北京国金管理咨询有限公司工程咨询部   王中秋

 

1.0  前言

     空调机系指直接安装于空调房间（或室外）的将制冷系统、风机、加热器和控制设备合而为一的空气处理机组，也称单元式空调机。因为空调机节省占地，使用灵活方便，所以在中小型空调系统中应用极为普遍，近年来大型空调系统在节能改造中，采用空调机替代冷水机组加空调箱的集中空调系统的例子也有报道。

目前，绝大多数集中空调系统是由冷水机组、冷却塔、冷水泵、组合式空调机组、风机盘管组成，实践证明这种系统并不是尽善尽美的。首先对设计空调用房要求房间面积大，一方面冷热源、空调机组要布置在建筑物内，机房占用面积大、层高较高，空调送回风管系统复杂，占用空间多，布置困难；另一方面，当选用较大容量的机组时，由于气流组织的原因，需要为机组增设设备间及送风管道，这样便失去了空调机组的节省占地、运行灵活的优势。其次，集中式空调系统在运行的经济性和维护管理方面也不是完美无缺的，这是因为设计选型一般是根据空调房间可能出现的最大负荷来选择设备的，而空调房间的负荷不仅随着一年四季的变化而变化，即使在同一天的不同时刻也有可能发生着显著地变化，为了适应这种变化，集中式空调系统往往是在低负荷下运行，从而导致运行的不经济。当机组进行必要的日常检查维护时，需要停机进行，空调房间的室内参数不能保证。

2. 模块化的设计思路

模块化就是将一台空调机组分成若干个模块，而且使构成空调机组的每个模块都具有完全独立的制冷系统和空气处理系统。其设计思想要求模块之间互相关联性最小，使其安全可靠性、灵活性及经济性为最高。这样就出现了由一个控制系统模块和一至五个独立的具有制冷系统和空气处理系统的模块组成的空调机组。模块式机组最早由德国的STULZ公司推出，其产品近年来广泛应用。

3. 模块化独特的性能

模块化恒温恒湿机组除了具有制冷、加热、加湿、去湿等常规集中式空调系统所具有的功能外，还具有独特的性能。

3.1 独立的模块实现备份保护

所谓备份保护有以下四个方面的功能：

3.1.1 独有的模块化结构，即每个模块都具有独立的制冷及空气处理循环系统。模块间通过控制模块上所设的微处理控制系统自动切换顺序工作或同时工作，单个模块的故障或维修不影响其它模块的正常工作，可保证空调房间的温湿度不受设备维修的影响。

3.1.2 根据模块化的特点，选择多模块机组自身能实现互为备份保护功能，互为备份模块间的定期全自动切换，保证备份高度有效性。同时可采用双控制器系统，可通过备份控制器对主控制器进行监控，以取代操作中出现意外故障的主控制器，保证制冷系统、空气处理系统和控制系统都具有百分之百的备份性。对于需要考虑备份机组的空调工程，选用模块式机组较集中系统节约初投资30％以上。

3.1.3 当空调房间负荷突发性地短时间增加而超出设计负荷时，备份模块可自动启动，以适应负荷的变化，有效地保证房间的恒温恒湿。

3.1.4 空调房间需要扩大工艺规模而负荷增加时，只需通过简单地增加模块(即共用原控制系统)，即可满足空调负荷的要求。

3.2  灵活的布置

由若干个模块组成的一台模块式机组并不是必须集中在一起设置，而可以分开放置。这样对于大容量的空调机组为了取得较好的气流组织而分开设置提供了方便，这种分开布置的灵活性是集中式空调机组所不具备的。

3.3  方便的运输安装

模块式机组以一个模块为一个制造单元，对于运输安装方面也提供了极为便利的条件。即使是目前制冷量为50KW的最大模块其外形尺寸为1700×1300×800㎜，也可以方便地通过常规通道而不必专门为其设置安装孔。

4. 模块式空调机组所采用的新技术

4.1 压缩机及其设置位置

以前的空调机组采用的压缩机一般为开启式或半封闭活塞式压缩机，随着压缩机研究与开发，模块式空调机组可以配置全新直流变速压缩机或螺杆式压缩机，螺杆式压缩机具有结构简单，体积小，易损件少，振动小，容积效率高，对湿压缩不敏感，可实现无级能量调节的优点。

风冷式空调机组的压缩机的设置具有两种方式，即压缩机外置(压缩机放在室外机)和压缩机内置(压缩机放在室内机)，两种方式各有利弊，考虑问题的角度不同。模块式空调机组的压缩机采用内置式，主要考虑了压缩机的工作环境以及维护检修的方便，减轻室外机重量的因素，所以室外机可以直接放置在不需做特殊加固的屋顶上，因为最大的模块式室外机单机重量不足300公斤。由于全封闭螺杆压缩机的采用，模块式室内机的整机噪音水平为：标准型58～62dB,超静型47～52dB，这种噪声水平均可满足不同场合的噪声要求。

4.2 节能去湿过程

传统的空调机组去湿过程是使蒸发器整体过冷到低于空气露点湿度使空气结露而除湿，然后对送出的空气再加热到送风温度，这种方式能耗大。随着空调技术的发展及控制水平的提高，减少蒸发面积、降低蒸发温度的节能去湿过程得到了应用，这种去湿过程如果控制精确，则完全省去了空气再热的能量，实现节能运行。这种过程的具体实施办法是将去湿功能的蒸发器作为整个蒸发器的一部分，当需要去湿时，电磁阀自动切换只向去湿蒸发器供液，当减少蒸发面积时，蒸发温度降低，达到了去湿目的。

4.3 微处理控制器

空调机组的控制器逐渐由传统的电接点型向微处理控制器过渡，采用微处理器可以实现图文显示，人机对话的操作。模块式空调机组的微处理控制器直接设在控制模块的面板上，通过按键及屏幕输入设计温度和湿度的控制数据，随时查询当时的室内温湿度数值，具有24小时温湿度记录曲线，图形及表格显示系统报警提示，多条报警记录，设定参数密码保护等功能。

此外，微处理控制器还具有打印机接口和通讯接口，提供了对模块式空调机组实现联网监控的可能。目前开发出的局域监控网可对多台模块式空调机组进行实时中央监控，远程监控网可对上百台模块式空调机组实行联网监控。

4.4 二级压缩提高制热性能

室外气温低至一定温度时，为了获取同样能量，以前只能增加压缩机的工作量，使其运转效率大为降低。如采用二级压缩方式，二台压缩机串联设置，可减少每台压缩机的工作量，保证其高效率运转。使得设备在室外气温很低的条件下也能实现高效的制热运转。

4.5  自然冷却系统

     对于那些冬季房间空调负荷依然为冷负荷的空调系统，模块式空调机组开发出节能型机组。当室外气温高于12℃时用压缩机制冷，当室外气温低于12℃时用自然冷却系统，此时压缩机停止工作。所谓自然冷却系统，是将用水与乙二醇组成的混合防冻液通过室外干冷器的排管，使其冷却降温后，再送入室内机的空气冷却盘管对室内空气进行冷却，冷源为天然的室外低温空气。采用这种节能型机组，与标准型机组相比，节能53﹪，减少压缩机的工作时间61﹪，节能效果显著。

4.6  环保型制冷工质的采用

     研究成果表明，CFC和HCFC冷媒的广泛使用是造成全球变暖和臭氧层被破坏的根本原因。以前制冷行业是消费CFC和HCFC的大户，蒙特利尔公约要求全面禁用CFC和HCFC，各国都在谋求替代其制冷冷媒。模块式机组采用的是国际上公认的环保型工质R134a和R410A，具有稳定、无毒、性能优越等特点，同时由于不含氯元素，故不会与臭氧发生反应，即不会破坏臭氧层。

5. 结语

5.1  模块式恒温恒湿空调机组最适用于工艺性空调的场合，最初也是针对数据处理中心的计算机房、邮电系统的程控机房和医疗系统的电子治疗诊断设备间等建筑的工艺性空调而设计的，然而随着人们对模块式机组所具有的独特优势的逐渐认识，在石化、冶金、电子、纺织、商业等要求空调的场合也开始采用模块式恒温恒湿机组，并随着模块化技术的进一步完善，有向其它行业拓展的趋势。

5.2  模块式机组特别适合于冷负荷在20～200KW之间的空调场合。对于冷负荷大于200KW的场合采用多台模块式机组也是可行的。随着新技术的应用和新产品的开发，模块式空调机组将实现更节能、更环保的空调。

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参考文献

[1] 实用供热空调设计手册   陆耀庆 主编

[2] STULZ技术手册  北京 梅兰日兰电子有限公司

[3] 空气调节用制冷技术  中国建筑工业出版社