商场中央空调原理图

中央空调系统介绍

5.1中央空调概念

空气调节（简称空调），就是把经过一定处理后的空气，以一定的方式送入室内，使

室内空气的温度、相对湿度、清洁度和流动速度等控制在适当的范围内以满足生活舒适和

生产工艺需要的一种专门技术。中央空调系统是由一台主机（或一套制冷系统或供风系统）

通过风道送风或冷热水源带动多个未端的方式来达到室内空气调节的目的的空调系统。

5.2空调系统分类

空调根据不同的分类标准,可以分为如下几类:

5.2.1按输送工作介质分类

5.2.1.1全空气式空调系统

空调房间内的热湿负荷全部由经过处理的空气负担的空调系统，称为全空气空调系统，

又叫做风管式空调系统。全空气空调系统以空气为输送介质，它利用室外主机集中产生冷

／热量，将从室内引回的回风（或回风和新风的混风）进行冷却/热处理后，再送人室内消

除其空调冷／热负荷。

图5.1风管式中央空调系统

全空气空调系统的优点是配置简单，初始投资较小，可以引入新风，能够提高空气质

量和人体舒适度。但它的缺点也比较明显：安装难度大，空气输配系统所占用的建筑物空

间较大，一般要求住宅要有较大的层高，还应考虑风管穿越墙体问题。而且它采用统一送

风的方式，在没有变风量末端的情况下，难以满足不同房间不同的空调负荷要求。

5.2.1.2冷/热水机组空调系统

空调房间内的热（冷）湿负荷全部由水负担的空调系统，称为冷/热水式空调系统。冷

/热水式空调系统的输送介质通常为水或乙二醇溶液。它通过室外主机产生出空调冷/热水，

由管路系统输送至室内的各末端装置，在末端装置处冷/热水与室内空气进行热量交换，产

生出冷/热风，从而消除房间空调冷/热负荷。

图5.2冷/热水机组中央空调系统

该系统的室内末端装置通常为风机盘管。目前风机盘管一般均可以调节其风机转速

（或通过旁通阀调节经过盘管的水量），从而调节送人室内的冷／热量，因此可以满足各

个房间不同需求，其节能性也较好。此外，它的输配系统所占空间很小，因此一般不受住

宅层高的限制。但此种系统一般难以引进新风，因此对于通常密闭的空调房间而言，其舒

适性较差。

5.2.1.3空气—水式空调系统

空调房间内的热湿负荷由水和空气共同负担的空调系统，称为空气—水式空调系统。

其典型的装置是风机盘管加新风系统。空气—水式空调系统是由风机盘管或诱导器对空调

房间内的空气进行热湿处理，而空调房间所需要的空气由集中式空调系统处理后，再由送

风管送入各空调房间内。

空气—水式空调系统解决了冷/热水式空调系统无法通风换气的困难，又克服了全空气

系统要求风道面积比较大、占用建筑空间多的缺点。

5.2.1.4制冷剂式空调系统

制冷剂式中央空调系统，简称VRV（VariedRefrigerantVolume）系统，它以制冷

剂为输送介质，室外主机由室外侧换热器、压缩机和其他附件组成，末端装置是由直接蒸

发式换热器和风机组成的室内机，冷媒直接在风机盘管蒸发吸热进行制冷。一台室外机通

过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体。通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内

各换热器的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷/热负荷要求。

图5.3制冷剂式中央空调系统

制冷剂式空调系统具有节能、舒适、运转平稳等诸多优点，而且各房间可独立调节，

能满足不同房间不同空调负荷的需求。但该系统控制复杂，对管道材质、制造工艺、现场

焊接等方面要求非常高，且其初投资比较高。

5.2.2根据主机

根据主机类型可以将空调分为压缩式和吸收式两大类。

5.2.2.1压缩式

包括活塞式、螺杆式（分单螺杆和双螺杆两种）、离心式和涡旋式。

5.2.2.2吸收式

⑴按用途分类

①冷水机组，供应空调用冷水或工艺用冷水。冷水出口温度分为7℃、10℃、13℃、

15℃四种。

②冷热水机组，供应空调和生活用冷热水。冷水进、出口温度为12℃／7℃；用于采

暖的热水进出口温度为55℃/60℃。

③热泵机组，依靠驱动热源的能量，将低势位热量提高到高势位，供采暖或工艺过程

使用。输出热的温度低于驱动热源温度，以供热为目的的热泵机组称为第一类吸收式热泵；

输出热的温度高于驱动热源温度，以升温为目的的热泵机组称为第二类吸收式热泵。

⑵按驱动热源分类

①蒸汽型，以蒸汽为驱动热源。单效机组工作蒸汽压力一般为0.1MPa（表）；双效机

组工作蒸汽压力为0.25～0.8MPa（表）

②直燃型，以燃料的燃烧热为驱动热源。根据所用燃料种类，又分为燃油型（轻油或

重油）和燃气型（液化气、天然气、城市煤气）两大类。

③热水型，以热水的显热为驱动热源。单效机组热水温度范围为85～150℃；双效机

组热水温度＞150℃。

⑶按驱动热源的利用方式分类

①单效，驱动热源在机组内被直接利用一次。

②双效，驱动热源在机组的高压发生器内被直接利用，产生的高温冷剂水蒸气在低压

发生器内被二次间接利用。

③多效，驱动热源在机组内被直接和间接地多次利用。

5.2.3按服务对象不同分类

一般把用于工业生产和科学试验过程中的空调称为“工艺性空调”，而把用于保证人体

舒适度的空调称为“舒适性空调”。工艺性空调在满足特殊工艺过程特殊要求的同时，往往

还要满足工作人员的舒适性要求。因此二者是密切相关的。

5.2.3.1舒适性空调

舒适性空调的任务在于创造舒适的工作环境，保证人的健康，提高工作效率，广泛应

用于办公楼、会议室、展览馆、影剧院、图书馆、体育场、商场、旅馆、餐厅等。

5.2.3.2工艺性空调

⑴夏季以降温为主的空调，以保证工人手中不出汗为主要目的，对室内温度和相对湿

度没有严格的精度要求，如纺织工业、印刷工业、钟表工业、胶片工业、食品工业、卷烟

工业、粮食仓库等空调系统。

⑵恒温恒湿性空调，对室内温度和相对湿度均有严格要求的空调工程，常用于精密机

械工业及一些仪表计量室等。如电子工业、仪表工业、合成纤维工业及科研机构的控制室、

计量室、检验室、计算机房等要求恒温恒湿的室内环境。

⑶洁净空调，要求空调房间内空气达到一定洁净程度的空调工程，不仅要求一定的温

湿度，而且还对空气的含尘量、颗粒大小有严格要求，常用于电子、精密仪器实验室、半

导体工业的“工业洁净室”和制药车间、无菌试验室、烧伤病房、医院手术室等“生物洁

净室”。

⑷人工气候，模拟高温、高湿或低温、低湿及高空气候环境，对工业产品进行质量考

核的空调工程。

5.2.4按空气处理设备的情况分类

5.2.4.1集中式空调系统

集中式空调系统是指在同一建筑内对空气进行净化、冷却（或加热）、加湿（或除湿）

等处理，然后进行输送和分配的空调系统。

集中式空调系统的特点是空气处理设备和送、回风机等集中在空调机房内，通过送回

风管道与被调节空气场所相连，对空气进行集中处理和分配；集中式中央空调系统有集中

的冷源和热源，称为冷冻站和热交换站；其处理空气量大，运行安全可靠，便于维修和管

理，但机房占地面积较大。

5.2.4.2半集中式空调系统

半集中式空调系统又称为混合式空调系统，它是建立在集中式空调系统的基础上，除

有集中空调系统的空气处理设备处理部分空气外，还有分散在被调节房间的空气处理设备，

对其室内空气进行就地处理，或对来自集中处理设备的空气再进行补充处理，如诱导器系

统、风机盘管系统等。这种空调适用于空气调节房间较多，而且个房间空气参数要求单独

调节的建筑物中。

集中式空调系统和半集中式空调系统通常可以称为中央空调系统。

5.2.4.3分散式系统

分散式系统又称为局部式或独立式空调系统。它的特点是将空气处理设备分散放置在

各个房间内。人们常见的窗式空调器、分体式空调器等都属于此类。

5.2.5根据冷凝器冷凝方式

根据冷凝器的冷却方式可以将主机分为风冷式和水冷式，主要区别在于水冷式的有冷

却循环系统，存在冷却泵和冷却塔风机。

图5.4水冷式制冷原理图

普通型水冷式冷水机组在结构上的主要特点是冷凝器和蒸发器均为壳管换热器，它有

冷却水系统的设备（冷却水泵、冷却塔、水处理装置、水过滤器和冷却水系统管路等），冷

却效果比较好。

图5.5风冷式制冷原理图

风冷式的冷水机组，是以冷凝器的冷却风机取代水冷式冷水机组中的冷却水系统的设

备（冷却水泵、冷却塔、水处理装置、水过滤器和冷却水系统管路等），使庞大的冷水机组

变得简单且紧凑。

风冷机组可以安装于室外空地，也可安装在屋顶，无需建造机房。

5.3中央空调构成及工作原理

中央空调系统的基本组成形式可分为三大组成部分，分别是：冷热源设备（主机）、输

送部分（水泵系统及管道）和空调末端设备。

5.3.1中央空调制冷原理

图5.6和图5.7分别是中央空调常用的两种制冷方式压缩式制冷和吸收式制冷的工作

原理。

中央空调的制冷工作原理可以分为以下三个循环:

5.3.1.1空调主机制冷原理

主机系统主要由制冷压缩机（吸收器—发生器）、冷凝器、蒸发器和节流部件四个基本

部件组成，它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断循环流

动，发生状态变化与外界进行热量交换。主机系统制冷剂在冷凝器中冷凝释放出来的热量

由冷却水循环带走，在蒸发器中蒸发吸收冷冻水的热量，达到制冷的目的。主机系统的制

冷原理在前面的制冷方法里有详细的介绍。

图5.6中央空调压缩式制冷原理图

图5.7中央空调吸收式制冷原理图

5.3.1.2冷却水循环系统

冷却水循环系统主要有主要由冷却水泵、冷却塔和管道系统组成。高温高压气体在冷

凝器中放热与冷却循环水进行热交换，冷却水泵将带来热量的冷却水送到散热水塔上，由

水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。

5.3.1.3冷冻水循环系统

冷冻水循环系统主要由冷冻水泵、风机盘管和管道系统组成。低温低压的制冷剂液体

在蒸发器中吸热与冷冻循环水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机

的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。

5.3.2中央空调制热原理

中央空调制热，其实就是通过四通阀，将制冷剂的流向进行转换，使得原来的蒸发器

变为冷凝器，原来的冷凝器变为蒸发器。其原理和制冷还是一样的。

图5.8中央空调制热原理图

5.3.2.1四通换向阀结构

四通换向阀主要由四通气动换向阀（主阀）、电磁换向阀（控制阀）及毛细管组成，如

图5.9。主阀内由滑块、活塞组成活动阀芯，主阀阀体两端有通孔可使两端的毛细管与阀

体内空间相连通，滑块两端分别固定有活塞，活塞两边的空间可通过活塞上的排气孔相通。

控制阀由阀体和电磁线圈组成。阀体内有针型阀芯。主阀与控制阀之间有三根（或四根）

毛细管相连，形成四通换向阀的整体。

图5.9四通换向阀

5.3.2.2四通换向阀工作原理

主阀的管口4连接于压缩机高压排气口，管口2连接于压缩机低压吸气口。1、3两个

管口分别连接蒸发器的出气口和冷凝器的进气口。按图5.9所示，3接冷凝器进气口，1接

蒸发器出气口。

当电磁阀不通电时，系统工作于制冷状态，控制阀因弹簧1的作用，阀心移至左端，

处于释放状态，此时毛细管E与C连通。因为E接在低压吸气管上，所以毛细管C及主阀

内左端空间均为低压，高压气体由主阀管口4进入主阀，经活塞I的排气孔使主阀内的右

端空间成为高压，推动主阀阀芯移至左端，管口2与管口1连通而管口4与管口3连通，

系统形成制冷循环状态。

当电磁阀通电时，电磁力吸动控制阀阀芯向右移动，毛细管E与D相连。主阀内右端

空间成为低压，高压气体经活塞II的排气孔进入主阀内左端空间，推动阀芯移向右端，管

口2与管口3连通而管口4与管口1连通，蒸发器、冷凝器的功能对换，系统转换成制热

循环状态。

5.4中央空调主机设备

主机主要有四大部件，它们分别是压缩机、冷凝器、蒸发器和节流部件。

5.4.1压缩机

压缩机是整个空调系统的核心，也是系统动力的源泉。整个空调的动力，全部由压缩

机来提供，压缩机就相当于把一个实物由低势位搬到高势位地方去，在空调中它的目的就

是把低温低压的气体通过压缩机压缩成高温高压的气体，最后气体在换热器中和其他的介

质进行换热。所以说压缩机的好坏会直接影响到整个空调的效果。

根据工作的原理，压缩机可分为容积型和速度型两种基本类型。

容积型压缩机通过对运动机构作功，以减少压缩室容积，从而提高蒸气压力。容积式

又分为回转式和往复式两类。回转式又包括转子式、螺杆式、涡旋式；往复式包括有活塞

式和膜式两种。

速度型压缩机则由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力。速度式

主要有离心式和轴流式两种基本型式。离心式压缩机在其中有一个或多个旋转叶轮（叶

片通常在侧面）使气体加速。主气流是径向的。轴流式压缩机在其中气体由装有叶片的

转子加速，主气流是轴向的。

接下来我就对目前比较常用的螺杆式空气压缩机、活塞式空气压缩机和离心式空气

压缩机的优缺点进行一下简单的对比。

5.4.1.1活塞式压缩机

活塞式压缩机是传统型容积式压缩机，这种机型工艺比较成熟,有宽阔的工作压力范围，

变工况适应性较强。由于它无须注入润滑油润滑，正常情况下经过压缩后的气体基本纯净

不含油污，无需增加除油装置。缺点是因惯性力大，转速不能太高，因此单机容量较

小。此外，它的排气不连续，气流压力有脉动，排气温度高，且结构较复杂，易损件多,

维修工作量大。

图5.10活塞式压缩机

5.4.1.2螺杆式压缩机

螺杆式压缩机制冷系数比较高，可靠性佳。由于它无吸、排气阀装置，机器结构紧凑，

体积小，重量轻，易损件少，维护管理方便，使用寿命长。螺杆压缩机对进液不敏感，可

以采用喷油冷却，故排气温度比活塞式低得多，因此单级压力比高，采用滑阀机构可以使

制冷量从15%-100%进行无级调节。目前已得到广泛应用而且必将获得进一步推广。但是它

存在着噪音较大，油路复杂等缺点。

图5.11螺杆式压缩机

5.4.1.3离心式压缩机

离心式压缩机单机制冷量大，与相同容量的活塞式机组相比，它的重量轻，占地

面积少。由于部件间无摩擦，具有运转平稳可靠,供气脉动性小，维护费用低等优点。

不足之处是效率较低,变工况适应能力不强。一般来说,离心式压缩机和螺杆式压缩机适用

于大型制冷空调设备，活塞式压缩机常用于中小型制冷空调设备。

图5.12离心式压缩机

5.4.2冷凝器

冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压的制冷剂蒸汽冷却成液体或气液混合物。制

冷剂在冷凝器种放出的热量由冷却介质（水或空气）带走。冷凝器中的传热过程包括：制

冷剂（氨或氟利昂）的冷凝放热，通过金属壁，垢层的导热过程以及冷却剂（水或空气）

的吸热过程。冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大类。

5.4.2.1水冷式冷凝器

水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。冷却水可以一次通过，

也可以循环使用，但循环使用时系统中需设有冷却塔或冷却池。水冷式冷凝器按其结构形

式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种。

⑴壳管式冷凝器

常见的是壳管式冷凝器，壳管式冷凝器又可分为立式壳管式冷凝器和卧式壳管式冷凝

器。

①立式壳管式冷凝器

立式壳管式冷凝器是一直立的圆筒形状，主要由筒体、管板、换热管、配水箱和各种

接管等组成。冷却水从顶部进入配水箱内，在每根换热管的顶部设有导流管嘴，导流管嘴

可均匀分配进入换热管束的进水量，并使冷却水沿着切线方向进入换热管内，于螺旋线状

沿换热管的内壁向下流动，形成水膜。

图5.13立式壳管式冷凝器

气态制冷剂从冷凝器筒体的中部位置进入筒体内沿着换热管的外壁流动与冷却水进行

换热，被冷凝后的高压液态制冷剂积存在冷凝器的底部后排出。

②卧式壳管式冷凝器

图5.14卧式壳管式冷凝器

它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。

卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统，也可以用于氟利昂制冷系统，但其结构略有不同。

氨卧式冷凝器的冷却管采用光滑无缝钢管，而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一般采用低肋铜

管。这是由于氟利昂放热系数较低的缘故。值得注意的是，有的氟利昂制冷机组一般不设

贮液筒，只采用冷凝器底部少设几排管子，兼作贮液筒用。

⑵套管式冷凝器

图5.15套管式冷凝器

结构如图5.15所示

图5.16套管式冷凝器结构图

制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔，在内管外表面上冷凝，液体在外管底部

依次下流，从下端流入贮液器中。冷却水从冷凝器的下方进入，依次经过各排内管从上部

流出，与制冷剂呈逆流方式。这种冷凝器的优点是结构简单，便于制造，且因系单管冷凝，

介质流动方向相反，故传热效果好，当水流速为1～2m/s时传热系数可达

800kcal/(m2﹒℃)。其缺点是金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，下部的管子充有较

多的液体，使传热面积不能充分利用。另外紧凑性差，清洗困难，并需大量连接弯头。因

此，这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。对于小型氟利昂空调机组仍广泛使用套管式

冷凝器。

5.4.2.2空气冷却式冷凝器

图5.17空气冷却式冷凝器

空气冷却式冷凝器是以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量的。这种冷凝

器适用于缺水或无法供水的场合，常见于小型氟利昂制冷机组。

5.4.2.3蒸发式冷凝器

图5.18蒸发式冷凝器

在蒸发式冷却冷凝器中，制冷剂冷凝时放出的热量同时被水和空气带走，为了强化蒸

发冷凝器内空气的流动，及时带走蒸发的水蒸汽，要安装通风机吹风或吸风，根据通风机

在箱体中的安装位置，蒸发式冷却冷凝器可分为吹风式、吸风式和预冷式等类型，如图

5.18所示。

蒸发式冷却冷凝器中的传热部分是一个由光管或肋片管组成的蛇形冷凝管组，管组装

在一个由型钢和钢板焊制的立式箱体内。箱体的底部为一水盘。箱体的两侧或顶部设有通

风机，箱体底部兼作冷却水循环水池。制冷剂蒸汽由蒸汽分配管进入每根蛇形管，冷凝的

液体经集液管流入贮液器中。水盘内的水用浮子控制，保持一定的水位。冷却水用水泵压

送到冷凝管的上方，经喷嘴喷淋到蛇形管组的上方，沿冷凝管组的外表面流下。水受热后

一部分变成蒸汽，其余的沿蛇形管外表面流入下部的水盘内，经水泵再送到喷嘴循环使用。

蒸发式冷凝器的优点是：①用水量少；②结构紧凑，可安装在屋顶上，节省占地面积。

缺点是：冷却水不断循环使用，水垢层增长较快，需要使用经过软化处理的水。

蒸发式冷却冷凝器的耗水量少，特别适合用于缺水和气候干燥的地区。

5.4.2.4冷却塔

冷却塔是将携带热量的冷却水在塔中与空气进行热交换，将热量传输给空气并散入大

气环境中去的装置，在冷却水系统中起节约用水和降低能耗的作用。

冷却塔一般由塔体部分、风机部分、配水部分、淋水部分及收水部分组成，下塔体可

以兼做贮水用。常用的冷却塔有自然通风式冷却塔、机械通风式冷却塔和混合通风冷却塔。

⑴自然通风式冷却塔

自然通风式冷却塔是利用空气自然对流来使水冷却的，水流运动形式有喷淋、溅滴等

多种。自然通风式冷却塔的基本结构主要有进水管、出水管、分配水管、喷头和通风百叶

窗等部件组成。

用水泵将制冷装置的冷却回水经冷却塔的进水管送往分配水管，分配水管上装有许多

均匀分布的杯式喷嘴，水从喷嘴喷出，散成很多细小的水滴，增大水与从百叶窗进入的空

气的接触面积及接触时间，以促进它们之间的热量交换，从而降低水温。最后喷洒的水落

入集水池中由出水管引出供冷凝器循环使用。

自然通风式冷却塔优点是；构造简单；设备投资少；运行维护方便。缺点是：占地面

积大；冷却效率低；冷却效果不稳定，易受风速和风向的影响，水被吹散的损失大。它只

适用于空气温度较低、相对湿度较小地区的小型制冷装置。

⑵机械通风式冷却塔

制冷装置的冷却回水，由冷却塔的上部被喷淋在塔内的填充层上，以增大水和空气的

接触面积及接触时间，被冷却后的水从填充层流至下部水池内，通过循环水泵再送回制冷

装置循环使用。冷却塔顶部装有通风机，使空气以一定的流速由下而上通风。通风式冷却

塔需要消耗电能，而且维护管理比较复杂。但是它的冷却效率高，结构紧凑，占地面积小，

适用范围广。

图5.19机械通风式冷却塔

根据水和空气在填料中的流动方式不同，机械通风式冷却塔又可分为逆流式机械通风

冷却塔和横流式机械通风冷却塔等。玻璃钢冷却塔是近年来发展起来的一种新型冷却塔，

一般属于机械通风式的居多。

①逆流式机械通风冷却塔：逆流式机械通风冷却塔简称逆流式冷却塔，其结构如图所

示。所谓逆流式冷却塔是指在塔内空气和水通过填料时的流动方向是相逆的：热水从上向

下淋洒，而空气从下向上流动。这种冷却塔的冷却效果比较好，横断面积相对较小，其缺

点是配水不够均匀，而且塔体高度较大。

图5.20逆流式机械通风冷却塔

②横流式机械通风冷却塔：横流式机械通风冷却塔简称横流式冷却塔，其结构如图所

示。横流式冷却塔是指空气通过填料是横向流动的。这种冷却塔中空气和水热交换不如逆

流式冷却塔充分，所以其冷却效果较差。但是由于这种冷却塔不需要专门设置进风口。所

以塔体的高度低，而且配水比较均匀，另外配水管的高度较低，工作时水泵的扬程低，耗

电较小。

对于制冷工程中使用的中小型冷却塔，横流式的优点并不突出，所以一般多采用逆流

式冷却塔。

图5.21横流式机械通风冷却塔

③玻璃钢冷却塔是一种新型的冷却塔：它的塔体由玻璃钢制成，具有重量轻、耐腐蚀、

安装方便等一系列优点，目前在国内制冷空调工程中得到广泛的应用。

5.4.3蒸发器

蒸发器的作用是利用液态低温制冷剂在低压下易蒸发，转变为蒸气并吸收被冷却介质

的热量，达到制冷目的。蒸发器内的传热过程包括：制冷剂侧的沸腾换热；载冷剂（水或

空气）侧的对流换热以及通过金属壁与垢层的导热。蒸发器按冷却介质的不同，分为冷却

液体载冷剂、冷却空气或其他气体的两大类型。

5.4.3.1冷却液体载冷剂的蒸发器

用于冷却液体载冷剂—水、盐水或乙二醇水溶液等。这类蒸发器常用的有满液式蒸发

器、板式蒸发器和沉浸式蒸发器等。

(1)满液式蒸发器

满液式蒸发器大多为壳管式，制冷剂在管内流动，载冷剂在管外空间内流动，筒内横

跨管束装有若干块隔板，以增加载冷剂横掠管束的流速。

图5.22列管式蒸发器

（2）板式蒸发器

板式蒸发器是用金属薄板（一般采用铜板或不锈钢板）冲压成带有一定规则形状的波

纹沟槽的板片，然后将板片组装成所需的多片组。在每两片相邻板片的边缘采用丁腈橡胶

等材料作密封垫片，形成介质流槽的通道，每块板片的四个角上，各开一个圆孔，其中有

一对圆孔和板片上的流道相通，另外一对圆孔则不相通，他们的位置在相邻的板片上是错

开的，以分别形成两流体的通道，使冷、热两种流体交错地在板片两侧流过，通过板片进

行热交换。板式换热器因通道波纹形状复杂，介质虽是低速流入，但在沟槽内也会形成湍

流，大大地提高了板式换热器的总传热系数，同时沟槽多又增加了板式换热器的换热面积。

板式换热器是一种快速高效的换热设备

图5.23板式蒸发器

（3）沉浸式蒸发器

沉浸式蒸发器是由一组垂直布置的平行管组成的蒸发器。制冷剂在管内蒸发，整个组

沉浸在盛满载冷剂的箱（池或槽）体内，载冷剂在搅拌器的推动下在箱内流动，以增热。

立管与上、下集管焊成一体，中间立管较粗，两侧立管较细。氨液从插入中间立管的进液

管迅速进入下集箱，然后沿侧立管上升，并吸热蒸发；蒸气经上集箱汇总后进入气液分离

器，然后返回压缩机；液滴则经中间立管返回下集管，供继续蒸发用。当用水作为载冷剂

时，可将水冷却到接近于0℃，适用于空调系统；当用盐水作为载冷剂时，可将水冷却到

－10～－20℃，适用于盐水池制冰或食品的冷加工。目前，它们在生产中的应用都很广泛。

图5.24立管式冷水箱型蒸发器

5.4.3.2冷却空气的蒸发器

这类蒸发器有自然对流式冷却空气的蒸发器和强迫对流式冷却空气的蒸发器。

⑴自然对流式冷却空气的蒸发器

图5.25冷库排管式墙排管蒸发器

自然对流式冷却空气的蒸发器，广泛应用于低温冷藏库中，制冷剂在冷却排管内流动

并蒸发，管外作为传热介质的被冷却空气作自然对流。冷却排管最大的优点是结构简单，

便于制作，对库房内贮存的非包装食品造成的干耗较少。但排管的传热系数较低，且融霜

时操作困难，不利于实现自动化。对于氨直接冷却系统用无缝钢管焊制，采用光管或绕制

翅片管；对于氟利昂系统，大都采用绕片或套片式铜管翅片管组。

⑵强迫对流式冷却空气的蒸发器（冷风机）

强迫对流式冷却空气的蒸发器多是由轴流式风机与冷却排管等组成的一台成套设备。

它依靠风机强制库房内的空气流经箱体内的冷却排管进行热交换，使空气冷却，从而达到

降低库温的目的。

冷风机按冷却空气所采用的方式可分为干式、湿式和干湿混合式三种。其中，制冷剂

或载冷剂在排管内流动，通过管壁冷却管外空气的称为干式冷风机；以喷淋的载冷剂液体

直接和空气进行热交换的，称为湿式冷风机；混合式冷风机除冷却排管外，还有载冷剂的

喷淋装置。

5.4.4节流部件

节流部件是制冷系统不可缺少的四大部件之一。它的作用是使冷凝器出来的高压液体

节流降压，使液态制冷剂在低压下汽化吸热。所以，它是维持冷凝器中为高压、蒸发器为

低压的重要部件。节流部件按形式，可分为毛细管和节流阀，前者用在较小的制冷设备中，

如电冰箱中装在冷凝器和蒸发器之间的毛细管即是节流机构的一种。后者用在较大的制冷

设备中，常用的节流阀有手动膨胀阀、浮球调节阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀等。

5.4.4.1毛细管

毛细管是最简单的节流装置，毛细管是一根有规定长度的直径很细的紫铜管，它的内

径一般为0.5～2mm，选择合适长度，将其加工成螺旋形，以增大液体流动时的阻力。它没

有运动部件，在制冷系统中可产生预定的压力降，在冷凝器和蒸发器之间起到节流降压和

控制制冷剂流量的作用。

毛细管的作用是节流降压，将高压液态制冷剂降压为低压气态制冷剂，控制蒸发器的

供液量。以毛细管作节流元件制冷装置，要求制冷系统有比较稳定的冷凝压力和蒸发压力。

图5.26毛细管

5.4.4.2手动膨胀阀

膨胀阀的阀芯为倒立的圆锥体或带缺口的圆柱体，阀杆的螺纹为细牙螺纹，当手轮转

动时，阀芯的上下移动量不大，可调节的液体流通面积也很小，这样就可以造成很大的局

部阻力。其工作原理是：使液态制冷剂在压力差的作用下，“被迫”通过一个适应系统中流

量需要的“小孔”，由于流体在通过此小孔时必须克服很大的流动阻力，从而使其压力发生

骤降，由冷凝压力降至蒸发压力。液态制冷剂在通过膨胀阀的过程中，随着压力的降低，

其对应的饱和温度也相应降低，一部分液体气化为蒸汽，并从其本身吸取气化潜热，从而

使膨胀后的气液混合流体变成低温低压状态。

5.4.4.3浮球调节阀

浮球调节阀系一种受液位控制，能自动调节阀口开启度的膨胀阀。它的浮球室以液相

和气相两根均压管和受液管设备（如蒸发器、液体分离器、中间冷却器等）相连通，因此

浮球室内的液面是位于同一水平。当设备中的液面低于规定液位时，浮球室中的液位也处

于低位，浮球的下落使针状阀芯离开阀座，高压液体即可通过阀口节流降压后进入受液设

备，使设备中的液位回复上升，当回升到规定液位时，阀口关闭。

5.4.4.4热力膨胀阀

热力膨胀阀系一种根据蒸发器回气过热度的变化，而自动调节阀口开启度的膨胀阀。

膨胀阀的顶部为感应动力机构，由气箱、波纹薄膜、毛细管和感温包组成。感温包里充注

的是氟利昂或其他低沸点液体，安装时将感温包紧固在蒸发器出口的回气管上，用以反应

回气的温度变化。毛细管的作用是见感温包内由温度的变化而产生的压力变化传导到阀顶

气箱中的波纹薄膜上方。波纹薄膜的断面呈波浪形，和罐头的底盖类似，随所受压力的变

化能作上下2~3mm的位移变形。波纹薄膜的位移推动其下方的传动块，再经过传动杆的传

动作用于阀针座。这样，当波纹薄膜向下移动时阀针座也向下移动，阀口开启度增大；反

之，则阀口开启度减小。阀针座的下部为调节部分，由弹簧、弹簧座和调节杆组成。这部

分的作用是用以调整弹簧的弹力以调整膨胀阀的开启过热度。

图5.27热力膨胀阀

5.4.4.5电子膨胀阀

电子式膨胀阀是近年国内外新开发的产品。电子式膨胀阀常应用在智能控制的变频式

空调器中。电子膨胀阀的优点是：流量调节范围大；控制精度高；适用于智能控制；能适

用于高效率的制冷剂流量的快速变化。

电子膨胀阀的开度可以和压缩机的转速相适应，使压缩机输送制冷剂量与阀的供液量

匹配，使蒸发器的能力得到最大限度的发挥，实现空调制冷系统的最佳控制。

使用电子膨胀阀，可以提高变频压缩机的能量效率，实现温度的快速调节，提高系统

的季节能效比。对大功率变频空调，必须采用电子膨胀阀为节流元件。

图5.28电子膨胀阀

5.5中央空调输送部分设备

中央空调输送部分包括冷却水循环部分和冷冻水循环部分。

5.5.1水泵

5.5.1.1水泵定义

通常把提升液体、输送液体或使液体增加能量，即把原动机的机械能转变为液体能量

的机械称为泵。在冷冻水循环系统中水泵负责把冷冻水输送到风机盘管，由风机吹送冷风

达到制冷目的。在冷却循环水系统中它的作用是把带来热量的水送到冷却水塔上，进行喷

淋散热，将热量散发到大气中去。在制冷与空调工程中，冷却水、冷冻水、热媒水等液体

的输送常用离心式水泵。

图5.29水泵

5.5.1.2水泵工作原理

离心式水泵的工作原理就是叶轮在原动机的驱动下在泵体内带动液体旋转，液体受离

心力作用而沿与轴线垂直的方向流出叶轮，使液体能量增加。叶轮中心处于低压状态，依

靠吸液池液面与叶轮中心间的压力差，液体被吸入。液体得到的能量包括速度能和压力能

两部分，其中速度能在随后的转能装置中转换为压力能。

5.5.1.3离心式水泵的结构

离心式水泵的种类较多，结构各有差异，但离心式水泵的主要零件按转动关系可以分

成三部分。

离心泵的主要零件

部分主要零件

转动部分叶轮、泵轴

固定部分泵壳、泵座

交接部分

1.泵轴与泵壳之间的轴封装置即填料盒

2.叶轮外缘与泵壳内壁处的减漏装置即减漏环

3.泵轴与泵座之间的连接装置，即轴承座

4.泵轴与原动机轴的连接装置，即联轴器

图5.30离心式水泵结构图

5.5.2管道

5.5.2.1串联并联

⑴水泵与冷水机组串联：控制及运行管理简单，各冷水机组相互干扰少，水量可以保

障，减少水泵与冷水机组之间的部分管件。缺点：管道相对较多，水泵和冷水机组之间存

在管道放空气问题。

主机A

主机B

泵2

泵1

出水

回水

水泵和主机一一对应（先串后并）

图5.31串联管道

⑵水泵与冷水机组独立并联：接管相对比较简便，尤其是主机与冷冻水泵相距较远，

机房布置整洁有序，主机和水泵可以任意搭配，操作更加简单灵活。

主机A

主机B

2泵

1泵

V-1

V-2

回水

出水

并联方式

图5.32并联管道

5.5.2.2同程异程

⑴同程系统

在该系统中，水流经过各末端设备的路程都是相等的或基本相等的。其优点是各末端

设备环路的水流阻力较为接近，有利于水利平衡，流量分配均衡，可以减少系统初调试的

工作量。缺点是采用同程系统增加了回程的跑空管路，增加了投资和管路占用的空间。

空调机

空调机

空调机

供水

回水

同程系统

空调机

空调机

空调机

异程系统

回水

供水

图5.33同程、异程系统

⑵异程系统

该系统水流经过每个末端的流程是不相同的，各环路阻力存在不平衡现象，通常远离

冷源、热源机房的末端环路的阻力比较大，会引起流量分配不均匀性。但是采用异程系统

的优点是节省管道及其占用的空间，对投资有利。

5.5.2.3两管制、三管制及四管制

⑴两管制

两管制系统中冷热源是独立的，但对于冷热源之外的管道是公用的。在夏季关闭热水

总管阀门，打开冷冻水总管阀门，系统内充满冷冻水，做供冷运行；冬季则操作相反，系

统做供热运行。这一系统不能同时供冷或者供暖，只能按不同时间进行。

⑵三管制

三管制系统冷冻水、热水供水管同时接到末端（盘管仍为冷热两用）在末端设备接管

处进行冬夏自动转换，这样可以使末端设备独立供暖或制冷。但所有末端设备的回水仍是

通过一条回水管道混合后，分别回到冷冻机房或换热站中。

空调机组

空调机组

供水回水

冷冻水

热水

两管制水系统

空调机组

空调机组

供水回水

冷冻水

热水

三管制水系统

图5.34两管、三管制水系统

⑶四管制

四管制系统所有末端设备的冷热盘管均独立工作，冷冻水和热水可分别同时到达末端

设备，末端可随时自由选择制冷或供暖模式，相互之间没有干扰。

空调机组

空调机组

供水回水

冷冻水

热水

四管制水系统

5.35四管制水系统

5.5.3阀门

阀门在制冷空调水系统中是重要控制附件，其主要作用有：启闭作用，如关断水流；

调节作用，如调节水量或水压；控制或改变水流方向等。

根据阀门的用途不同可分为截断阀类、调节阀类、分流阀类、止回阀类、安全阀等。

制冷与空调水系统常使用的阀门有截止阀、闸阀、单向阀等。

5.5.3.1截止阀

截止阀是利用阀杆升降带动与之相连的圆形阀盘(阀头)，改变阀盘与阀座间的距离达

到控制阀门的启闭。

图5.36截止阀

5.5.3.2闸阀

根据闸阀闸板的结构形状不同可分为楔式闸阀和平行式闸阀两大类。楔式闸阀闸板结

构如图3.34所示，闸板两密封面倾斜形成一夹角，利用楔形密封面的楔紧作用使闸板与阀

座严密贴合而达到密封。

图5.37闸阀

5.5.3.3单向阀

单向阀又称止回阀或逆止阀，是一种只允许介质向一个方向流动的阀们，具有严格的

方向性，主要用于防止水倒流的管路上。

单向阀按结构不同分升降式(跳心式)和旋启式(摇极式)两种。

升降式单向止回阀的阀盘可沿导向套筒垂直升降，介质顶开阀盘时流体通过，介质反

向流动时在介质作用力和阀盘重力下阀盘下降截断通路。

图5.38单向阀

5.5.3.4电磁阀

电磁阀是一种开关式（即双位式）自动阀门，它能适应于各种工质，包括气体或液体

的制冷剂、淡水、盐水和润滑油。

在制冷装置中，贮液器（或冷凝器）与膨胀阀之间一般都装有电磁阀。在单机单库场

合，电磁阀的线圈往往同压缩机的电动机线路串接。当压缩机启动运行时，电磁阀随即开

启；压缩机停止工作时，电磁阀马上关闭，以免大量制冷剂液体在停机时进入蒸发器，防

止压缩机在再次启动时发生液击冲缸现象。在一机多库或多机多库场合，电磁阀受温度继

电器控制。当温度下降至调定下限值时，电磁阀关闭，停止供应制冷剂，让库温回升；当

温度上升到调定上限值的，电磁阀开启，供应制冷剂降温。

图5.39电磁阀

5.6中央空调末端设备

5.6.1风机

风机是依靠外加机械能来提高气体压力并排送气体的设备。风机广泛用于空气调

节设备和家用电器设备中的冷却和通风；工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建

筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；谷物的烘干和选送；风洞风

源和气垫船的充气和推进等。

5.6.2风机分类

风机分类按气体流动的方向，可分为离心式、轴流式、斜流式等类型。

5.6.2.1离心风机

离心风机工作时，动力机(主要是电动机)驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸

气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在

离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从排气口排出。因气体在叶轮内的流动主要是在径向

平面内，故又称径流风机。

离心风机主要由叶轮和机壳组成，小型风机的叶轮直接装在电动机上中、大型风

机通过联轴器或皮带轮与电动机连接。离心风机一般为单侧进气，用单级叶轮；

流量大的可双侧进气，用两个背靠背的叶轮，又称为双吸式离心风机。

5.6.2.2轴流风机

轴流式风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，

通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流风机的布置形式有立

式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有100毫米左右，大型的可达20米

以上。

小型低压轴流风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁

或天花板上；大型高压轴流风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部

件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为2～24。叶片越多，风压越高；叶

片安装角一般为10°～45°，安装角越大，风量和风压越大。轴流式风机的主要

零件大都用钢板焊接或铆接而成。

5.6.2.3斜流风机

斜流风机又称混流风机，气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮，在叶道中获

得能量，并沿倾斜方向流出。风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。这种风机兼有离

心式和轴流式的特点，流量范围和效率均介于两者之间。

5.6.3风机盘管

5.6.3.1工作原理

风机盘管主要依靠风机的强制作用，使空气通过加热器表面时被加热，因而强化了

散热器与空气间的对流换热器，能够迅速加热房间的空气。风机盘管是空调系统的末端

装置，其工作原理是机组内不断的再循环所在房间的空气，使空气通过冷水（热水）盘

管后被冷却（加热），以保持房间温度的恒定。通常，通过新风机组处理后送入室内，

以满足空调房间新风量的需要。

送风

回风

4

1

3

2

5

6

1.盘管2.出风格栅3.凝水盘4.风机

5.箱体6.空气过滤器

图5.40风机盘管结构图

5.6.3.2控制方式

风机盘管控制多采用就地控制的方案，分简单控制和温度控制两种：

⑴风机盘管简单控制

使用三速开关直接手动控制风机的三速转换与启停。

⑵风机盘管温度控制

使用温控器根据设定温度与实际检测温度的比较、运算，自动控制电动两/三通阀的开

闭或直接控制风机的三速转换与启停，从而通过控制系统水流或风量达到恒温的目的。

图5.41风机盘管工作原理图