暖通空调

机械工程

暖通空调是具有采暖、通风和空气调节功能的空调器。由于暖通空调的主要功能包括：采暖、通风和空气调节这三个方面，缩写HVAC(Heating,Ventilating and Air Conditioning)，取这三个功能的综合简称，即为暖通空调。

空气调节系统

暖通空调（Heating, Ventilation and Air Conditioning，简称HVAC）是指室内或车内负责暖气、通风及空气调节的系统或相关设备。暖通空调系统的设计应用到热力学、流体力学及流体机械，是机械工程领域中的重要分支学科。

有时也在缩写HVAC中加入R，代表冷冻（Refrigeration），缩写就变成HVAC&R或HVACR，或是缩写中加入R，减去代表通风的V，缩写就变成HACR。

暖通空调系统可以控制空气的温度及湿度，提高室内的舒适度，是中大型工业建筑或办公建筑（如摩天楼）中重要的一环。

背景

暖气、通风及空气调节是由于许多科学家的发明及发现而产生，其中包括尼古拉·利沃夫（英语：Nikolay Lvov）、麦可·法拉第、威利斯·开利、鲁本·特灵（英语：Reuben Trane）、詹姆斯·焦耳、威廉·朗肯（英语：William Rankine）及萨迪·卡诺等人。

暖通空调系统的零件大约发明在工业革命前后，全世界的公司和发明家也不断引进各种现代化及高效率的新方法。暖通空调的三个主要功能暖气、通风及空气调节都有相互关联，其目的是在合理的安装、运转及维修成本下，提供舒适温度（英语：Thermal comfort）及适当的室内空气品质（英语：Indoor air quality）。暖通空调系统提供通风功能，减少空气渗透（英语：Infiltration (HVAC)），维持室内外或不同房间之间的压力关系, 空气流进或流出房间的特性称作室内空气分布（英语：Room air distribution）。

在现代的建筑中，上述机能（包括其控制系统，及系统的设计及安装）会整合在一个或多个的暖通空调系统中。针对小型的建筑，承包商会直接依需求选择暖通空调系统及设备。若是大型的建筑，会由建筑设计者及机械、结构等工程师共同分析、设计并选定暖通空调系统，再由专业的机械承包商来安装。

暖通空调系统是一个国际性的产业，其相关工作包括系统的运行、保养、设计及架构、设备制造商及业务、研究以及教育推广。暖通空调产业以往是由暖通空调设备的制造商所管理，有许多国际性管理及标准化组织关注此领域，包括国际暖通空调分销商管理办法委员会（英语：HARDI）、美国采暖、制冷和空调工程师协会（英语：ASHRAE）、美国金属片与空调承包商协会（英语：SMACNA）、美国空调承包商协会（英语：Air Conditioning Contractors of America）、统一机械规范（Uniform Mechanical Code）、国际建筑法规（英语：International Building Code）于提供暖通空调产业相关服务并提升其水平。

演化过程

暖通空调系统最根本的目标是实现对环境温度的调控，以满足人们对环境舒适度以及一些工艺性的要求。

在早期的暖通空调系统中，一般采用定流量水力系统，通过对末端设备风量的分档控制来实现对目标区域环境温度的调节，如采用三速开关调节风机盘管风量以及通过变风量空调箱进行风量调节等。这种调节是简单、粗略以及分散式的，且在系统初调试合格后不需再对水力系统进行调节。

随着人们对环境舒适度的要求以及节能意识的不断提高，这种调节已经不能满足要求。于是人们开始采用变流量水力系统以及变风量系统，通过电动调节阀或风阀执行器对系统的水量或风量进行连续调节来实现对环境温度的精确控制。

电动调节阀既可以通过与各种传感器、变送器以及控制器相连组成分散式的控制系统，也可以与楼宇控制系统相连组成分散控制、集中管理的中央控制系统，从而大大地提高了系统对环境温度调控的能力。

但是在一些系统负荷波动较大的变流量系统中，由于多台电动调节阀同时工作，任何一台电动调节阀工作状态的改变都会对其它的电动调节阀产生影响，而电动调节阀本身的抗干扰能力又比较差，从而造成了整个系统不稳定，对环境温度的调控能力下降，调节精度降低。

因此在一些大型变流量中央空调水系统中，一种具有较强抗干扰能力的新型调节阀—动态平衡电动阀得到越来越广泛的应用。

同时，一种全新的全面平衡水力系统，也因其高效、稳定和节能而被越来越多的大型变流量水系统所采用。

新技术

空调水系统变频变流量技术

中央空调的冷负荷随环境温度和使用面积的变化而变化，定流量水系统的水系的水泵电机基本是满负荷运行，形成大流量小温差的现象，针对这种效率低，能耗大的情况，采用空调水系统变频器控制冷冻水泵电机运行，使冷冻水的流量与冷负荷成正比例的变化，收到良好的节能效果，经济效益显著。选用变频器时主要考虑到电机功率相匹配的容量，同时也要考虑可靠性高，操作简便，价格适宜等因素。变频器的发展大约经过30年的技术创新，已成为电机调速转动的主流，在各行业领域中发挥着重要的作用，而且随着变频器的全数字控制方式发展，其精度高，可靠性高，稳定性好，存储能力强，逻辑运算能力强等优势将更加突出，经济效益更加显著，应用范围更加广泛。

蓄冷蓄热、低温送风和大温差技术

空调蓄冷，利用分时电价的不同，贮存电网低谷时段的“便宜的能源”，在需要冷量的峰值时段，将贮存的冷量释放出来以满足空调负荷的要求。以蓄冷介质区分，有水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷三种方式。冰蓄冷的优势：①冷水机组容量降低38%；②空调设备功率减少27%；③年运行费用节省37.1万元。冰浆是含有悬浮冰粒子的固液两相溶液，也称流体冰，二元冰。其中冰粒子颗粒为毫米至厘米级别，通常为了降低凝固点加入醇类和盐类抑制剂。冰浆技术应用优势为：⑴巨大的相变潜热，并可利用低温显热（冰的融解热335KJ/kg，水的比热容4.18KJ/kg.℃）；⑵较好的流动性，可泵送至任何地方；⑶融冰释冷速度，热响应速度快；⑷采用蓄冷策略，减少系统运行费用，增强供冷的可靠性。

区域冷热电联供和分布式能源技术

区域供冷系统（DistrictCooling System，DCS），类似如北方的城市集中供热系统的，是在一定规模的区域内，由专门的制冷站集中制造冷冻水，通过冷冻水管网络向各用冷建筑物输送，从而提供制冷空调服务的系统[1, 2]。

区域供冷系统可视为大规模的中央空调系统，其用户可以包括公寓、写字楼、酒店、商场、机关、医院以及住宅。区域供冷系统适合应用在冷负荷密度高以及年冷负荷系数大的地方，如工业建筑群，人口稠密的城市商业区等。区域供冷系统由中心制冷站、冷冻水输配管网、冷用户三部分组成。中心制冷站通过各种方式生产冷冻水。其设备包括制冷机以及附属设备、蓄冷设备、热交换设备以及控制装置。冷冻水输配管网将中心制冷站生产的冷冻水输送至各用户。冷用户是需要制冷空调的建筑物，装有末端的冷热交换设备。区域供冷相对于传统的中央空调以及分体空调具有以下特点和优势：1)能源利用效率高。2)同时使用系数小，制冷主机装机容量小。 3)减少运行管理人员，提高维护质量。4)环保优势明显。5)有利于采用蓄冷技术。6) 建筑美观性和空间利用率的提高。

地源热泵等舒适节能空调技术

地源/水源热泵空调是以水为载体，通过地源热泵机组系统，冬季将地温热能（地下水或土壤热能）传递转移到需供暖的建筑物内部，夏季又可以将建筑物内热量，通过热泵机组系统，传递转移到地球浅部地层中去，它是充分利用了地下水或地下土壤常年温度保持恒定的特点，是环保、节能、“零”污染、“零”排放的一种空调设备。它具有如下特点：（1）节能30%~60%；（2）高效、环保；（3）冬、夏两用；（4）寿命高达二十五年；（5）降低投资风险，节省初投资。

特点原理

暖通空调是分户的中央空调，中央空调它最大特点,是能够创造一种舒适的室内环境。而家居一般的分体的空调，它只能解决冷暖问题，而解决不了空气处理过程。有了暖通空调就不一样了。

其空气处理过程有以下步骤：首先是空气进来以后，除了引进新风以外，可以把空气进行冷却处理，然后就进行过滤处理，过滤处理以后，增加了几大特点：第一就增加电子除尘器.，它主要可以捕捉非常小的颗粒的灰尘，一般来讲它可以捕捉一个微米的灰尘，而这个灰尘的范围内大部分都是细菌、病毒、烟尘，或者是异味这样就都可以过滤掉；另外就是会增加一种加湿设备，这个加湿器可以创造我们房间的加湿达到40%左右的相对湿度，这样人会感到很舒适。

关于暖通

“暖通”是建筑设计中工种的一个分类的名称。

在我国的建筑行业，一直以“建筑设计院”牵头。一个建筑项目确立之后，首先由某个建筑设计院进行总体设计。

建筑的总体设计包括许多分项，一般如下：建筑设计，结构设计，基础设计，电力（强、弱电）设计，给排水设计，暖通设计，配套园林绿化景观设计等等。

暖通设计（如果该项目需要）是指该项目中的所需要的“空气调节系统”简称“空调系统”。一般“空调系统”包括制冷供暖系统，新风系统，排风（排油烟）系统等的综合设计。

所以说“暖通”从功能上说是建筑的一个组成部分。从建筑设计来说，他是建筑设计的一个分项。并不是单指“空调”。

需要说明的一点是：“空调”在一个建筑中可能是“中央空调系统”，也可能是“中央空调与独立空调的混合系统”，也可能全部是“独立空调的系统”。一切根据建筑的功能以及投资者的意向和实际需要而定。

节能技术

1.热源系统的优化选择

在暖通空调系统的节能设计过程中，应根据工程建筑的实际情况，合理选择热源系统。一般情况下，我国市场常见的热源种类主要为：热泵、热电站、区域锅炉房、小型锅炉、直燃型溴化锂吸收式热水机组等。以能源的利用效率来看，一般热电站的运行效率最高，热泵技术位居其次。热泵主要应用自然中蕴含的大量可再生、低品位能源作为热源，如地表水、太阳能、大气、地热等，通过压缩机的运行，在热源中吸取热能，提高温度之后传输到高温热源中。根据热泵的能源不同，可以分为两大部分空气源（风冷）热泵。主要为商用单元式热泵空调机组、家用热泵空调器、热泵冷热水机组等多种类型地源热泵，以土壤型为代表，可以实现至少30%以上的节能目标：直燃型溴化锂吸收式机组，其供热效率与燃气锅炉基本类似，但是对于锅炉房来说，大型区域锅炉房的蓄冷系统应用效果比小型锅炉更佳。

2.推广使用变频技术

在现代化暖通空调系统中，变频技术的应用具有较强的必然性。通过变频技术，既可弥补空调系统的工艺问题，也可减少能源消耗，降低运行成本。一般情况下，空调系统仅按照事先设计的额定功率运行，在负荷较低的情况下，如果设备仍以额定功率实行全负荷运行，那么必然产生能源浪费。通过在暖通空调系统中应用变频技术，就可实现空调设备的输出功率随着负荷的变化情况而有所调节，发挥节能减排效果。结合空调的实际负荷状况，适当改变风流量或者水流量，实现节能目标。一方面，变风量系统，利用空调系统的末端装置实现室内负荷的补偿机制，优化调整送风量，以保持合适的室内温度；与定风量系统相比较，变风量系统可节能约5O%；另一方面，变水量系统，主要通过控制数量来调节温度，比定流量系统更加省电。随着我国工业变频器的推广与使用，通过优化调节风量、水量及主机等，可实现与空调负荷的匹配运行，发挥良好的节能效益。

3.降低热媒介的能耗

在暖通空调系统中，节能工程设计应该注重各个环节的能源消耗。以具体设计及实际运行状况为出发点，形成整体性的空调节能体系。其中热媒介质传输系统作为暖通空调的重要组成部分，其热能输送方式、材料选择等，均对节能问题产生影响。在热媒介质传输系统中，选择保温材料，如直埋管等，可实现热水的预制保温；进而降低热能传输过程中可能出现的损失。另外，还可应用计算机系统全面测试空调系统的供暖状况，应用智能管网、平衡阀等，优化配置管网流量，加强管理对策，以此提高运行效率，实现节能目标。有关空调系统的节能设计，还可应用动力传输系统，进而优化动力系统的设计与施工，提高空调系统的节能效率。动力系统应选择负荷性质良好、运行效率高、温差大、流变速度的供应管道，运用合理、有效的动力设备，提高传输效率，构建良好的空调运行系统。

4.合理确定空调方式

随着人们生活水平的提高，新型节能、舒适、健康的空调运行方式逐渐被推崇。对于暖通空调系统来说，其应用的舒适程度主要取决于风速、湿度、空气湿度、环境平均辐射温度以及人们对环境的感觉等综合因素。因此，选择各种不同的组合型环境参数，产生的热舒适效果有所区别：例如，热湿环境的不同，空调系统产生的能耗也有所区别。在冬季时期，如果选择传统的空调方式提高室内温度，热湿交换通过空气在人体和环境中进行，所需要的空气湿度较高，这种情况下，加热新风的热损失及维护结构的热损失相对较大；如果能应用全新热湿环境应用成果，优化选择空调运行方式，提高辐射热度，就可显著降低空气湿度，一般以12℃～24℃为宜，而传统的空调运行方式则需要在18℃～20℃，显然新型空调运行方式的节能效果更加客观。同理，在夏季使用空调系统时，新型空调运行方式更加适用。通过应用这种健康、舒适、节能的新型空调运行方式，既可满足高水平的生活需求，同时也实现节能减排目标，与低碳经济发展相一致。

5.冷热能回收的优化

当前，有关暖通空调系统的冷热能回收问题正在进一步研究，以推动空调系统的冷热能回收效率，在保障能源利用效率的前提下，实现节能目标。通过对排风余热的回收，可更好地应用排风能量，对新风进行预冷或者预热，减少负荷量，实现空调系统节能；排风余热的回收可以分为全热回收及显热回收两大部分，回收设备一般为板翘式全热交换器、转轮式全热交换器、板式显热交换器。

节能环保

能源的不足，地球环境的急剧变化以及各种相关危害的频繁发生，使得节能环保成为当今时代的主流已经深入人心。自此，节能环保开始进军各行各业，成为新时代的宠儿。在暖通空调行业中，节能环保也成为了行业的趋势。

中国建筑的能耗(包括建材生产、建造能耗、生活能耗、采暖空调等)约占全社会总能耗的33.3%，建筑业的二氧化碳排放占全国总体碳排放的43.7%，如今能达到新建建筑国家标准(必须节能50%)的建筑只占同期建筑总量的约10%。随着我国住宅产业的发展，建筑节能越来越受到国家各部门的重视。暖通空调系统作为办公楼、住宅的耗能大户，对整个建筑物的能耗有着直接的影响。因此，暖通空调的发展受到多方关注。

暖通空调作为耗能较大的行业，在节能环保的大背景下，低碳环保的生活方式对暖通空调市场影响深远。制冷快报记者在采访中了解到，随着暖通空调行业不断发展，产品布局正在悄然发生变化。低碳节能已经成为暖通空调产品的基本诉求。暖通空调企业不断运用先进的科技，提高空调产品的能效等级，开发能源替代和再生能源利用，研制新制冷剂等。

节能环保时代的到来为节能技术占优的企业赢得了更多商机，同时也向一些产品技术落后的品牌提出了挑战。国内暖通空调行业在研发发面不断加大投入，力推节能产品，围绕节能、环保打造企业核心竞争力。节能环保成为暖通空调行业发展趋势。

随着节能环保的关键不断的深入人心，干净，舒适，安全的生活环境越来越受到人们的欢迎。节能环保成为当下的主流，各行各业已经加大投入，使自己赢得更多的商机。相信在未来的生活中，节能环保将会受到越来越多人的青睐，也为许多商家提供了致富之路。

碳氢制冷剂主要是节能和环保这两大优点；节能方面：用R433的空调要比用R134,R22的空调节省能耗15%至35%左右。环保方面：碳氢制冷剂属于天然工质，因此对大气无污染、对臭氧层无破坏和温室效应几乎为零。2011年7月18，环境保护部副部长李干杰出席验收活动并充分肯定了中德合作碳氢制冷剂房间空调器示范生产线日前在广东省珠海市顺利通过验收相关参与方为此项目的成功实施所付出的心血和努力。

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