交换器、节流机构、四

通换向阀、风机和空气过滤器等部件组成。

⑵工作原理

如图7-18所示。与热泵式空调机(图7-7)、热泵式窗式空调器(图7-2)相同。

①制冷方式运行

 冷剂循环线路：

 空气路线：空气→冷剂/空气换热器2（冷风）→室内

②供热运行方式

 冷剂循环线路：

 空气路线：空气→冷剂/空气换热器2（热风）→室内

图7-18 水源热泵工作原理图

(a)制冷方式运行 (b)供热方式运行

l-全封闭压缩机 2-制冷剂控气热交换器 3-制冷剂/水热交换器

4-四通换向阀 5-毛细管 6-过滤器 7-风机

⑶机组的形式

卧式(暗装)、立式暗装、立式明装、柱式、屋顶卧式等。

2．水循环环路

如图7-17所示，所有室内水源热泵机组都并联在一个水环路系统上。

⑴设计要点

①保持环路水力稳定性，管道布置，尽可能选用同程系统。采用异程系统时，

设计中应注意各支管间的压力平衡问题。

②水环路要尽量采用闭式环路。系统内的水基本不与空气接触，对管道、设

备的腐蚀较小。

⑵水环路上需设置的设备及附件

①定压装置。通常采用膨胀水箱定压、气体定压

罐和补给水泵定压；

②排水和放气；

③补水系统；

④水处理装置与系统；

⑤循环水泵及其附件。

⑶水源热泵运行方式

根据空调场所的需要，水源热泵可能按供热工况运行，也可能按供冷工况运

行。这样，可能出现如图7-19所示的5种运行工况：

图7-19运行工况

(a)冷却塔全部运行 (b)冷却塔部分运行 (c)热收支平衡

(d)辅助热源部分运行 (e)辅助热源全部运行

l-水/空气热泵机组 2-冷却塔 3-辅助热源 4-循环泵

□机组供暖 ■机组供冷

①在夏季，各热泵机组都处于制冷工况，向环路中释放热量，冷却塔全运行，

将冷凝热量释放到大气中，使水温下降到35℃以下。

②大部分热泵机组制冷，使循环水温度上升，到达32℃时，部分循环水流

经冷却塔。

③在一些大型建筑中，建筑内区往往有全年性冷负荷。因此，在过渡季，甚

至冬季，当周边区的热负荷与内区的冷负荷比例适当时，排入水环路中的热量与

从环路中提取的热量相当，水温维持在13-35℃范围内，冷却塔和辅助加热装置

停止运行。

系统中设有蓄热容器，可暂存多余的热量。

④大部分机组制热，循环水温度下降，到达13℃时，投入部分辅助加热器。

⑤在冬季，可能所有的水源热泵机组均处于制热工况，从环路循环水中吸取

热量，全部辅助加热器投入运行，保证循环水水温不低于13℃。

3．辅助设备

水环热泵空调系统的辅助设备主要有：排热设备、加热设备和蓄热容器等。

(1)排热设备

有闭式冷却塔（图7-17）和开式冷却塔。

开式冷却塔与水环路应采用间接连接，如图7-20所示。

有充裕水资源的地方，可直接利用水，如图7-21所示的连接方式。

图7-20 开式冷却塔加换热设备 图7-21 天然冷源加换热设备方案

(2)加热设备

①水加热设备

电热锅炉、燃油(气)锅炉、水—水换热器、汽—水换热器等。

②空气电加热器

(3)蓄热容器

蓄热容器用来平衡内区制冷机组向环路中释放的冷凝热与周边区制热机组

从环路中吸取的热量，以降低了冷却塔和水加热器的年耗能量。

7.6.2 水环热泵空调系统的特点

1．调节方便。

2．可同时供冷供暖。

3．建筑物热回收效果好。

4．系统布置紧凑、简洁灵活。

5．便于分户计量和计费。

6．便于安装与管理。

7．小型的水源热泵机组的性能系数低于大型冷水机组。

8．制冷设备直接放在空调房间内，噪声大。

9．设备费用高，维修工作量大。

7.6.3 水环热泵空调系统的控制

控制要求主要有：

① 水源热泵机组的控制与保护；

②辅助设备(冷却塔、水加热设备、蓄热容器、循环泵等)的控制和保护；

③系统的控制与保护。

1．机组的控制与保护

控制与保护功能：供暖与制冷工况转换、室温设定、检测机组的运行状态(压

缩机和风机状态、送风温度、区域温度等)、诊断机组的状态(出水温度、高压限

制、传感器故障等)、停机后的保护启动、自动保护、报警等。

机组的控制与保护由生产厂家提供。

2．附属设备的控制

(1)冷却塔控制

闭式冷却塔的控制是通过检测水环路水温进行分级排热。其控制策略为：

①环路水温升至29℃时，冷却塔风阀开启，进行自然对流排热；

②环路水温升至30℃时，淋水开始，利用冷却塔喷淋水蒸发冷却排热；

③环路水温升至31℃时，风机低速运行，开始强迫对流和蒸发冷却排热；

④环路水温升至32℃时，风机高速运行，加强排热；

⑤环路水温升至40℃时，“高温”指示灯亮，发出高温报警；

⑥环路水温升至46℃时，“高温停机”指示灯亮，并使水源热泵机组停机。

对于开式冷却塔系统的控制策略为：

①控制冷却塔的运行台数；

②在冷却水供、回水管上设电动旁通阀，通过控制旁通阀开度达到控制循环

水供水温度的目的。但是，要注意冷却塔的防冻保护。

(2)水加热设备的控制

水加热设备也是通过检测环路水温(一般在l0-20℃范围内)来进行分级补

热。具体的控制步骤如下：

①环路水温降至13℃时，水加热设备投入运行；

②环路水温升至16℃时，水加热设备停止运行；

③水温降至7℃时，要求发出低温报警；

④水温降至4℃时，低温停机。

但是，要注意：

①当水加热器采用电加热器时，可对电加热分档投入。

②当采用燃气(油)锅炉时，可对燃烧器燃料的供应量和燃烧时间进行分级投

入。

(3)蓄热容器的控制

一般是通过三通阀来调节环路水和蓄热容器中水的混合比，使回水环路水温

保证在设定温度以上。

(4)循环水泵的控制

①主循环水泵应连续运行，当系统循环水流量不足时，备用水泵投入运行；

如果水流量还不足时，应停止系统运行，进行检查，直至手动复位为止。

②循环水泵与系统中所有水源热泵机组联锁。

③正常情况下，可利用时间积算器，使主循环泵和备用循环泵交替运行，以

延长泵的使用寿命。

3．系统的控制

(1)环路水温控制

环路设计水温范围一般为10-35℃，要求通过检测水环路的感温器来保证环

路设计水温。夏季由冷却塔来控制环路水温，冬季由水加热设备来控制环路水温。

(2)水流保护控制

水系统上设置水流开关和循环泵进出口处设置压差开关。当检测到系统水流

减小时，会自动投入备用水泵。若水流量不能恢复，将会使热泵机组关闭。

7.6.4混合式系统

水源热泵机组可以设计成独立的空调系统(如图7-17)，也可以同其它空调

设备共同组合成新的空调系统，常称此类系统为混合式系统。

1．带冷水机组的水环热泵混合系统

一般来说，大型冷水机组的制冷性能系数(COP)〉水源热泵机组的制冷性能

系数。

对于固定的或大量的冷负荷场所(如大型办公室的内区)，可以选用大型冷水

机组，而对于既有冷负荷又有热负荷的周边区，设置水源热泵系统，如图7-22

所示。

这样，冷水机组的冷凝热排入水环热泵的水环路中，用于周边水源热泵的供

热，使混合系统的运行能耗降低。

图7-22 带离心式冷水机组的水环热泵混合系统

1-水空气热泵机组 2-离心式冷水机组 3-水环路循环泵

4-水加热设备 5-冷却塔 6-风机盘管水系统循环泵 7-风机盘管

2．带单元柜式空调机组的水环热泵混合系统

在建筑物内区设置单元柜式空调机组，向内区供冷。在周边区设置水源热泵

空调机组，向周边区供冷或供热。如图7-23所示。

另外，单冷式机组的价格也比热泵机组便宜。

图7-23 带单元式空调机组的水环热泵混合系统

2-单元式空凋机组 1、3、4、5-同图7-22

7.6.5外部能源

太阳能、水(地表水、井水、河水等)、土壤、空气均可作水环热泵空调系统

的外部能源。

7.7 机组系统的适用性

1．窗式空调器、分体式空调器、单元式空调机是住宅和布置分散的工作、

娱乐、服务场所的供冷与供暖的理想系统。

2．对于较大空间(如餐厅、小型会议室等)，可考虑采用多台机组合用的机

组式系统。

3．一拖多系统可用于多居室的家庭或别墅、中、小型办公楼及其它类型建

筑物。

4．基于机组系统的特点，它适用于空调房间布置分散、空调使用时间要求

灵活、无法设置集中式冷热源的场合，还适用于旧建筑改造和工艺经常变更等的

场合。

5．机组系统除满足民用之外，还可以广泛地应用于有特殊功能要求的场合。

6．水环热泵空调系统宜用在建筑规模较大的场合，内区面积要大于或接近

于周边区。

若建筑物内区热负荷小或无内区热负荷时，只要具有良好的外部热源(如太

阳能、工业用冷却水、井水、河水等)，仍会收到显着的节能效益和环保效益。

7．变制冷剂(VRV)系统适用于多房间的中小型建筑及旧建筑的空调改造工

程。