家用小型中央空调发展现状与趋势

一、中央空调系统概述系统

中央空调系统是一种集中处理空调负荷的空调系统形式它由集中的制冷机组产生冷/热量并利用适当的介质把冷/热量输送到需要消除冷/热负荷的空间从而实现空气调节的目的由于它采用的是集中处理空调负荷的形式因此相对于分散处理空调负荷的分散式空调系统而言中央空调系统的能效比较高从制冷循环的角度来看是一种节能运行的空调型式

一般而言中央空调是一种主要应用于大型楼宇的空调系统型式近年来中央空调在住宅中的应用也日益广泛相对于传统的分散式家用空调型式而言家用小型中央空调具有节能、舒适、容量调节方便、噪声低、振动小等突出的优点美国和日本在家用小型中央空调上的研究开展得较早技术上也较成熟从二十世纪九十年代中后期开始我国也开始了对家用小型中央空调的研究在工程上也开始有应用的实例对于家用小型中央空调具体的系统型式美国和日本的发展重点不尽相同本文在分析美、日家用小型中央空调系统特点的基础上提出了我国发展家用小型中央空调的思路

二、家用小型中央空调系统型式

中央空调是集中处理空调负荷的系统型式其冷/热量是通过一定的介质输送到空调房间里去的按照家用小型中央空调的输送介质的不同常见的家用小型中央空调可以分成以下三种主要形式

1. 风管式系统风管式系统以空气为输送介质其原理与大型全空气中央空调系统的原理基本相同是一个小型化的全空气中央空调系统它利用室外主机集中产生冷/热量将从室内引回的回风进行冷却/加热处理后再送入室内消除其空调冷/热负荷型式

按照处理回风的介质的不同风管式系统又可分为风管式单元空调系统和风管式空调箱系统风管式单元空调系统是将空气直接与内部是制冷剂流动的直接蒸发式换热器相接触由制冷剂直接对空气进行处理风管式空调箱系统是由冷机产生冷/热水然后将冷/热水送入空调箱内由冷/热水集中处理空气

此外由于风管式系统对空气进行集中处理因此新风的引入比较方便如若在系统中加上新风道引入一部分新风将之与回风混合后进行集中处理则成为带新风的风管式家用小型中央空调系统

相对于其它的家用小型中央空调型式风管式系统初投资较小如若引入新风其空气品质能得到较大的改善但风管式系统的空气输配系统所占用建筑物空间较大一般要求住宅要有较大的层高而且它采用统一送风的方式在没有变风量末端的情况下难以满足不同房间不同的空调负荷要求而变风量末端的引入将会使整个空调系统的初投资大大增加

2.冷/热水机组冷/热水机组的输送介质通常为水或乙二醇溶液它的基本原理与通常所说的风机盘管系统类似通过室外主机产生出空调冷/热水由管路系统输送至室内的各末端装置在末端装置处冷/热水与室内空气进行热量交换产生出冷/热风从而消除房间空调负荷它是一种集中产生冷/热量但分散处理各房间负荷的空调系统型式

该系统的室内末端装置通常为风机盘管目前风机盘管一般均可以调节其风机转速从而调节送入室内的冷/热量因此该系统可以对每个空调房间进行单独调节满足不同房间不同的空调需求同时其节能性也较好此外由于冷/热水机组的输配系统所占空间很小因此一般不受住宅层高的限制但此种系统一般难以引进新风因此对于通常密闭的空调房间而言其舒适性较差

3. VRV系统变制冷剂流量（Varied Refrigerant Volume简称VRV）空调系统是一种冷剂式空调系统它以制冷剂为输送介质室外主机由室外侧换热器、压缩机和其他制冷附件组成末端装置是由直接蒸发式换热器和风机组成的室内机一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各换热器的制冷剂流量适时地满足室内冷、热负荷要求是一种可以根据室内负荷大小自动调节系统容量的节能、舒适、环保的空调系统

VRV系统具有节能、舒适、运转平稳等诸多优点而且各房间可独立调节能满足不同房间的不同空调负荷的需求但其系统控制复杂且其初投资高

除了风管式系统、冷/热水机组、VRV系统这三种基本的系统型式以外还可以互相交叉衍生出一些新型的系统例如将冷/热水机组和风管式系统进行组合往室内送冷热水处理房间空调负荷而新风统一由室外机处理后分别送入各个房间

此外在燃气利用便利的地区冬季由燃气炉提供热量的方式使用得也较多燃气炉可以集成在家用小型中央空调系统里也可以单独设置

三、世界各国家用小型中央空调的发展情况

一个国家家用空调的发展是与该国的地理气候条件、经济发展水平、人民生活水准、居住住宅形式以及社会人文环境等因素密切相关的脱离了这些因素来谈家用空调的发展是不现实的同样分析家用小型中央空调的发展也离不开这些因素

一般而言常见的住宅可以分为公寓型住宅和别墅型住宅以下将分别结合这两种典型住宅的特点结合各个国家的不同特点对美国、日本和中国的家用小型中央空调的发展情况进行分析

1. 美国家用小型中央空调发展现状美国的家用小型中央空调普及率较高这与其良好的居住条件以及较高的生活水平是分不开的[1].美国是世界第一经济大国人民生活水准较高对居住的舒适性要求也较高这些都促进了该国家用小型中央空调的普及使用

美国的别墅型住宅具有宽敞、高大的特点通常由中、高收入的家庭居住由于其层高较大具有足够的建筑空间用于布置风道因此在美国风管式系统在家用小型中央空调中所占的比重相当大同时由于美国居民对家用空调舒适性的要求较高因此多采用有新风的风管式系统目前美国风管式系统的年产量约为600万台/年占其家用空调产量的一半左右

美国的公寓型住宅适合于中、低收入的人群居住其消费水平偏低其家用空调的型式以窗式空调器为主也有采用小区供冷/热水的一般不使用家用小型中央空调目前美国窗式空调器年产量约为600万台/年占其家用空调产量的一半左右

美国的家用小型中央空调的型式以风管式系统为主其具体形式多种多样风管式单元空调系统和风管式空调箱系统在美国的应用都很广泛此外集成了燃气炉的家用小型中央空调系统在美国的应用也非常普遍此种家用小型中央空调系统在供冷季由制冷机组提供冷量在供热季由燃气炉提供热量对室内回风和新风进行处理消除房间空调负荷同时也可以满足家庭生活热水的需求

2. 日本家用小型中央空调发展现状与美国以风管式系统为主的特点不同日本的家用空调走的是一条“氟系统”为主的发展道路从窗式空调器到定速分体式空调器再到变频分体式空调器同样日本的家用小型中央空调也以冷剂式空调即VRV系统（包括一拖多）为主

在世界冷剂式空调行业中在二十世纪九十年代以前60％的市场被日本所占有并且在设备开发和控制技术上都处于世界最前沿这为日本发展VRV系统提供了技术保证同时日本国土面积小而人口众多人口密度非常大其住宅多属于高密度住宅建筑结构较为紧凑一般层高均较低不适合于布置需要占用较大层高的风管式空调系统而且日本是个国内资源匮乏的国家其能源消耗主要依赖于从国外进口因此该国非常强调节能家用空调作为能源消耗大户其节能技术的开发尤其受到重视VRV系统的节能性是其在日本得到广泛应用的一个重要原因另外对于专业的空调安装队伍来讲VRV系统的安装非常规范施工费用低以上这些因素决定了日本家用小型中央空调的型式以VRV系统为主

此外在日本对于比较高档的别墅住宅也有采用风管式系统的风管式单元空调系统和风管式空调箱系统都有应用对于面积很大的高级住宅还采用新风机组+风管式空调箱系统通过新风道将室外空气引入室内运行时需要关闭房间所有的窗户原则上可实现全年连续运行对于中级住宅或规模较小的高级住宅也有采用冷/热水机组的在这种系统中室内末端装置多采用落地式风机盘管当采用吊顶式风机盘管在冬季供热时室内上下温差太大通常辅以电热壁毯作为辅助热源

3. 中国家用小型中央空调发展现状从二十世纪九十年代后期开始我国逐渐开始对家用小型中央空调进行研究和应用相对于美国和日本我国在这方面的研究起步较晚但发展较快目前我国家用小型中央空调的年产量约为10万台/年数目虽然不大但增长速度较快

与美国和日本选择的家用小型中央空调发展道路不同我国的家用小型中央空调主要发展的是冷/热水机组的型式目前其产量占我国家用小型中央空调总量的70%以上此外也有风管式系统但其数量比冷/热水机组少得多VRV系统的数量就更少之所以会出现目前这种格局有如下几个方面的原因：

（1）冷/热水机组的室外主机实际上就是一个风冷热泵装置室内末端是风机盘管而目前我国的风冷热泵技术经过多年的探索和研究已经基本成熟而在风机盘管技术上我国目前已经处于世界领先水平因此我国发展冷/热水机组有技术上的保证

（2）冷/热水机组不需要占用太多建筑层高在住宅内布置较为方便且施工简单安装费用低而风管式系统的设置需与建筑结构相配合占用建筑空间大且施工不方便对于VRV系统目前国内在此领域的技术尚不成熟还存在流量控制问题、管道材质问题、现场焊接问题、管道施工问题等需进一步研究和完善的方面且VRV系统的初投资太高限制了它的推广

（3）从舒适性的角度考虑风管式系统由于调风/调温的问题解决得不好无法同时满足多个空调房间不同的空调负荷需求而冷/热水机组则可以很方便地进行各房间的独立控制和调节同时也能达到节能的目的

从以上的分析可以看出决定我国家用小型中央空调发展现状的主要因素是技术上的考虑这也是一种新型产品在其发展的初期阶段所具有的必然特征

四、我国家用小型中央空调发展趋势

随着我国经济的逐步增长居住条件日益改善人们对家居环境的舒适性的要求越来越高对家用空调的需求越来越大家用空调从奢侈品变成了舒适家居的不可缺少的重要部分居住条件的改善也促进了我国家用小型中央空调业的发展尤其是随着东部大城市的人均国民生产总值达到3000美元以上一系列适合于中高收入家庭使用的高档住宅纷纷出现更增加了对家用小型中央空调的需求[7][8].因此虽然家用小型中央空调在中国出现的时间较晚但其发展速度却非常快如何对其进行正确引导使其保持健康、快速的发展势头是我们共同面临的一大问题

中国的国情与美国和日本都有很大的不同因此在发展家用小型中央空调的道路上如若一味地照搬他们的经验是行不通的应当结合中国自身的特点在仔细分析中国具体国情的基础上推进我国在家用小型中央空调领域中的研究和应用

第一我国是一个幅员辽阔的国家地理、气候条件极为复杂拥有多种多样的气候类型这就必然要求我们的家用小型中央空调具有多样性的特点如何根据不同的气候特征选择合适的空调型式如何在系统设计中充分考虑不同气候的影响这是我们在发展家用小型中央空调时应当考虑的问题

第二我国经济发展水平地区差异性大在不同的地区人们对家用空调的需求不一样即使在同一地区由于人们的收入水平不一样住宅形式也千差万别而且生活习惯也不尽相同因此对家用空调的需求也是多层次的如何针对不同层次的用户设计不同型式的家用空调这也是值得研究的一个问题

第三从能源的角度来看我国虽然能源总量很大但由于人口众多人均能源拥有量不高能源供应相对较为紧张而住宅空调在当前的能源消耗结构中所占的比重是非常大的这就要求我国的家用小型中央空调的发展必需注重节能性一方面要注重提高机组本身的能效比另外一方面应当注重能源的综合利用这样也就对变流量技术、蓄能技术、能源综合利用技术等提出了更高的要求

第四从环境的角度来看目前我国环境污染的问题较为突出许多城市出现了诸如“热岛”效应、空气污染等现象考虑上述问题一方面是要求所开发的家用小型中央空调必须具有环保的特点把对环境的影响尽量减小到最小另一方面是要充分考虑到环境污染对空调系统本身的性能带来的影响针对它进行一些相应的设计例如在使用风冷热泵作为室外主机时目前我国大城市中污染较为严重的空气对机组换热性能的影响就应当充分考虑中央

通过以上分析可以看出我国对家用小型中央空调的需求是多样化、多层次的因此我们对家用小型中央空调的研究也应当遵循相应原则对各种型式的家用小型中央空调进行研究和开发不应当只强调某一种型式的系统而忽视其它类型在研究和设计过程中应当充分考虑到中国在地理气候条件、居住住宅形式、人们生活习惯等诸方面的因素针对中国的用户开发出适合中国国情的家用小型中央空调系统

五、结论

家用小型中央空调是一种节能、舒适的家用空调系统主要有风管式系统、冷/热水机组和VRV系统等三种形式各个国家其家用小型中央空调的发展历程均与各自国情相适应在考虑我国的家用小型中央空调的发展方向时不能照搬国外的经验而应当充分考虑中国自身的特点遵循多样化、多层次的原则开发出适合中国国情的家用小型中央空调系统此外也应当重视小区集中供冷/热空调方式的应用研究和开发家用小型中央空调要求我们尽快掌握多项关键技术以开发出更加舒适、节能的家用小型中央空调住宅