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空调箱学习资料

发布时间：2020-11-04

来源：暖通南社

阅读次数：3090

冷冻水，热水或蒸汽通过一个系统被输送到盘管。空调是通过迫使空气通过盘管后再输送这些空气到控制区来完成的。盘管的应用有两种基本类型：房间风机盘管系统，集中式空调箱。

空调箱中盘管的位置是根据空调箱的形式而变化的。集中式空调箱的功能段有空气混合、过滤、加热和冷却盘管、风机和附加段。设计者把这些功能段以模块形式组装起来。

相对于盘管段，风机段有三种典型安装方式：卧式抽吸式；卧式吹送式；立式抽吸式。

如果风机位于盘管的下游，这个系统就是抽吸式。如果风机位于盘管的上游，这个系统则是吹送式。当一个专用的，两层盘管段和吹吸式一起使用时，这个系统就成为双管或多区空气处理设备；

相对于盘管，风机和其他部件的位置取决于使用情况，制造商和负荷范围。

空调箱类型：

空调箱是由所选择的功能段组装而成的。

根据使用情况确定要选择的功能段。

根据风机形式，盘管安装方式有三种：卧式抽吸式，卧式吹送式，立式抽吸式（见上图）。

一个基本的空调箱，不论是吹送式还是抽吸式,都是由工厂制造不同的段或模块组装起来的。尽管组成段的数量变化很大，但至少应包括盘管段和风机段。下面介绍一个吹送式空调箱，它有5个基本成分：混合箱、过滤段、附加段、盘管段和风机段。新风和回风在混合箱混合，在过滤段过滤。附加段是用来进行维修和清洁的。盘管段安装有加热盘管或冷却盘管或两者皆有，以达到对空气进行加热和冷却的目的。风机输送空气。根据空气流经的顺序可以判断出不同的部件。以后还会讨论一系列的附加段。加热盘管段是属于设备的一部分，但通常不认为是基本设备的一部分。认为加热盘管是附加的。设备的外壳是在框架上安装薄的金属材料，有时外壳设计为不需要单独的支持框架。有些钢板制造的设备需要油漆来防止腐蚀。那些由厚镀锌板制造的，由于已得到充分的防腐蚀保护而不需要油漆。大多数空调箱用于舒适性系统。特殊用途的则需要附加的涂料以防止腐蚀。在风机和盘管段的内部用1寸的防火玻璃纤维来保温。所有机箱中冷却盘管的出口和下游都需要保温，以防止结露。保温部分的外表面需要塑料涂料或其他的防腐蚀涂料来防止暴露在高速气流中的表面被腐蚀。

基本部件：1.混合段(新风与回风混合)；2.高速过滤器段；3.附加段4.盘管段(冷却与加热)5.风机段(前向型或翼型风机)。

吹送式和抽吸式：

冷却盘管的凝水盘常作为风机段和盘管段的底板，并用0.5寸的防水材料和多孔的泡沫塑料保温。保温层与凝水盘紧密固定，防止收集的凝水向外部渗漏。

在抽吸式系统中，风机抽吸着空气穿过冷却盘管、加热盘管、过滤器和其他部件。因此凝水盘处于风机的负压端，需要水封防止在冷凝盘内积水，并防止空气向空调箱内渗漏。需要的最小水封高度取决于系统的负压。

在吹送式系统中，风机吹着空气穿过冷却盘管，通常还有加热盘管。此时凝水盘处于风机的正压端。

吹送式也需要水封来防止空气渗漏。由于凝水盘处于风机的正压端，以及必须提供充分压头来抵消系统的压力，水封的液柱必须在密封的出口处，下图就说明此概念。

一些工程师喜欢使用吹送式空调箱，这是因为在对空调区进行空气输送之前可去除风机得热，它也可以防止过滤器下游空气的向内渗透。然而大多数工程师还是使用抽吸式设备。吹送式与抽吸式：

H=从液面到弯头顶端的高度=弯头的有效静压头。

冷却盘管：

冷却盘管是使用冷冻水 (称为冷冻水冷却盘管)或蒸发液体制冷(“直接膨胀”也称为“干式膨胀”或“DX”冷却盘管)的。排数、肋片间距、肋片设计、肋片材料、回路数、DX盘管是否是分体式等都是可以选择的。

盘管的排数从2到12排，舒适性空调多数情况下使用4、6、8排。

肋片通过机械方式连接在盘管表面上，增加表面的有效传热。一般间距为每寸管道有8-14片。通常使用的肋片有两种基本类型。最早的是螺旋型的肋片，最近的是使用平肋片，盘管管子被嵌入薄片中，嵌入以后，每根管子都会被膨胀，以达到与肋片的紧密的机械连接。若要得到关于盘管肋片、螺旋肋片和平肋片的详情和图片，请看“盘管肋片类型”。

冷却盘管的管子和肋片的材料一般均是铝和铜。商用舒适性空调使用铜管、铝肋片。铜肋片价格较贵，使用有限，但是当盘管暴露在硫化氢、二氧化硫或高浓度的二氧化碳中时，需使用铜肋片。当用水喷林盘管时，最好使用铜肋片，尽管铜管、铝肋片在无腐蚀时应用很成功，但在有高度腐蚀气体（例如在工艺过程中遇到的气体）的情况下，还要在铜管上涂上防腐层。这些情况我们都应当在设备制造商的帮助下，单独进行考虑。

冷却盘管：直接膨胀式；冷冻水；排数、片距和回路。

材料(标准)：铝肋片；铜管；机械胀接。

盘管安装：冷却盘管和加热盘管布置在空调箱的盘管段。盘管段中加热盘管相对于冷却盘管的位置，取决于HVAC系统中加热盘管的使用情况。加热盘管可以和冷却盘管一起放置在盘管段或它可单独安装在加热段。

预热盘管：北方气候下,当有大量的室外冷空气被吸入盘管时，冷却盘管就有被结冻的可能性。为了保护冷却盘管，在冷却盘管的上游布置一个加热盘管，称为预热盘管。预热盘管可在空气流经空气处理器时把它加热到冻结温度之上。

另一种方法是在新风段布置一个预热盘管。

还有一种方法是在空调箱中布置有两个预热盘管。一个是布置在新风管道上，加热空气到冻结温度之上。另一个布置在盘管段来加热新回风，以达到合适的送风温度。

再热盘管：当加热盘管布置在冷却盘管的下游时叫做再热盘管，并有两种功能：冷却盘管为了控制湿度就有可能将空气过冷，为了防止空调区过冷，再热盘管则加热送风。

在冬季需要加热时盘管可作为热源为空调区提供热量。

流体媒质：冷却时，流体是冷冻水。加热时，流体是热水或蒸汽，在一些情况下根本没有流体，而是用电加热器。盘管段：冷却盘管，加热盘管。

预热盘管可以放置在新风管道中以作为过冷保护。

在盘管段，加热盘管可以是预热盘管，作为过冷保护。

在盘管段，加热盘管可以是再热盘管(在湿度控制或加热时再热)。

风机：

舒适性空调一般都使用离心风机。离心式风机共有四种叶轮设计，这些构成了集中式空调箱中风机段的四种基本形式。他们都使用两倍宽度、两个入口的风机叶轮，它是由两个单宽度、单入口叶轮组成的。

后向型风机有直线型后倾叶片、曲线型叶片或翼型叶片。直线后倾型有直的单层金属叶片，而曲线后向型有弯曲的金属叶片，翼型设计使用双层的金属叶片来提高空气流经叶轮的效率。它主要用于运行投资的节省可高于初投资的情况。

第四种类型是前向曲线型，它的叶片是弯曲的单层金属叶片。

四种基本的风机类型：

离心式风机：下面显示的是一个典型的前向曲线型和翼型风机在集中式空调器中的使用。大量小型、轻质叶片构成了前向曲线型叶轮。风机的其他部分也是轻材料。这些都比翼型叶轮要轻。根据设计情况，前向型风机可以以比相同直径的后向型风机低的转速输送更多的空气。任何类型的后向型风机输送相同风量时，前向型可以以后向型一半的速度运行。这个特性使得前向曲线型风机噪声更低，再考虑到它低价的特点，使它成为低中压运行中的最佳选择。

也有事例表明，在大容量、大压差情况下，后向曲线型风机比前向曲线型风机效率更高，所以在许多中压运行的情况下，多使用后向曲线型风机。

两倍宽度、两个入口的前向曲线型风机、后向曲线型和翼型风机多用在集中式空调箱中。由于风机是安装在机箱的风机段中，所以当空调箱的尺寸确定以后，风机的尺寸也就确定了。通常对于一种型号，制造商可提供2或3个风机叶轮形式，这种方法可以使系统处于较高效率下运行。

低中压系统(静压从0到5英寸)通常使用前向曲线型风机或后向曲线型风机。一些制造商使用分别的低压和中压风机来适应静压范围，在这种情况下，低压系统可使用前向曲线型，中压系统不仅可以使用前向曲线型，也可使用后向曲线型风机。也有制造商用单独一个风机在低压和中压情况下运行(主要是前向曲线型)。

高压运行(总静压从5到9英寸)需要重型构造，更高的静压效率和更大的压头。

一旦确定了空调箱的型号，风机需要处理的风量和静压也就确定了，这时需要选择一个合适的风机类型。对于风机性能，不管是表格形式还是风机曲线图，有很多合适的风机类型满足要求。对于这种情况，系统设计者应在设计负荷和部分负荷两种情况下考虑初投资和运行费用，选择最好的风机。

风机段：

风机段的设计是随制造商不同而变化的。下面左边所示的是一个单风机前向曲线型风机段。内部结构图说明电机是装在风机箱中的。由于内部驱动和风机的支撑装置，使得风机轴短，轴承处于气流中。另一种风机段设计的方式如下图所示。电机装在风机箱的外部。在这种情况下，单个风机叶轮或多个风机叶轮固定在一个长的风机轴上，风机箱比内部安装电机的要小，但是所需要的安装和维修空间不会很小。在过去的30年间，多数情况是将电机安装在内部。

根据制造商的不同而有所改变；电机安装在：内部或外部。

风量控制：

很长时间，变风量系统都选择集中式空调箱配备的风机段。在这些系统中，风机容量的减少对负荷降低的场合有利，特别是实现了电机功率的减少。这些装置用静压控制原理，它可以在VAV系统末端喉管关闭以后实现管道静压的控制。可调进风叶片和送风阀是风机的两个附件，它们使与集中空调箱的结合成为可能。然而送风阀很少适用于翼型或后向曲线型风机，而且不能节能。可调进风阀是一个常用的、低能耗的选择。变速风机的初投资较高,但是主要的节能设备。其中变频风机是最常用的。

下面是可调进风叶片的完整图示。它固定在风机的入口，并由送风管道系统的静压传感器来控制开闭。用气动或电动机构移动控制臂来调节叶片。可调进风叶片仅适用于后向曲线型风机。它们减少了风机容量，但由于对空气造成了预旋转而消耗一定能量。

排风阀适用于前向曲线型风机，它可以降低送风管道系统上的静压。和可调进风叶片相同的是控制是由静压传感器来实现的。

中央的AHU系统通常在VAV系统中使用。

控制风量需具备的条件：

入口导向叶片（IGV）也称为可调进风叶片（VIV）；

排风阀；风机速度可调（尤其是变频的）。

其它部分：

目前大多数空调箱不仅仅包括风机段和盘管段。为了控制室内状态，需要对空气进行混合、加热、净化和加湿。因此，需要一些附加部分来实现这些功能。集中式空调箱使用的灵活性来源于基本功能段的多样性，也包括可提供的附件多样性。更多附件的配置增强了它的灵活性。

下图表示在吹送式集中空调箱中其它功能段的布置。

在应用中，除了风机和盘管段以外, 机组还要有很多其他功能段。

上面是一个抽吸式空调箱的一些典型段；

(1)混合箱(新风与回风混合)；(2)高速过滤段；(3)附加段；(4)盘管段(冷却和加热)；(5)风机段(前向曲线型和翼型)。

加热盘管：

通常加热盘管是和冷却盘管一起布置在空调箱中的，它在强迫对流的条件下加热空气。另一种方法是，加热盘管布置在新风或送风管道上。加热盘管的能源有蒸汽、热水和电。这些盘管用来加热(关闭冷却盘管)、预热(在冷却盘管的上游加热)和为了控制温度而进行的再热(加热冷却盘管的冷却空气)。流经盘管的风速是有一定范围的，不能超过制造商提供的范围，一般为400-550fpm。排数和肋片间距是由所需要的温升确定的。通常用于集中式空调箱。

能源：热水、蒸汽、电。

用于：一次加热（关断冷却盘管）；预热（冷却盘管的上游）；再热（冷却盘管的下游）。

空气速度：一般400-550fpm；高的达到1200fpm。

结构：排数、片距、迎风面面积。铜管、铝肋片。

过滤器和污染物：

集中式空调箱需要用一种措施来去除新风和回风中的污染物。如果不经过过滤，污染物将积聚在空调箱的部件上或到达空调区。

空气过滤器的效率问题是一个工程设计问题，取决于实际需要。过滤器所需过滤掉的颗粒，大的有叶片那么大，小的如细菌大小。下图所示的是各种污染物的粒径以及推荐的去除方法。过滤器是一种降低污染物浓度的传统方法。

有多种过滤器，每种适用于不同范围，具有不同的效率。每个制造商都提供易于和他们的空调箱安装的过滤器。过滤设备的效率范围和形式随着制造商的不同而不同，下面介绍一些常用的类型。

板式过滤器：

板式过滤器是舒适性空调中最常用的低效过滤器，为舒适性空调提供了可接受的最低的过滤标准。

它外形如矩形平板，有标准尺寸系列，厚度通常为1~2in。许多制造商设计的过滤段可容纳一定数量的过滤器。

板式过滤器有一次性和可清洗的两种。一次性的通常为纸板框架，两恻都有金属或塑料的网板保护，滤料通常为天然或合成纤维，而在出口侧密度较大。有时还在制作过程中加入粘性涂料，以增加其容尘量。可清洗型与一次性的外形相似，主要区别在于外壳和滤料均为金属的，下图是两种典型的一次性板式过滤器。

板式过滤器通常安装在盘管上游，称为预过滤器，也可以安装在盘管下游，称为后置过滤器。它们可以是低速或高速过滤器，取决于其结构形式。

板式过滤器可以V形安装以降低过滤风速，一般为350ft/min或更低，这样可以获得较高的过滤效率。大多数情况下是通过空调箱的端面开口来更换或维修过滤器的。

高速过滤段中的过滤器是垂直并列的，减少了过滤段的长度。过滤器面风速与盘管面风速相当，通常为 400~700 ft/min。

常用在空气调节中；最小的容尘量；多样的形状，厚度和大小；

一次性的：纸板框架；金属或塑料网板；用天然或合成纤维填充；粘性涂层。

可清洗的：金属框架和滤料；可清洗。

“V”字排列-低速，最大为350fpm；垂直排列-高速，400—700fpm。

典型的过滤器类型：

袋式过滤器：

袋袋式过滤器是板式过滤器的一个代替物，可提供中高效过滤。它可以去除引起表面积灰的细小灰尘。下面所示的是一个袋式过滤器，将被安装在集中式空调箱的袋式过滤器段。

袋滤袋是用纸和纤维的混合材料制成的。这种形状可以增大过滤面积，使得穿过过滤器的空气流速较低，经常被使用的是标准型或加长型的袋子，后者多用于高速或紧凑的场合。

一旦滤袋脏了，则需要更换。由于袋式过滤器比抽屉和卷绕式过滤器的效率高，设计复杂，所以投资较大。因此，通常需要一个高速初效过滤器来去除大的颗粒，从而减少更换袋式过滤器的次数。

自动卷绕式过滤器：

下面所示的是一个自动卷绕式过滤器，将检修门的位置改为滤料转轴。这种方式适用于高速一次性滤料，而且同一个转轴上可以有多个过滤器。

过滤料大约2寸厚。当滤料变脏时，可自动或手动来卷绕。自动更新比较流行，这是因为它可以减少自动卷绕式过滤器的维修工作量。自动卷绕式过滤器的另一个优点是效率比板式过滤器高。

静电和HEPA（高效）过滤器：

静电过滤器：一些塑料具有产生和滞留电荷的特性并可吸引与它接触的其他物体。静电过滤器是一种被动型过滤器(无电压输入)。不可以和电除尘器混淆，电除尘器是有外加电场的。

静电过滤器去除颗粒物的方法是在颗粒上附着电荷，然后把他们收集在带电表面上。过滤效率和袋式过滤器的效率相当。由于可节省袋式过滤器更换滤袋的费用，使静电过滤器在一定场合很受欢迎。

现在几乎没有集中式空调箱的制造商把静电过滤器作为标准的产品。若要使用，则需到过滤器制造商处购买。静电过滤器一般用于民用和商业建筑中。

HEPA过滤器：字母HEPA代表高效微粒捕捉。这种过滤器也可称为绝对过滤器，这是因为它的过滤效率高达99.97%。玻璃纤维是HEPA过滤器的过滤材料。使用这种过滤器的场合是医院手术室、研究实验室、制药厂和其他一些防止空气污染的场合。

板式和自动卷绕式过滤器通常安装在空调设备的上游，高效过滤器，例如静电过滤器、袋式过滤器和HEPA，一般作为二次过滤。这种情况下，安装在设备上游的低效过滤器的作用是防止污染物积聚在空调箱内。

迎风面和旁通：

空调箱的另一个附件是迎风面上的调节阀门和旁通阀门。这两套阀门一般安装在同一个功能段上。迎风面上阀门布置在冷却盘管的正前方，旁通阀门布置在盘管之上。打开旁通阀门，则关闭迎风面阀门。旁通阀门和气流通道可在空调箱的外部，如下图所示，也可在内部。可旁通的最大气流量是由旁通通道的尺寸决定的。特殊情况参考制造商的产品资料。

迎迎风面阀门和旁通阀门的布置是为了在部分冷负荷时将空气旁通，以适应负荷变化。考使用旁通段时，风机选择和空气分布系统必须在设计风量上增加10%的余量，附加风量是用于补偿关闭的旁通阀门的空气泄漏和阀门处于中间位置时风量的变动。

两套调节阀门：盘管迎风面阀门；旁通阀门。

部分冷负荷的控制方法：

在部分冷负荷时旁通冷却盘管；旁通可在AHU的外面或里面；旁通风量的最高限。

风机和空气输配系统要增加10%的风量，阀门泄漏。

加湿器的四种形式：

在寒冷季节，水蒸气总是从空调区域向室外空气迁移。此外，室外空气也会随着冷风渗透进入室内。这样，在冬天，室内空气湿度也是空调所需要考虑的一个方面。有四种设备可用来加湿。

蒸汽盘加湿器包括一个水盘，一个补给水用的浮球阀和一根用于加热、使盘里的水蒸发的蒸汽管。该设备上安装了一个排水阀，便于蒸汽盘的清洗。蒸汽盘加湿器通常安装在热水盘管段，在冷却盘管的下游。

喷淋式加湿器包括一个喷头，上有带滤网的喷嘴。喷淋用的城市水压=>15psi。为了使未蒸发的水滴从气流中分离，加湿器要处于冷却盘管之前，使其能流到凝水盘内排放。如果供水里有溶解的盐分，喷淋式加湿器可能导致空调区有污垢沉积。如果使用软水，喷淋式加湿器可用于铜或铝制盘管。如果水中的杂质未清除，腐蚀将会导致盘管寿命的严重下降。当工业气体，比如硫化氢、二氧化硫、二氧化碳进入喷淋水或混在室外空气里时，建议采用全铜盘管。

当迎风面和旁通使用阀门控制时，通过喷淋加湿器的流速应设为最小，当风机不运行时，可利用安装在水管上的电磁阀关闭加湿器。喷雾加湿器有一根安置在冷却盘管出风侧和凝水盘上面的水平管道。喷淋角度70度的 1/8 ”的锥状黄铜制喷头安装在管子上。每个喷嘴都有一个黄铜制的滤网。建议供水管路也要有过滤网。喷雾加湿器用的城市水压≥15psi。

蒸汽管式加湿器包括一个开放式或槽状的盘状结构，里面放置了一根保温的蒸汽管道。蒸汽管上开了很多小孔以喷蒸汽。盘上要安装凝水排水管。当在负压条件下工作时，为了防止凝水盘里“飘雾”，就需要安装水封。送入加湿器的蒸汽应该是无味的，以防止空调区产生气味。

不建议在吹送式机组内使用喷淋式加湿器和喷雾加湿器。在这些装置中，加湿器安装在风机的正压段，会导致空调箱的连接处产生泄漏。蒸汽盘加湿器和蒸汽管式加湿器适用于式吹送装置。

加湿器对气流没有明显的阻力，所以阻力计算不用将其考虑进去。

混合段：

混合段是用来汇集和输配空气的一个静压箱，有两个空气入口，每个入口配有一个调节阀。它的目的是用来混合室外新风和室内回风。在正常情况下，一般安装在空调箱的空气入口端，提供一定质量的室外新风。该装置的阀门为互琐型，使回风阀门和新风阀门联动。下图说表明了一个典型的混合箱的形式。

该图说明空气的进口可以在空调箱的底部和后面，或者在上面、下面，也可以在上面、后面。

用气动、电动或DDC控制来调节风阀的设置，使新风量根据室外气温的变化进行调节。典型的调节范围从各标准规定的最小新风量到100%的室外新风。

在合适的相对湿度和室外温度条件下，可以关闭制冷机，采用室外空气吸收室内负荷，实现免费供冷方式，这就是为生产商所推崇的“经济”运行方式。

另外，风量调节阀也可以根据室内空气品质来控制，通过调节阀门使室内的二氧化碳浓度达到最低。

以上所述的功能段使抽吸式空调箱的应用非常方便，而且许多生产商还提供了一系列的功能段以备选择，使得空调箱的选择更为灵活。这些功能段可水平组装，也可以垂直组装。

它们也可以安装在地板上，或吊在天花板上。目前越来越多的人使用可以安装在室外的设备，以节约宝贵的室内空间。一些生产商将设备改进，使其可以安装在屋顶上，这种设备的排风可以是任何方向。

多区空调箱：

下图是带有两个盘管及分区阀门的吹送式空调箱。他适应分区空调的特殊需要。

风机的位置使空气可同时通过两个盘管，然后通过分区阀。盘管前有均流孔板使气流均匀流过冷、热盘管，盘管后是分区阀门。热盘管将热空气送入上部热风腔，冷盘管将冷的去湿空气送入下部冷风腔。冷热分区阀成90度相对，使送至每一分区的风量基本恒定，且每一分区均可获得100%的热风或100%的冷风。分区数量取决于设备尺寸。一台设备最多可服务于28个分区。独立的送风管从分区阀接至各分区。

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