1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、课题背景

近些年来，伴随着人们居住条件的改善和经济的不断发展，大面积多居室、别墅类建筑和商场、餐厅等的日益增多。小型中央空调机组以性能可靠、价格适中、安装方便、 使用灵活、占用空间小、操作简单、维护费用低等特点，与市场的需求一拍即合， 受到了广大用户的青睐。可以说，小型中央空调的诞生，不但填补了”家用空调”和”中央空调”各自为营造成的空白，并且为中、高档社区的人居环境和各种办公场所、商场、餐厅等工作环境锦上添花。

目前，小型中央空调机组[1]主要有：小型风冷式冷热水机组、水冷柜机、风冷式冷热风机组、单冷的风冷式冷水机组与小型燃油(气)热水机组联合使用、变频一拖多智能化空调系统、户式燃气空调系统等。

现阶段，使用空调机组[2]的办公室、宾馆、医院、餐等场所也需要使用生活热水，但一般空调系统和热水系统是完全分开的，两套各自独立的系统同时运行时能耗高、运行管理成本高；而且，很多场合如宾馆、群居宿舍等对噪声和周围环境有较高的要求，不允许安装锅炉、或不易安装冷却塔等制热水设备。

二、风冷式冷热水机组

风冷热泵机组[3]是一个由压缩机-换热器-节流器-吸热器-压缩机等设备装置构成的循环系统。通过压缩机的作用冷媒在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压以及升温过程（温度将近100℃），流入换热器后释放出高温热量加热水，与此同时本身被冷却并转化为流液态，当它流动到吸热器后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，紧接着温度降至零下20℃-30℃，这时吸热器周边的空气就会不停地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就完成了空气中的低温热量转换为高温热量并加热冷水过程。

风冷式冷热水机组的特点主要有以下几个方面：

1. 小型中央空调系统的冷热源可采用小型风冷式冷热水机组[4]，一机两用，根据实际负荷由微电脑控制自动运行，年使用率高，安装使用便捷，控制简单、精度高。

2. 一台机组带多台分离安装的末端设备，可通过同时调节多个房间的温度来满足多个房间制冷(供暖)要求，使温度场均匀。

3. 方便安装新风装置，系统制冷剂不易泄露，负荷选配合理，设备匹配合适，运行高效、可靠；可远距离供冷(热)，可与热网并用末端装置，室内机形式多样，可在室外阳台的隐蔽处安装室外机组，安装美观，与建筑外观协调一致，不影响室内装修风格，是一种介于大型中央空调与普通家用壁挂机和柜式之间的一种空调系统，同时具备大型中央空调系统和家用空调器的多项优点。

4. 风冷模块机无需专用机房[5,6]，施工简便，周期短，无冷却水系统，模块机组分级启动，从而减轻对电网的冲击，网络集中控制。适合在无机房安装，水资源紧张条件的情况下使用。

三、风冷热泵机组原理[7,8]及类型

图1风冷热泵机组工作原理图

1. 风冷热泵机组的原理

风冷热泵机组以周边空气作为冷、热源，其原理如图1所示。制冷时，制冷剂从储液器流经膨胀阀1转变为低压液态；在蒸发器中吸收载冷剂[9]的热量变为低温低压气态；

经过压缩机变为高温高压气态；经过冷凝器[10]放出热量变为高温液态回至储液器。制热时，制冷剂从储液器流过膨胀阀2后变为低压液态；在冷凝器中吸收周围环境空气的热量变为低温低压气态；经过压缩机变为高温高压气态；经过蒸发器放出热量变为高温液态回至储液器[11]。

2. 风冷热泵机组的形式

按压缩机分类可将风冷热泵机组分为以下几种常见三大类

图2采用全封闭往复式压缩机的组合式风冷热泵机组外形图

图3采用涡旋式压缩机的组合式风冷热泵机组外形图

①　往复式[12]制冷压缩机冷、热水机组。当下较为普遍的是全封闭式和半封闭式两种压缩机，工质为R22。往复式全封闭压缩机热泵机组外形图，如图2所示。

②　涡旋压缩机[13]风冷热泵机组。目前广泛使用的风冷冷水/冷热水（热泵）机组，又称为空气/水机组，大多为多台涡旋压缩机组合的机型，其外形图如图3所示。

③　螺杆压缩机风冷热泵[14]。目前较为普遍的螺杆压缩机风冷热泵是半封闭双螺杆转子型，工质为R22。

四、风冷模块机组与其他机组比较

1.制冷性能比较

查暖通规范得出水冷机组冷凝温度一般比冷却水进出口平均水温高5℃~7℃，我国主要地区冷却水进出口水温取32℃~37℃，由此水冷式冷凝器冷凝温度可考虑40℃，而风冷式冷凝器的冷凝温度应该比夏季空气调节室外计算干球温度高15℃。我国主要地区夏季空气调节室外计算干球温度都高于30℃，少数地方甚至高于33℃。这样，冷凝温度在45℃~50℃之间。即水冷机组的冷凝温度比风冷式机组的冷凝温度低5℃~10℃，因而制冷能力不如水冷机组。

2.耗电量

表1水冷和风冷离心式冷水机组耗电量比较

美国特灵公司之前做过在全负荷和部分负荷的水冷离心式冷水机组[15]和风冷离心式冷水机组[16]耗电量比较，现将该比较结果（以制冷量1160kW（330 USrt）为基础）整理列出如表1。

根据上表得出，在全负荷运行条件下，水冷式冷水机组的确比风冷式冷水机组耗电量小，大约小15%左右，但在2/3负荷时两者基本相近，且风冷机组略低，而在1/3负荷时，水冷机组的耗电量远远高于风冷机组，大约高30%左右。所以总的来看，水冷式机组的全年耗电量并不会比风冷式冷水机组低多少，加上水冷机组在设备保养方面的费用（冷却塔系统维护保养、水处理、冷凝器清洗等）较风冷机组为高，所以风冷机组总运行费用可能还稍微低于水冷机组。

3.噪声

由于风冷机组本身具备多台冷凝轴流风机，据厂家资料结束其噪声[17]比水冷机组高3~5dB以上。但一般水冷机组的机房都安装多台冷却水循环泵，相对冷冻机房的噪声来讲，采用风冷机组与采用水冷机组差别不大，但是风冷机组由于台数较多，其机房噪声相对较高，实际工程中，应重视机房的噪声防治。

4.机组价格

据了解，相同制冷量的水冷机组价格比风冷机组低30%左右。但就整个系统角度而言，水冷机组系统必须配备冷却塔、冷却水循环泵和管路系统等，所以两组机组的设备投资相差无几[18] 。

五、应用问题

风冷热泵利用室外空气作为冷热源，但这个天然冷热源是低品位的，要利用它，会受到客观条件限制，尤其在冬季室外气温较低、湿度较高时，风冷热泵的应用就受到限制，甚至达到无法应用的地步；其次，冬季风冷热泵供热量伴随室外气温的下降而降低，室外温度降低，但室内需热量反过来却是增加的，所以必须设置辅助热源；再者，由于其台数多，单台风冷热泵噪声已达65~75dB（A），已经超过城市环境[20]噪声标准，多台时，噪声按叠加原则递增，当台数多时，则很难控制[19]。

六、除霜

1. 除霜过程分析

结霜[21,22]现象的产生，是风冷热泵系统与环境相互影响的结果。冬季机组制热运行时，室外翅片管换热器用作蒸发器，其表面材料温度低于周围空气温度，当翅片管表面材料温度低于空气露点一定温度时，空气中的水蒸气才会凝结；当此温度降至0℃后，凝露便在翅片管表面以松散冰晶体的形式堆积成霜。

在早期结霜阶段，由于霜加大了传热表面的粗糙度及表面积，总传热系数略微上浮。随着霜层不断增厚，空气流过翅片管时的阻力也紧随上升，并减少了空气流量，从而带来制冷剂在翅片管内蒸发不充分，蒸发温度降低、蒸发器出口过度热下降、制热量减少、制冷剂流量降低等相关问题，情况严重时会导致压缩机事故。此时，应对热泵机组进行必要的除霜操作。

2.除霜方法

2.1电加热除霜

最便捷的除霜方法是电加热法。原理就是在室外换热器上装上适当功率的电阻，当室外换热器上积霜情况严重时，打开电气开关，电热丝通电发热融霜。

2.2换向法

当室外换热器积霜并影响正常的换热效果时，利用热泵双向制冷制热，采用四通换向阀将制热过程转换成制冷过程。如此热泵从室内吸热排到室外换热，以融化室外积霜。该方法并不需要附加其它设备，只需在必要除霜时让四通换向阀工作即可[23,24] 。

2.3热氟除霜法

在制冷系统中从供液电磁阀到冷风机的管子间与压缩机的排气口到冷凝器的管子间接上一个双稳态电磁阀，这样可以利用压缩机内高温高压的制冷剂（以氟化物为主）去除积霜。

2.4氟利昂辅助加热器

在室外空气气温较低的地区，由于冬季热泵供热量不足，应加设辅助加热器。普遍采用的办法是在室内机出风口处设加热器，该方法不仅会导致安全性能差，传热效率低而且化霜时间长，室内温度下降幅度大。采用氟利昂加热器便可明显减轻以上缺陷。

七、结语

风冷式热泵机组集制冷和制热于一体，充分采用优化设计，使系统简洁，省却了诸多辅助设备，降低了机组安装工程的复杂化，大大节约了工程初期投资及安装工期；此外，系统采用紧凑一体化设计，结构简单，占地空间小，方便选择安装位置，无需专用的机房可安装在露天楼顶；其次，以空气为冷却介质，无权无需冷却水，非常适合缺水地区的使用；最后，系统简单的一体化设计，给初期的设备安装、调试及后期的操作管理与维修保养带来诸多方便，且又节约资源。

但是，风冷热泵机组的缺点也是不容忽视的，随着科技的发展，相关专业的发展必定会带来技术的重大变革，产品性能和结构[25]会得到改进和调整，具体问题具体分析，因地制宜地选用合适的机组，相信不久后风冷模块机组定会迎来新的篇章。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1. 查阅相关资料并阅读，充分熟悉设计的基本原理和相关要求；

2. 风冷模块机组系统结构的设计；

3. 空气换热器的设计计算与结构确定；