sci论文刊发浅析中央空调选型指南

　　摘要：中国目前集中空调的市场形势良好，在数量上增长很多，但由于竞争导致了价格下降。制冷机的平均价格的大幅下降，也反映了制冷逐渐小型化的趋势。并详细介绍如何对中央空调选型。

　　关键词：中央空调　市场　选型　制冷机

　　第一章 中国制冷机组和大型空调设备的发展趋势

　　中国目前集中空调的市场形势良好，在数量上增长很多，但由于竞争导致了价格下降。制冷机的平均价格的大幅下降，也反映了制冷逐渐小型化的趋势。

　　风机盘管还是主要的末端产品。空调箱(组合式空调器)和其它的末端设备有所增加，但他们对风机盘管的主流地位没有形成重要威胁。

　　一、制冷机规格

　　根据BSRIA(UK)的调查，以产品的制冷量计算，大型设备的市场规模减小了(1000kw ，285 Reftons);但加以价值计算，制冷量在401kw(114ton)和401kw以上的制冷机在2000年占了67%，或达到4.24亿美元。并且仅1000kw以上的总销售额就达3.02亿美元，占总市场销售额的47%.

　　最近几年，大量的小型制冷机，主要是涡旋式的，应用在家用领域。中型的制冷机的销售有上升的趋势，基于以下的原因：?

　　● 螺杆机受到设计人员和用户越来越多的欢迎。?

　　● 有一种用多台小型机组代替一台大型机组的趋势。这样在只有部分负荷的情况下，减少了运行频率，达到节能和更高的稳定性。?

　　经过国企改革和重组，非常大的工业项目投资减少了，在过去这是大型制冷机的主要领域。在其它的领域，有大规模的外资企业投资于新的商业建筑、工厂设施等。?

　　采用国外的先进技术推动了具有更高性能的新产品的出现，主要表现在螺杆、离心压缩机，热交换器和电子控制等方面。与此同时，吸收式制冷机的技术则是由国内的领导厂商开发和提高。

　　二、制冷类型

　　在中国销售的绝大多数的制冷机是风冷的，占了整个市场的76%，而在1997年水冷机组占据了67%的市场。这标志着一个重要的转变，这种趋势还将持续下去。

　　1、制冷机类型

　　一个明显的趋势是应用螺杆和涡旋技术。活塞机在3年前还处于主导地位，现在的市场份额却急剧下降到15%左右。?

　　吸收式机组由于电力供应的改善和油价的上涨，市场也在萎缩。?

　　由于没有太多的如机场、医院和高等级的写字楼等大型建设项目，离心机的市场在2000年保持在850台左右。

　　1.1、吸收式制冷机?

　　1.1.1、概况：吸收式制冷机的发展在很大程度由能源结构状况决定。在过去的2-3年中，吸收式制冷机的市场由于以下的原因而萎缩：

　　● 电力供应的增加;?

　　● 油价的上涨;?

　　● 电制冷机更换为HCFC(活塞、螺杆、涡旋、离心机);?

　　● 电制冷机效率的提高。

　　1.1.2、发展简史

　　直到90年代中期，蒸汽机主要是由国内厂商提供，而直燃机组要从日本进口。江苏双良在中国处于领先地位。尽管双良曾于美国特灵在90年代后半段建立了一家合资企业，且双方于99年(实际是2000年3月，译者注)已经解除了合资关系，双良一直是排名第一的中国吸收式制冷机的制造商。双良并且已经开始积极向海外市场拓展。?

　　90年代初，中国厂商远大推出了直燃型吸收式冷热水机组(主要是燃油型)。燃气直燃机最初采用低热值的城市煤气。随着天然气管网在大城市的发展，燃天然气的直燃机也随之增多。

　　1993-1995市场繁荣期。根据蒙特利尔议定书，中国宣布在2006年前分期淘汰工商业制冷机使用的CFC.由于电制冷机没有大规模使用新的制冷剂，作为替代，吸收式制冷机得到了快速扩张。另外，政府把吸收式制冷机的应用作为解决当时电力短缺的一种途径，因此也鼓励发展吸收式技术。这样，市场需求突然转向了吸收式制冷机，同时也吸引了数十个竞争对手进入吸收式制冷机市场。?

　　1995-1998市场稳定期。这时期市场逐步走向成熟。技术提高得很快，许多的市场参与者被淘汰。双良、远大、三洋和开利主宰了市场。烟台荏原和LG同和次之。远大的直燃机在扩张。?

　　与此同时，电制冷机在更换完制冷剂后，正逐步重新夺回失去的市场。从1998至今，吸收式制冷机面临着电力制冷机的激烈竞争：电力供应增加，一些地区的电价下降。更甚的是油价却在上涨。涡旋和螺杆机由于性能和效率的原因越来越受欢迎。高额初期投入和能源供给的方便性，导致一些客户转向了其它形式的制冷机。

　　1.1.3、供应

　　吸收式制冷机是唯一具有自主知识产权的集中空调产品。中国已经成为除日本外的第二大吸收式制冷机的生产国。?

　　国内需求的绝大部分是由国内生产来满足。出口的数量微乎其微。但随着双良和远大的海外拓展战略的执行，出口将会增加。?

　　值得特别关注的是开利的战略。它已决定关闭其它的工厂而将上海一冷的工厂作为全球吸收式制冷机市场的供应中心。因此，这也将促进出口。?

　　1.1.4、燃料分析

　　直燃机在中国渐受欢迎的原因是由于不需要锅炉来供暖，因此就节省了成本。在主要的城市，吸收式制冷机中多数是直燃型的。在有区域热源的地方还是采用蒸汽/热水型机组。

　　由于昂贵的油价和燃气管网的建设，燃气已成为直燃机的主要燃料，并且未来的趋势也是如此。而目前单效的吸收式机组在中国已很少见。?

　　1.2、离心机

　　离心机的市场容量大约在700-1200台之间徘徊。因为要基于大型的基建项目，而过去2-3年大型的基建项目不是很多，因此离心机的市场也较平淡。?

　　离心机市场的特点是采用水冷和通常大于800kw的大型机组。?

　　市场被美国品牌如约克、开利、特灵和麦克维尔所垄断。进口机组大约占了整个国内市场的50%.这个比例是所有制冷机中最高的。?

　　自从1999年电力供应富余以来，封闭性离心机的市场稳定增长。国内制造的机组也引进了先进的技术。合众开利已在上海组装和制造封闭式压缩机，并且也采用当地其它合资企业的部件来组装制冷机。而其它的公司还是采用组装好的进口压缩机。?

　　1.3、螺杆机

　　螺杆机市场正在增长。因为被认为具有高性能和低噪音，在小于800kw的机型中挤占活塞机的份额。甚至在大于800kw的机型中，与离心机相比又具有灵活性的特点。所以，螺杆机越来越受到用户和设计院的喜爱。?

　　螺杆机增长的另一个因素是近年来对中型制冷机的需求的增加。在工业领域投资的主体是私有企业和合资企业，他们的工厂大多为中型建筑。螺杆机组自然是最佳的选择。?

　　螺杆机组中多数是水冷型。但风冷型，特别是风冷热泵机组逐步增长。日立、大金、约克、特灵、开利、顿汉布什、麦克维尔和吉荣是市场中主要参与者。不过，大约1/4的机组的进口的。所有这些厂家都在中国有组装工厂。日立即将在广州万宝生产风冷螺杆单元式空调机，万宝广州已经生产水冷单元式空调。?

　　还有很多中国当地厂商从Bitzer、Hanbell，Fusheng，Refcomp等公司进口压缩机或用国产的压缩机来设计和组装制冷机。这些厂商是大连冰山、浙江王牌、上海富田、重庆嘉陵、武汉冷冷机厂等。意大利品牌如RC、Climavereta、Clivet也较知名。台湾知名厂商Kuenling也于去年4月在上海建立了工厂。?

　　1.4、活塞机

　　活塞机被涡旋机和螺杆机分割了大量的市场。并且已退出了家用市场，只在商业和工业领域保持了一些市场份额。多数机组的制冷量低于350kw，并且热泵的比例也在增加。开利、约克、麦克维尔和其它国内品牌如大连冰山、南京五洲、吉荣和烟台冰轮在市场中处于领先地位。鉴于国内技术的已成熟和市场的萎缩，进口的机组很少见。

　　1.5、涡旋式

　　Copeland和Danfoss是中国最大的涡旋压缩机供货商。大多数涡旋压缩机用于单元式空调机。

　　2000年中国市场共销售大约2万台涡旋制冷机。其中大部分的制冷量为5-35kw，主要用于高级别墅和多居室的公寓。作为户式中央空调一种主要类型，涡旋机的市场在1999和2000年开始繁荣。未来几年的情景依然看好。?

　　制冷量大于35kw的机组适用于小型商业领域如办公室、小酒店、剧院等。这种类型的涡旋机中的大多数实际上是模块化的涡旋机。只有特灵能提供单台大型的涡旋机组。?

　　2、最近的趋势

　　在中国销售的大多数机组是国内厂商或合资企业在中国境内生产的。关键部件现在也本地化了。中国制冷空调工业凭借低成本和不断提高质量的产品，正在由进口导向逐渐转向出口导向。

　　2.1、蒸汽压缩型(容积式)制冷机

　　由于政府的管理和温和的气候，空气源热泵是长江流域市场的宠儿。冬季用来取暖的燃煤锅炉在长江以南的区域已被政府禁止使用。因此，包括房间空调器，主要用于制冷，同时也能制热的热泵深受这一地区的喜爱。热泵能用于取暖，因此就可以省去锅炉。直燃型冷热水机组的应用也是如此。?

　　采用活塞或涡旋式压缩机的制冷量为5-10RT的小型风冷或热泵制冷机的大多数用于户式中央空调系统。制冷量为20-400RT的风冷、空气源热泵和水冷活塞、涡旋或螺杆机主要用于商业建筑。400RT以上的蒸汽压缩制冷机大多数是半封闭的离心机组。?

　　由于具有高效和高可靠性的特点，封闭螺杆机正在抢占活塞机的市场。同时由于电力富余和初投资低的因素也挤占吸收式制冷机的市场。而螺杆压缩机的本地化可以降低成本。

　　2.2、吸收式制冷机

　　在过去电力短缺时，政府对总电力消费进行管制，但也没有对吸收式的销售给于任何特殊的优惠政策。吸收式的购买是由用户基于他们个人对产品经济性、质量、可靠性和售后服务的评估来决定的。?

　　根据行业统计资料，2000年吸收式市场容量大约为2600台(其中蒸汽双效占50%，燃油直燃机占25%，燃气直燃机占25%)。单效和热水型机组非常少。?

　　2000年，双良、远大和大连三洋被认为是市场的领导者。烟台荏原和LG同和的市场份额增加的同时，开利却在丢失市场份额。

　　2001年政府建立了新的吸收式制冷机组国家标准，其中规定冷却水进水温度从原来的32℃变为30℃，而新的直燃机在制冷时LHV状态下COP最低为11(在HHV状态下为10)。这些指标被认为即使是现有的机型也很容易达到。

　　2.3、制冷剂问题

　　自1995年来，中国是世界上最大的CFC使用国。根据蒙特利尔议定书，中国计划在10年内淘汰使用CFC.?

　　中国淘汰CFC计划表：?

　　汽车空调系统到2002年? 工商业制冷机到2006年 ?家用空调到2010年?

　　目前使用HCFC-22的制冷机将被使用HFC-407C或-410A的活塞、螺杆和涡旋机替代。制冷机组的制冷剂替换比单元式空调机组的替换要快得多。集中空调系统从CFC(R12)更换为HCFC (R22)的工作已完成。?

　　活塞、螺杆和涡旋机中的绝大多数仍旧使用R22.市场中有一些使用R134A和个别使用R407C的，通常是客户要求的。70%的离心机已从R22转向R134A.也有使用其它的替代物如R407C和R123.不过，R134A将是最通常的选择。

　　2.4、单元式空调机组

　　商业和多居室住宅使用的单元式空调机组的市场容量大约为80万-100万台/年。其中80%以上的是风冷分体式。10%左右是水冷室内单元式。其中大多数是当地组装的，主要的厂商有：春兰、海尔、美的、格力、科龙、吉荣和华南。这部分市场正在快速成长。?

　　美的从两年前引进东芝开利的技术开始制造和销售VRF空调系统。海尔的技术也来自东芝开利。最初，日本的主要厂商大金采取从日本出口的方式，但由于关税的原因降低了价格的竞争力，因此大金决定从今年开始在中国进行生产(见8月份JAPN)。?

　　日立刚宣布了一个将日立空调制冷设备(广州)公司的资本翻倍的计划。用于增加风冷制冷机和将单元式空调机组国产化。

　　第二章 主机选型综述

　　(—)冷水机组类综述

　　冷水机组是中央空调系统的心脏，正确选择冷水机组，不仅是工程设计成功的保证，同时对系统的运行也产生长期影响。因此，冷水机组的选择是一项重要的工作。

　　1.选择冷水机组的考虑因素：

　　★ 建筑物的用途。

　　★ 各类冷水机组的性能和特征。

　　★ 当地水源(包括水量水温和水质)、电源和热源(包括热源种类、性质及品位)。

　　★ 建筑物全年空调冷负荷(热负荷)的分布规律。

　　★ 初投资和运行费用。

　　★ 对氟利昂类制冷剂限用期限及使用替代制冷剂的可能性。

　　2.冷水机组的选择注意事项：

　　在充分考虑上述几方面因素之后，选择冷水机组时，还应注意以下几点：

　　★ 对大型集中空调系统的冷源，宜选用结构紧凑、占地面积小及压缩机、电动机、冷凝器、蒸发器和自控组件等都组装在同一框架上的冷水机组。对小型全空气调节系统，宜采用直接蒸发式压缩冷凝机组。

　　★ 对有合适热源特别是有余热或废热等场所或电力缺乏的场所，宜采用吸收式冷水机组。

　　★ 制冷机组一般以选用2～4台为宜，中小型规模宜选用2台，较大型可选用3台，特大型可选用4台。机组之间要考虑其互为备用和切换使用的可能性。同一机房内可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式方案，以节约能耗。并联运行的机组中至少应选择一台自动化程度较高、调节性能较好、能保证部分负荷下能高效运行的机组。选择活塞式冷水机组时，宜优先选用多机头自动联控的冷水机组。

　　★ 选择电力驱动的冷水机组时，当单机空调制冷量φ>1163kW时，宜选用离心式;φ=582～1163kW时，宜选用离心式或螺杆式;φ<582kW时，宜选用活塞式。

　　★ 电力驱动的制冷机的制冷系数COP比吸收式制冷机的热力系数高，前者为后者的二倍以上。能耗由低到高的顺序为：离心式、螺杆式、活塞式、吸收式(国外机组螺杆式排在离心式之前)。但各类机组各有其特点，应用其所长。

　　★ 选择制冷机时应考虑其对环境的污染：一是噪声与振动，要满足周围环境的要求;二是制冷剂CFCs对大气臭氧层的危害程度和产生温室效应的大小，特别要注意CFCs的禁用时间表。在防止CFCs污染方向吸收式制冷机有着明显的优势。

　　★ 无专用机房位置或空调改造加装工程可考虑选用模块式冷水机组。

　　★ 尽可能选用国产机组。我国制冷设备产业近十年得到了飞速发展，绝大多数的产品性能都已接近国际先进水平，特别是中小型冷水机组，完全可以和进口产品媲美，且价格上有着无可比拟的优势。因此在同等条件下，应优先选用国产冷水机组。

　　(二)热泵机组类

　　★ 热泵机组的冷负荷计算方法同于常规空调系统，热负荷计算方法于采暖系统大致相同，但需考虑新风耗热量;

　　★ 选型时要注意当地是否有足够的水源(包括水量、水温及水质)、电源和热源(包括热源性质、品位高低);

　　★ 风冷热泵机组的供水温度一般为45℃，而风机盘管机组和组合式空调机组等样本中提供的供热量，通常都是以60℃进水为前提，所以，必须对这些设备的供热量进行修正;

　　★ 选择热泵机组时，一般应以冬季供暖负荷作为选择依据，同时校核夏季的冷负荷;

　　★ 对于商场、餐厅等内部负荷和新风负荷特别大的建筑物，由于供暖负荷一般仅为供冷负荷的60%～70%。所以，宜采用热泵机组与单冷机组联合供应的方式，例如“3十1”模式，即3台风冷热泵机组加1台单冷机组;

　　★ 风冷热泵机组的额定供热量，通常都是标准工况(环境温度t0=7℃，出水温度ts=45℃条件下的数值，当环境温度低于7℃时，供热量将大幅度降低。一般的降低幅度大致如下： t0=5℃时， 下降百分比为5%～8%; t0=3℃时， 下降百分比为12%～14%， t0=0℃时， 下降百分比为25%～32%; t0=-3℃时，下降百分比为45%～50%; t0=-5℃时，下降百分比为55%～65%。注：按标准工况设计的风冷热泵机组，实际上在一3℃以下时已不能正常运行;

　　★ 风冷热泵机组的单台容量较小，宜应用于中小型工程;

　　★ 冬季室外的空气温度，白天总是高于夜晚。因此，室外供暖计算温度久tw=-3℃地区，对于仅白天使用的建筑物如办公楼、商场等，可以采用风冷热泵机组。对于全天(24小时)要求供暖的建筑物，采用风冷热泵时则应谨慎对待;

　　★ 水源热泵系统比较适合于多住户的公寓楼及面积较大的大型别墅。设计时应确保系统水流量计算准确。以便于冷却塔、水泵等设备的选型;

　　★ 在相对湿度较高的地区，选用热泵时，应特别注意分析运行条件，并采取有效的除霜措施。

　　(三)地源热泵的机房内热泵机组部分

　　1.地源热泵的机房内热泵机组部分可以参照下列步骤进行选型：

　　★ 水源热泵机组的容量不要过大。中央空调冷热源设备选型时，设备制冷(热)量约为设计冷(热)负荷的1.05～1.10.

　　★ 水源热泵机组选型时，应尽量接近设计冷(热)负荷。若机组偏大时 ，运行时间短，启动频繁。机组容量合适，运行时间长，有利于除湿。

　　★ 封闭水系统水温的选择，夏季要求水温低些，目的是提高能效，降低耗电功率。冬季水 温不要太高，因为水温高时，虽然制冷量高了，但耗电功率也高了，能效系数变化不大。

　　★ 设计时要考虑采暖空调对象建筑物的同时使用系数。同时使用系数的取值与建筑物类型有关，与建筑物的数量有关，需通过理论计算和实测确定。《住宅建筑空调负荷计算中同时 使用系数的确定》列出数据是：当住户〈100户时，该系数为0.7;当户数为100～150户时，为0.65～0.7;当户数为150～200户时为0.6.

　　2.室外地下换热部分可参照以下步骤进行选择：

　　地热换热器的选型包括型式和结构的选取，对于给定的建筑场地条件应尽量使设计在满足运行需要的同时成本最低。地热换热器的选型主要涉及以下几个方面：

　　★ 地热换热器的布置型式，包括埋管方式和联结方式，如图所示。埋管方式可分为水平式和垂直式。选择主要取决于场地大小、当地土壤类型以及挖掘成本，如果场地足够大且无坚硬岩石，则水平式较经济;如果场地面积有限时则采用垂直式布置，很多场合下这是唯一的选择。如果场地土中有坚硬的岩石，用钻岩石的钻头可以成功钻孔。联结方式有串联和并联两种，在串联系统中只有一个流体信道，而并联系统中流体在管路中可有两个以上的流道。采用串联或并联取决于成本的大小，串联系统较并联系统采用的管子管径要大，而大直径的管子成本要高。另外，由于管径较大，系统所需的防冻液也较多，管子重量也相应增大，导致安装的劳动力成本也较大。

　　★ 塑料管的选择，包括材料、管径、长度、循环流体的压头损失。聚乙烯是地热换热器中最常用的管子材料。这种管材的柔韧性好、且可以通过加热熔合形成比管子自身强度更好的连接接头。管径的选择需遵循以下两条原则：其一，管径足够大，使得循环泵的能耗较小;其二：管径足够小，以使管内的流体处于紊流区、使流体和管内壁之间的换热效果好。同时在设计时还要考虑到安装成本的大小问题。

　　★ 循环泵的选择。选择的循环泵应该能够满足驱动流体持续地流过热泵和地热换热器，而且消耗功率较低。一般在设计中循环泵应能够达到每吨循环液所需的功率为100W的耗能水平。

　　(四)水源热泵机组

　　★ 水源热泵机组的容量不要过大。中央空调冷热源设备选型时，设备制冷(热)量约为设计 冷( 热)负荷的1.05～1.10.水源热泵机组选型时，应尽量接近设计冷(热)负荷。若机组偏大时 ，运行时间短，启动频繁。机组容量合适，运行时间长，有利于除湿。

　　★ 封闭水系统水温的选择，夏季要求水温低些，目的是提高能效，降低耗电功率。冬季水温不要太高，因为水温高时，虽然制冷量高了，但耗电功率也高了，能效系数变化不大。

　　★ 设计时要考虑采暖空调对象建筑物的同时使用系数。同时使用系数的取值与建筑物类型有关，与建筑物的数量有关，需通过理论计算和实测确定。《住宅建筑空调负荷计算中同时 使用系数的确定》列出数据是：当住户〈100户时，该系数为0.7;当户数为100～150户时，为0.65～0.7;当户数为150～200户时为0.6.

　　(五) 直燃机机组

　　直燃机设计选型时要确保同时满足冷热负荷的需要，但不设过大余量，以防造成主机投资浪费。一个系统最好配置两台以上主机且分别配置独立的冷却水循环泵、冷却塔及冷热水循环泵，这样可以使系统可靠性更高，低负荷时水泵电耗更低。由于直燃机运转时无振动、无磨损，运转可靠，如选用单台主机也具有明显的经济优势而不降低其可靠性。

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