中央空调系统分类

基本释义

       中央空调系统分类是根据不同的工作原理、能源利用方式、系统组成结构或适用场景，对集中处理空气并提供舒适环境的系统进行划分的方法。这种分类有助于我们清晰理解不同类型系统的核心差异和适用范围。主要的分类维度包括系统输送介质、冷热源形式以及末端处理方式。

       按输送介质分类是最基础的方式。据此，系统主要分为三类。第一类是水系统（也称全水系统），它以冷冻水和热水作为能量传递的媒介，由中央冷热源设备（如冷水机组、锅炉）在机房集中制备冷水或热水，再通过水泵和管道系统输送至各区域的末端装置（如风机盘管、空气处理机组），由末端装置利用水与空气的热交换来调节室内温湿度。第二类是制冷剂系统（也称冷媒系统或多联机系统），这类系统以制冷剂（如氟利昂替代物）作为循环介质。室外主机通过压缩机压缩制冷剂，经管道直接输送到室内多个末端（如室内机），在末端处制冷剂蒸发或冷凝，直接与室内空气进行热交换。第三类是空气系统（也称全空气系统），它完全依赖处理后的空气来承担室内的冷热负荷和湿负荷。空气在集中式空气处理机组（如组合式空调箱）中被冷却、加热、加湿或除湿，再通过风管网络输送到各个房间，回风则通过另一套风管系统或直接通过门缝等途径返回处理。

       按冷热源形式分类则着眼于系统获取冷量和热量的方式。常见的有电制冷冷水机组（包括活塞式、螺杆式、离心式、涡旋式压缩机驱动），利用电能驱动制冷循环；热泵型系统（如空气源热泵、水源热泵、地源热泵），利用少量电能驱动，从空气、水或土壤中提取低位热能；吸收式制冷机组（如溴化锂吸收式冷水机组），利用热能（蒸汽、热水、燃气、燃油）作为驱动能源进行制冷；以及依赖城市热网或自建锅炉的锅炉供热系统。混合能源利用也是趋势，如“冷水机组+锅炉”、“热泵+太阳能辅助”等组合。

       按末端处理方式分类关注室内空气是如何被调节的。主要有集中处理+风管送风（全空气系统典型方式）、风机盘管+新风系统（水系统常见末端，由风机盘管处理室内循环空气负荷，新风系统提供室外新鲜空气并处理其负荷）、变制冷剂流量多联室内机（制冷剂系统典型末端，形式多样如风管机、壁挂机、落地机等）以及辐射末端系统（如毛细管网、辐射板，主要承担显热负荷，通常需要搭配独立新风系统除湿）。理解这些分类维度，是选择、设计和应用中央空调系统的基础。

详细释义

       中央空调系统分类是深入理解这一复杂技术领域的关键切入点。通过科学分类，可以揭示不同类型系统的内在工作原理、结构特点、适用条件以及优劣特性，从而为建筑环境的规划、设计、选型和运维提供坚实的理论依据。以下从多个核心维度对中央空调系统进行详细划分与阐述。

       一、 核心分类维度：系统输送介质

       系统如何将冷量或热量从中央机房传递到需要调节的空间，是区分系统类型的根本依据，主要形成三大类：

       1. 全水系统：这类系统的显著特点是利用水（冷冻水用于制冷，热水或常温水用于供热）作为能量输配的“载体”。系统的核心在于中央冷热源站房，这里集中安装了制备冷冻水或热水的关键设备，如：

        冷水机组：根据驱动能源和压缩方式不同，包含电驱动的活塞式（小型）、螺杆式（中小型）、离心式（大中型）压缩机组，以及利用热能驱动的吸收式（如溴化锂）冷水机组。
热源设备：如燃油/燃气锅炉、电锅炉、水源/地源热泵机组等，用于制备热水。制备好的冷水（通常7°C供/12°C回）或热水（通常60°C供/50°C回或更低温度）由循环水泵驱动，通过庞大的管网系统（供回水管道、阀门、保温层）输送到建筑各个区域的末端空气处理装置。常见的末端形式有：
风机盘管机组：安装在房间吊顶内、窗台下或立式放置，内部有换热盘管和风机，空气在风机作用下强制流过盘管被冷却或加热后送入室内。
空气处理机组：体积更大，通常服务于一个区域或多个房间（如商场、展厅、整层办公区）。新风与回风在此混合，经过过滤、换热盘管（冷却/加热）、加湿/除湿等深度处理后，通过风管送到各送风口。全水系统的优势在于机房集中管理维护方便、水输送能耗相对较低、室内末端运行噪音可控、区域温控灵活、管道占用空间相对较小。其局限性在于需要设置大型机房、水质管理要求严格（防腐、防垢、防藻）、存在冻裂风险（寒冷地区需防冻液）以及温湿度控制精度稍逊于全空气系统。

       2. 制冷剂系统（多联机系统/变制冷剂流量系统）：这类系统摒弃了水介质，直接将气液两相的制冷剂作为能量输配载体。其核心是室外主机（一台或多台，包含压缩机、冷凝器等），它根据建筑内各个区域实时的冷热需求，动态调节压缩机的转速和制冷剂的流量。气态和液态的混合制冷剂通过精心设计的制冷剂管道网络（包括分歧管等组件）输送到各个室内末端机（如风管送风式、壁挂式、落地式、嵌入式、天花卡式等）。在室内机中，制冷剂直接与室内空气进行热交换：制冷时液态制冷剂蒸发吸热；制热时气态制冷剂冷凝放热。交换后的制冷剂再流回室外主机完成循环。该系统的突出优势在于极高的节能性（按需输出，变频控制）、灵活的设计安装（适用于改造、分层分户控制）、节省空间（无大型机房、无冷却塔/锅炉房，管道细小）和独立控制性好。其挑战在于初投资较高、制冷剂管道长度和高差有限制、对安装工艺要求极高（关系能效和可靠性）、以及长距离输送制冷剂效率衰减。在大型建筑中，常采用多套独立系统分区设置。

       3. 全空气系统：这是最传统也是能量传递最“直接”的方式。系统通过庞大的风管网络输送经过集中处理的空气来承担建筑的全部冷热负荷和湿负荷。核心设备是大型的组合式空气处理机组（或集中空调箱），通常安装在专用空调机房或屋顶。室外新风与室内回风在此按预设比例混合，然后依次经过过滤段（去除尘埃）、冷却/加热盘管段（接触冷冻水/热水或直接接触制冷剂）、加湿段（冬季必要时）、风机段（提供克服风管阻力的动力）。处理好的空气（达到设定的温度、湿度、洁净度）被加压送入送风管道，通过散流器、喷口、百叶等送风口均匀分布到各个房间。房间内的空气则通过回风口和回风管道（或利用吊顶空间、门缝作为回风通道）被抽回空气处理机组，部分排出室外（排风），部分与新风混合再次处理。全空气系统的核心优势在于强大的空气处理能力（温湿度控制精确、空气过滤净化效果好、可实现全新风运行）、无室内末端运行噪音和水患风险、集中管理维护便利。其显著缺点是风管占用建筑空间巨大（层高要求高）、风机能耗高（长距离输送空气阻力大）、区域调节能力受限（需依赖变风量末端或分区设置）、以及不同房间存在交叉污染可能（需考虑分区隔离）。常见于大型公共建筑如机场、剧院、体育馆、大型商场。

       二、 关键分类维度：冷热源形式

       冷热源是中央空调系统的“心脏”，为整个系统提供冷量和热量。根据一次能源和转化方式的不同，主要分为：

       1. 电动压缩式制冷机组：利用电能驱动压缩机完成制冷循环，是应用最广泛的冷源形式。根据压缩机类型进一步细分：
离心式冷水机组：适用于大型建筑（数百冷吨以上），单机制冷量大，效率高，部分负荷性能好，运行平稳。
螺杆式冷水机组：适用于中大型建筑，容量范围广，结构紧凑，可靠性高，对变工况适应性强，有单螺杆和双螺杆之分。
涡旋式冷水机组：适用于中小型建筑，结构简单，噪音低，运行可靠，效率较高。
活塞式冷水机组：适用于小型建筑或备用，容量小，效率相对较低，振动噪音较大，应用逐渐减少。
冷却方式上，上述冷水机组又可分为水冷式（需配套冷却塔和冷却水泵，效率更高）和风冷式（通过风冷冷凝器散热，安装简便，但效率较低且受环境温度影响大）。

       2. 吸收式制冷机组：利用热能（蒸汽、热水、燃气、燃油等的燃烧热或废热）作为驱动能源，主要采用水-溴化锂溶液作为工作介质。常见类型有：
蒸汽型/热水型：利用外部提供的蒸汽或高温热水驱动。
直燃型：在机组内直接燃烧天然气、柴油等燃料产生热能驱动。其最大优势是能利用廉价热能、废热或可再生能源，节省电能消耗（主要耗电在溶液泵和真空泵），在电价高或有余热废热可利用的场合经济性好，运行噪音低。缺点是效率通常低于电动压缩式（一次能源利用率需综合比较）、体积重量大、需要抽真空维护、且冷水出水温度一般较高（影响除湿能力）。

       3. 热泵系统：这是一种可同时提供冷量和热量的高效系统，核心原理是“热量搬运”。
空气源热泵：从室外空气中提取热量（冬季供热）或排放热量（夏季制冷）。安装使用最方便，但性能受室外气温影响显著（严寒地区供热效率低，酷暑地区制冷效率降），需考虑除霜问题。
水源热泵：利用地表水（江河湖海）、地下水或处理后的生活废水作为热源/热汇。水体温度相对稳定，效率高于空气源，但受水资源条件限制，需解决取水、回灌和水处理问题。
地源热泵（土壤源热泵）：通过垂直或水平埋设在地下的换热管（地埋管），与大地土壤进行热交换。大地温度极其稳定，系统效率最高，运行费用低且环保。但初投资高，钻井埋管工程量大，需考虑地质条件和土地面积。通常采用闭式循环水系统连接地埋管和热泵主机。

       4. 锅炉供热系统：作为传统热源，通过燃烧燃料（燃气、燃油、燃煤）或电加热来生产热水或蒸汽，用于采暖或提供生活热水。常与冷水机组配合使用（夏季制冷靠冷水机组，冬季采暖靠锅炉）。集中设置的区域锅炉房或接入城市热力管网是常见形式。

       三、 重要分类维度：末端空气处理方式

       末端设备是直接与室内环境交互的界面，其形式决定了空气调节的最终效果和用户的直接感受：

       1. 全空气末端方式：这是全空气系统的必然选择。处理好的空气通过风管直接送达房间，回风通过回风管道集中处理。为了适应不同区域的不同负荷需求，常配备：
变风量系统：在送风支管上安装变风量末端箱，根据该区域温度传感器信号调节送入该区域的风量（通过调节风阀开度或改变风机转速），实现区域温度的精确控制，节能显著，但系统复杂，控制要求高。
定风量系统：送风量恒定，通过调节再热盘管（热水或电加热）对送风进行再加热以实现温度控制，控制简单但能耗较高。

       2. 风机盘管加新风系统：这是水系统中最主流的末端形式组合。
风机盘管：负责处理所在房间或区域的循环空气（大部分是室内回风），通过内部的冷水/热水盘管进行冷却或加热，由内置风机驱动空气循环。用户可通过三速开关或温控器调节其启停、风速和设定温度。优点是布置灵活、各区域独立控制、造价相对较低。
新风系统：负责引入、处理和输送满足人员健康需求的室外新风。新风通常由小型新风机组（或大型空气处理机组的新风处理段）集中处理到接近室内设计状态（有时仅处理到低于室内露点温度进行除湿），然后通过独立的新风管道送入房间（通常直接送到风机盘管回风箱处与回风混合，或单独送入室内）。这种方式将处理室内显热负荷的任务（风机盘管）和处理湿负荷与新风负荷的任务（新风系统）进行了适当分离。

       3. 制冷剂直接蒸发式室内机：这是制冷剂（多联机）系统的核心末端。形式极其多样：
风管送风式室内机：处理后的空气通过短风管和风口送入室内，可连接多个风口，适合隐藏安装。
壁挂式室内机：直接安装在墙上，送风角度可调，安装方便，成本低。
落地式/立柜式室内机：放置于地面，适用于空间较大的房间或无法吊顶的场所。
嵌入式（四面出风、两面出风）室内机：隐藏安装在吊顶内，气流分布均匀美观。
天花卡式室内机：面板露出吊顶，美观简洁。所有室内机均由制冷剂管道直接连接室外主机，实现快速高效的制冷/制热响应和独立精确的温度控制。

       4. 辐射末端系统：这是一种新兴且舒适的末端形式，主要承担室内的显热负荷（温度调节）。它通过辐射传热（冷辐射或热辐射）作为主要热交换方式。
辐射地板/辐射顶板：在建筑结构层（地板或天花板）内埋设循环水管或毛细管网。通过调节管内水温，使大面积辐射表面温度略低于或高于室内设计温度，以辐射方式传递热量，营造温度均匀稳定、无吹风感的舒适环境。
辐射墙板：原理类似，安装在墙面。由于辐射末端无法有效处理湿负荷和提供新风，因此必须配套独立的新风除湿系统（通常采用深度除湿的新风处理机组）。该系统对水温控制精度要求高，防止结露是关键挑战，尤其在高湿地区。

       四、 其他辅助分类维度

       按系统大小与集中度：可分为集中式系统（大型机房服务整栋或区域建筑）、半集中式系统（集中冷热源+分散末端处理，如风机盘管+新风）、分散式系统（独立冷热源单元，如小型风冷热泵单元服务独立空间）。

       按空气调节精度：可分为舒适性空调（满足人体舒适需求，温湿度控制精度要求较宽）和工艺性/恒温恒湿空调（满足特定工艺或实验需求，对温度、湿度、洁净度、气流组织控制精度要求极高）。

       按使用功能：如酒店空调、医院净化空调、数据中心精密空调、工业厂房空调等，各有特殊设计要求。

       综上所述，中央空调系统的分类是一个多维度、多层次的分析框架。“输送介质”定义了系统的基本架构，“冷热源形式”决定了其能源效率和可持续性，“末端处理方式”则直接影响室内环境品质和用户体验。在实际工程中，需要根据建筑类型、规模、功能需求、当地气象条件、能源价格、环保要求、业主预算和运维能力等多方面因素，综合分析比较不同类别系统的特点和适用性，才能选择出最匹配、最高效、最经济的中央空调系统解决方案。