淺議空調機模塊化在實踐中的應用………王中秋
發布時間：[2009-10-17] 關注度：[]北京國金管理咨詢有限公司工程咨詢部 王中秋
1.0 前言
空調機系指直接安裝于空調房間（或室外）的將制冷系統、風機、加熱器和控制設備合而為一的空氣處理機組，也稱單元式空調機。因為空調機節省占地，使用靈活方便，所以在中小型空調系統中應用極為普遍，近年來大型空調系統在節能改造中，采用空調機替代冷水機組加空調箱的集中空調系統的例子也有報道。
目前，絕大多數集中空調系統是由冷水機組、冷卻塔、冷水泵、組合式空調機組、風機盤管組成，實踐證明這種系統并不是盡善盡美的。首先對設計空調用房要求房間面積大，一方面冷熱源、空調機組要布置在建筑物內，機房占用面積大、層高較高，空調送回風管系統復雜，占用空間多，布置困難；另一方面，當選用較大容量的機組時，由于氣流組織的原因，需要為機組增設設備間及送風管道，這樣便失去了空調機組的節省占地、運行靈活的優勢。其次，集中式空調系統在運行的經濟性和維護管理方面也不是完美無缺的，這是因為設計選型一般是根據空調房間可能出現的最大負荷來選擇設備的，而空調房間的負荷不僅隨著一年四季的變化而變化，即使在同一天的不同時刻也有可能發生著顯著地變化，為了適應這種變化，集中式空調系統往往是在低負荷下運行，從而導致運行的不經濟。當機組進行必要的日常檢查維護時，需要停機進行，空調房間的室內參數不能保證。
2. 模塊化的設計思路
模塊化就是將一臺空調機組分成若干個模塊，而且使構成空調機組的每個模塊都具有完全獨立的制冷系統和空氣處理系統。其設計思想要求模塊之間互相關聯性最小，使其安全可靠性、靈活性及經濟性為最高。這樣就出現了由一個控制系統模塊和一至五個獨立的具有制冷系統和空氣處理系統的模塊組成的空調機組。模塊式機組最早由德國的STULZ公司推出，其產品近年來廣泛應用。
3. 模塊化獨特的性能
模塊化恒溫恒濕機組除了具有制冷、加熱、加濕、去濕等常規集中式空調系統所具有的功能外，還具有獨特的性能。
3.1 獨立的模塊實現備份保護
所謂備份保護有以下四個方面的功能：
3.1.1 獨有的模塊化結構，即每個模塊都具有獨立的制冷及空氣處理循環系統。模塊間通過控制模塊上所設的微處理控制系統自動切換順序工作或同時工作，單個模塊的故障或維修不影響其它模塊的正常工作，可保證空調房間的溫濕度不受設備維修的影響。
3.1.2 根據模塊化的特點，選擇多模塊機組自身能實現互為備份保護功能，互為備份模塊間的定期全自動切換，保證備份高度有效性。同時可采用雙控制器系統，可通過備份控制器對主控制器進行監控，以取代操作中出現意外故障的主控制器，保證制冷系統、空氣處理系統和控制系統都具有百分之百的備份性。對于需要考慮備份機組的空調工程，選用模塊式機組較集中系統節約初投資30％以上。
3.1.3 當空調房間負荷突發性地短時間增加而超出設計負荷時，備份模塊可自動啟動，以適應負荷的變化，有效地保證房間的恒溫恒濕。
3.1.4 空調房間需要擴大工藝規模而負荷增加時，只需通過簡單地增加模塊(即共用原控制系統)，即可滿足空調負荷的要求。
3.2 靈活的布置
由若干個模塊組成的一臺模塊式機組并不是必須集中在一起設置，而可以分開放置。這樣對于大容量的空調機組為了取得較好的氣流組織而分開設置提供了方便，這種分開布置的靈活性是集中式空調機組所不具備的。
3.3 方便的運輸安裝
模塊式機組以一個模塊為一個制造單元，對于運輸安裝方面也提供了極為便利的條件。即使是目前制冷量為50KW的最大模塊其外形尺寸為1700×1300×800㎜，也可以方便地通過常規通道而不必專門為其設置安裝孔。
4. 模塊式空調機組所采用的新技術
4.1 壓縮機及其設置位置
以前的空調機組采用的壓縮機一般為開啟式或半封閉活塞式壓縮機，隨著壓縮機研究與開發，模塊式空調機組可以配置全新直流變速壓縮機或螺桿式壓縮機，螺桿式壓縮機具有結構簡單，體積小，易損件少，振動小，容積效率高，對濕壓縮不敏感，可實現無級能量調節的優點。
風冷式空調機組的壓縮機的設置具有兩種方式，即壓縮機外置(壓縮機放在室外機)和壓縮機內置(壓縮機放在室內機)，兩種方式各有利弊，考慮問題的角度不同。模塊式空調機組的壓縮機采用內置式，主要考慮了壓縮機的工作環境以及維護檢修的方便，減輕室外機重量的因素，所以室外機可以直接放置在不需做特殊加固的屋頂上，因為最大的模塊式室外機單機重量不足300公斤。由于全封閉螺桿壓縮機的采用，模塊式室內機的整機噪音水平為：標準型58～62dB,超靜型47～52dB，這種噪聲水平均可滿足不同場合的噪聲要求。
4.2 節能去濕過程
傳統的空調機組去濕過程是使蒸發器整體過冷到低于空氣露點濕度使空氣結露而除濕，然后對送出的空氣再加熱到送風溫度，這種方式能耗大。隨著空調技術的發展及控制水平的提高，減少蒸發面積、降低蒸發溫度的節能去濕過程得到了應用，這種去濕過程如果控制精確，則完全省去了空氣再熱的能量，實現節能運行。這種過程的具體實施辦法是將去濕功能的蒸發器作為整個蒸發器的一部分，當需要去濕時，電磁閥自動切換只向去濕蒸發器供液，當減少蒸發面積時，蒸發溫度降低，達到了去濕目的。
4.3 微處理控制器
空調機組的控制器逐漸由傳統的電接點型向微處理控制器過渡，采用微處理器可以實現圖文顯示，人機對話的操作。模塊式空調機組的微處理控制器直接設在控制模塊的面板上，通過按鍵及屏幕輸入設計溫度和濕度的控制數據，隨時查詢當時的室內溫濕度數值，具有24小時溫濕度記錄曲線，圖形及表格顯示系統報警提示，多條報警記錄，設定參數密碼保護等功能。
此外，微處理控制器還具有打印機接口和通訊接口，提供了對模塊式空調機組實現聯網監控的可能。目前開發出的局域監控網可對多臺模塊式空調機組進行實時中央監控，遠程監控網可對上百臺模塊式空調機組實行聯網監控。
4.4 二級壓縮提高制熱性能
室外氣溫低至一定溫度時，為了獲取同樣能量，以前只能增加壓縮機的工作量，使其運轉效率大為降低。如采用二級壓縮方式，二臺壓縮機串聯設置，可減少每臺壓縮機的工作量，保證其高效率運轉。使得設備在室外氣溫很低的條件下也能實現高效的制熱運轉。
4.5 自然冷卻系統
對于那些冬季房間空調負荷依然為冷負荷的空調系統，模塊式空調機組開發出節能型機組。當室外氣溫高于12℃時用壓縮機制冷，當室外氣溫低于12℃時用自然冷卻系統，此時壓縮機停止工作。所謂自然冷卻系統，是將用水與乙二醇組成的混合防凍液通過室外干冷器的排管，使其冷卻降溫后，再送入室內機的空氣冷卻盤管對室內空氣進行冷卻，冷源為天然的室外低溫空氣。采用這種節能型機組，與標準型機組相比，節能53﹪，減少壓縮機的工作時間61﹪，節能效果顯著。
4.6 環保型制冷工質的采用
研究成果表明，CFC和HCFC冷媒的廣泛使用是造成全球變暖和臭氧層被破壞的根本原因。以前制冷行業是消費CFC和HCFC的大戶，蒙特利爾公約要求全面禁用CFC和HCFC，各國都在謀求替代其制冷冷媒。模塊式機組采用的是國際上公認的環保型工質R134a和R410A，具有穩定、無毒、性能優越等特點，同時由于不含氯元素，故不會與臭氧發生反應，即不會破壞臭氧層。
5. 結語
5.1 模塊式恒溫恒濕空調機組最適用于工藝性空調的場合，最初也是針對數據處理中心的計算機房、郵電系統的程控機房和醫療系統的電子治療診斷設備間等建筑的工藝性空調而設計的，然而隨著人們對模塊式機組所具有的獨特優勢的逐漸認識，在石化、冶金、電子、紡織、商業等要求空調的場合也開始采用模塊式恒溫恒濕機組，并隨著模塊化技術的進一步完善，有向其它行業拓展的趨勢。
5.2 模塊式機組特別適合于冷負荷在20～200KW之間的空調場合。對于冷負荷大于200KW的場合采用多臺模塊式機組也是可行的。隨著新技術的應用和新產品的開發，模塊式空調機組將實現更節能、更環保的空調。
（注：本文有知識產權保護，他人不得轉載和發表）
參考文獻
[1] 實用供熱空調設計手冊 陸耀慶 主編
[2] STULZ技術手冊 北京 梅蘭日蘭電子有限公司
[3] 空氣調節用制冷技術 中國建筑工業出版社