中央空调

中央空调（central air conditioner）是一种空气温度调节系统。^[1][7]中央空调的结构包括冷冻水泵、闸阀组件、压力表和膨胀水箱等，^[7]原理是通过输送介质使得室外主机产生空调冷/热水，由系统输送至室内各末端装置，再与室内空气进行热交换，从而满足房间调节温度的要求。^[6]中央空调被广泛地应用于大型公用建筑、民用建筑和工业企业中。^[8]

1902年7月17日，威利斯·哈维兰·开利（Willis Haviland Carrier）为美国纽约布鲁克林的一家印刷厂设计了全球公认的第一套科学空调系统。^[9]但传统空调无法满足大面积冷却需求，有鉴于此，中央空调应运而生。^[10]1923年，洛杉矶的葛罗曼大都会剧院（Grauman’s Metropolitan Theater）安装了世界上最早的中央空调。^[2]上海延安西路164号的嘉道理大理石大厦（现中国福利会少年宫）于1924年安装了美国约克公司制造的的中央空调，这也是中国第一个安装中央空调的商用建筑。20世纪60年代以后，中央空调开始向节能减排的方向发展，为了节能减排，日本从政府到民间一致推动燃气空调的发展，1985年，美国开利公司发明了一种电子膨胀阀，使得中央空调调节精确，减少了不必要的过热度。^[9]20世纪末，中国家用空调市场逐渐“驱逐”了外资品牌。^[11]到了21世纪，绿色空调和把自动控制技术融入中央空调的设计，已经成了新的发展趋势。^[11][12]

中央空调按照用途、应用类型等标准，可以划分为商用中央空调、家用中央空调、工艺性空调、舒适性空调等不同类型^[7][8]，具有运行管理灵活方便，不易发生故障，使用寿命长等优点，但安装较为复杂。^[9][13]中央空调的质量需要根据制冷系数、产品使用寿命等性能指标来判断。^[14]中央空调的关键技术有模糊预判断节能控制技术^[15]、泵组优选组合控制技术^[16]等。格力、约克等公司是全球知名的中央空调生产商，生产的中央空调在全球范围内得到了广泛应用。^[3][4]

中央空调是一种空气温度调节系统。^[1][7]1902年7月17日，威利斯·哈维兰·开利（Willis Haviland Carrier）为美国纽约布鲁克林的一家印刷厂设计了全球公认的第一套科学空调系统。空调行业将这视为空调业诞生的标志。1922年，开利博士研发出空调史上里程碑地位的产品——离心式空调机，因为其效率高，为大空间的空气调节打开了大门，人类才逐渐成为空调的服务对象。在此之前，空调一直用于为机器降温。^[9]

但传统空调无法满足大型商业或工业区域、办公楼、医院、机场、酒店等需要大面积冷却需求，有鉴于此，中央空调应运而生。^[10]

1923年，洛杉矶的葛罗曼大都会剧院（Grauman’s Metropolitan Theater）安装了中央空调，这是世界上最早的中央空调。^[2]1924年，上海延安西路164号的嘉道理大理石大厦（现中国福利会少年宫），使用了美国约克公司制造的的中央空调，这也是中国第一个安装中央空调的商用建筑。1936年，南京新都大剧院安装了美国约克公司的制冷机组，建成了中国影剧院中第一台采用氟fú利昂制冷剂的中央空调系统。1952年，美国开利公司研制出第一套用于家庭的中央空调系统。^[9]

1962年，美国麦克维尔公司首先为中央空调研制出正压冷水机组^[注1]，为美国环保局政策制定提供了基础。1975年，麦克维尔公司首先推出超过110冷吨的活塞式冷水机组。^[9]

20世纪60年代末，为了节能环保，日本从政府到民间一致推动燃气空调的发展。大约用了10年时间，燃气空调占据了日本中央空调市场的85%左右。1982年，日本大金公司生产出世界上第一台多联机空调系统（简称VRV系统），开创了楼宇中央空调新时代，开利公司于同年推出第一台用于商业，采用太空金属钛(TITANIUM)传热管的离心式制冷机组，完全解决了中央空调管道遭受腐蚀的难题。1985年，美国开利公司发明了一种电子膨胀阀，使得中央空调调节精确，减少了不必要的过热度。^[9]

20世纪末，中国空调企业在家用空调市场做出了很大的成绩，格力、美的、海尔、志高等空调企业的不断成长壮大，家用空调市场逐渐“驱逐”了外资品牌，成为中国家用空调市场的领军企业。^[11]

2014年，在中国中央空调市场里，共有15个企业的出货额超过10亿元，总出货额占整个市场的比例达到了84.6%。同时，出货额在5亿元以上的品牌数量同比2013年也增加了2个，总出货额突破700亿元，同比2013年增长9.0%。^[11]

2016年至2021年，美国麦克维尔公司再次研发出有关中央空调的新兴技术，推出四管制冷热一体机、能源站专用离心机、全屋联动的A+变频户式水机、A+全效变频系列、800RT新冷媒磁悬浮机组、复叠式高温热泵热水机MHAS等产品。^[17]

中央空调通常是由冷、热源和空气调节系统两部分组成。制冷设备为空气调节系统提供所需冷量（冷源），用以抵消室内环境的冷负荷；制热设备（锅炉、热泵等）为空气调节系统提供抵消室内环境热负荷的热量。空气调节系统通常是由空调处理设备、空气输送设备、空气输送管道和空气分配装置所组成。在空气调节系统中，空调处理设备是其核心，它承担了空气温度、湿度、洁净度等各项参数的处理工作。^[8]各类型的中央空调的工作原理基本相同，即通过输送介质使得室外主机产生空调冷/热水，由系统输送至室内各末端装置，再与室内空气进行热交换，从而满足房间调节温度的要求。中央空调的工作模式是集中产生冷/热量，分散处理各房间负荷。^[6]

根据传输介质的差异，中央空调的结构和原理又有所不同，下面以传输介质为风的中央空调为例。^[8]

冷冻水泵连接在中央空调的风冷机组末端，主要对风冷机组降温的冷冻水加压后送到冷冻水管路中。^[7]冷冻水在空调系统末端设备吸热后，温度升高，冷冻水泵将其重新送入冷水机组放热，完成循环过程。冷冻水泵常根据循环水量选择多台水泵并联，且布置成一机对一泵的形式，即一台机组对应一台水泵。冷冻水泵与冷却水泵形式基本相同，一般选用水泵制造厂专为空调、制冷行业设计制造的单级离心泵。^[18]

风冷机组以空气流动（风）作为冷（热）源，以水作为供冷（热）介质。^[19]中央空调工作室，通常由风冷机组实现对冷冻水管路中冷冻水的降温（或升温）。然后，将降温（或升温）后的水送入室内末端设备（风机盘管）中，再由室内末端设备与室内空气进行热交换后，从而实现对空气温度的调节。^[20]

风机盘管是中央空调的室内末端设备，主要利用风扇的作用使空气与风机盘管中的冷水（热水）进行热交换，并将降温或升温后的空气送出。风机盘管根据结构的不同可以分为两管制风机盘管和四管制风机盘管，是比较常见的室内末端设备，夏季可以流通冷水，冬季可以流通热水。^[7]

闸阀组件主要包括Y形过滤器、水流开关、止回阀、旁通调节阀及排水阀等。^[7]其中，Y型过滤器能够通过滤网，将固体介质从流动的液体或气体提取出来^[21]，止回阀主要用于介质单向流动的管道上，是一种借助介质作用力，自动阻止介质逆流的阀门^[22]，旁通调节阀是一种可以改变旁通流量，以调节系统水量的阀门。^[23]

膨胀水箱是风冷式水循环中央空调中非常重要的部件之一，主要用于平衡水循环管路中的水量和压力。^[7]

中央空调根据用途的不同可以分为商用中央空调和家用中央空调。^[7]

商用中央空调具有体积庞大、结构复杂、经济节能、管理方便等特点，常见的有风冷式风循环中央空调、风冷式水循环中央空调及水冷式中央空调。通常应用于企业、宾馆、饭店等公共场所，多以一台或多台主机通过风管或冷热水管连接多个室内末端出风口，将冷暖气流送到不同的区域，实现制冷或制热的目的。^[7]

家用中央空调也称家庭中央空调或户式中央空调，是应用于家庭的小型化独立空调系统，多以一台主机通过管路连接多个室内末端设备，将冷暖气流送到家庭中不同的房间，实现制冷或制热的目的。家用中央空调多为多联式中央空调系统（简称多联机），最大特点是采用一台室外机与多台室内机连接，实现家庭多房间的统一制冷（制热），减少安装成本，使控制与维护都变得更加便捷。^[7][24]

中央空调按照应用类型的不同可以分为工艺性空调和舒适性空调。^[8]

工艺性空调是指空气调节应用于工业生产及科学研究过程中的一类空调。工艺性空调主要以工艺过程为对象，着眼于制造符合工艺过程（包括物品储存和设备运转）所要求的室内气候环境，同时尽量兼顾人体的卫生要求。车间、仓库、电子计算机房、程控交换机房等的空调就属于工艺性空调。^[11]

舒适性空调的空气调节是为了满足人的生活和工作要求。舒适性空调以室内人员为对象，着眼于制造出满足人体卫生要求、使人感到舒适的室内气候环境。民用建筑和公共建筑的空调就大多属于舒适性空调。^[11]

中央空调按照空气处理设备的设置情况不同，可分为集中式中央空调系统和半集中式中央空调系统。^[8]

集中式中央空调系统是指集中的所有空气处理设备（包括风机、冷却器、加湿器、过滤器等）都设于一个集中空调机房内。空气处理所需的冷、热量是由集中设置的冷冻站、锅炉房或热交换站集中供给。^[25]

半集中式中央空调系统是指将除了设有集中处理新风的空调机房和集中冷、热源外，还设有分散在各个空调房间里的二次设备（又称为末端装置）来承担一部分空调负荷，对送入空调房间内空气进一步补充处理。例如，一些办公楼、高级酒店中所采用的新风在空调机房中集中处理，然后与由风机盘管等末端装置处理的室内循环空气一起送入空调房间的系统就属于半集中式中央空调系统。^[25]

中央空调按照承担室内热、湿负荷所用介质种类不同，可分为全空气系统中央空调、全水系统中央空调和空气—水系统中央空调三种类型。^[8]

全空气系统是指空调房间内的热、湿负荷全部是由经过处理的空气来承担的空调系统。由于空气的比热容较小，需要用较大的空气量才能达到消除室内余热、余湿的目的，因此该系统要求有较大的断面风道或较高的风速。对室内噪声要求较高或建筑物屋内空间较小的场合应慎用。^[8]

全水系统是指房间内的热、湿负荷全靠水作为冷热介质来负担的空调系统。由于水的比热容比空气大得多，所以在相同条件下，只需要较小的水量，从而使得管道所占空间大大减小。但是仅靠水来消除余热、余湿，并不能解决房间内的通风换气等卫生安全问题，因而通常不单独采用这种方法。^[8][26]

空气—水系统是前两种系统的组合。它结合前两种系统的优点，通过空气和水两种不同介质共同承担建筑物内的热、湿负荷。即通过水介质来承担大部分的冷、热负荷和湿负荷；通过新风处理系统满足室内通风和卫生环境的要求。例如，诱导空调系统和带新风的风机盘管系统就属于这种类型。该类中央空调系统也是大型建筑最常用的中央空调系统。^[8][26]

中央空调按照系统中空气来源不同，划分为封闭式系统、直流式系统、混合式系统三种类型。^[8]

封闭式系统处理的空气全部来源于空调房间本身，没有室外空气补充，虽然能节省系统的冷、热消耗量，但由于没有新鲜空气补入，因而卫生效果差，仅适宜于无人居住的场合，如很少有人进出的仓库。^[8][28]

直流式系统处理的空气全部来自室外，室外空气经处理后送入室内，然后全部排出室外。这种系统冷、热消耗量最大，卫生条件最好，适用于不允许采用回风的场合，如放射性实验室，以及卫生条件要求较高的宾馆和医院。^[8][28]

混合式系统是综合封闭式系统和直流式系统的利弊，采用混合一部分回风的系统。这种系统既能够满足卫生要求，又经济合理，故应用最广。^[8]

1.相较于分体空调，中央空调可以使每个房间均实现夏季供冷、冬季供暖和春秋季通风换气的全年性空调效果，且运行管理灵活方便, 运行费用低于分体空调。分体空调如制冷量大于58KW 时，其运行电费就大于中央空调，而且难以进行各分散房间的统一控制。^[13]

2.中央空调故障少，即使发生了故障，维修起来也较为容易。中央空调无论是空调机组和送回风道系统, 还是房间风机盘管和新风系统，均不易发生故障，而制冷设备则设在制冷站内，便于维修。但分体空调的分体空调器遍布在各处，制冷压缩机不仅数量多而且多数悬挂于外墙上，维修起来较为复杂。^[13]

3.中央空调寿命长。分体空调如为公用，一般3至5年就须换新机，而中央空调设备则可用8至15年。中央空调产生的噪声也小于分体空调。^[13]

相较于立式、壁挂空调，中央空调的安装需要铺设各种管道，需准备各种辅材，因此初投资比普通空调高。且中央空调安装和清洁管道系统清洁较复杂。^[9][30]

中央空调作为一种使用寿命长、运行费用低，且不易产生噪音的空气调节系统，被广泛地应用于大型公用建筑、民用建筑和工业企业中。^[8]

中央空调的作用价值大致有以下三点：

1.创造出适合人体舒适感的室内空气环境。^[11]

2.满足工艺生产所需求的室内空气环境。^[11]

3.排除室内有害气体和集中散发的热量与湿量。^[31]

中央空调技术的盛行使得室外自然环境遭到破坏。大气臭氧层被氯氟烃（CFC）制冷剂破坏，可供利用的自然资源因为大量化石能源的使用而日益枯竭，大气、水和土壤正受到污染，夏季空调排出的热也造成“热岛”现象，恶化了所处的城市环境。为了贯彻可持续发展战略，建筑与空调未来的发展必须坚持“绿色建筑”和“绿色空调”的方向。所谓“绿色建筑”就是指能为建筑中的人提供健康、舒适、安全、方便的室内环境，而又不损害周边、区域乃至全球环境，充分开发利用可再生能源和高效利用自然资源的建筑，同时，符合这种条件的空调称为“绿色空调”。“绿色空调”是中央空调发展的必然方向。总部设在澳大利亚的“世界绿色建筑委员会”为推动全世界“绿色建筑”与“绿色空调”起了重大作用，中国的“绿色建筑”也已在北京、深圳和哈尔滨等地展开。^[11]

中央空调对电能的消耗十分严重，造成了难以挽回的能源损失。节能减排已经成为当前社会各界的关注焦点，为了节约能源、保护环境，世界各国有不少国家已经将新能源与空调进行了完美结合，使用新能源为空调系统发电，可以减少对不可再生资源的损耗。为彻底落实节能减排理念，相关人员将新能源与智能化空调技术进行融合，为空调系统稳定运行提供便利的同时，提升了新能源的利用频率。例如，可以利用太阳能，将其应用到空调系统的运行过程中，相关科研团队可以利用智能技术，对当地的天气变化规律进行总结，并根据该规律有针对性地调节太阳能的储存以及使用情况。合理利用新能源就可以大量节约电能，为城市内部开展节能减排工作提供支撑。^[32]

中央空调系统的光照技术尚不成熟，因此，在进行中央空调设计时，可以融入自动控制技术，以保障中央空调系统的稳定性，有利于中央空调根据温度、湿度等情况自主调节，由此可以提升中央空调的使用价值。不仅如此，合理运用自动控制技术，还可以实现资源合理配置。降低工作人员的工作量，减轻工作人员的工作负荷，同时也能保障空调系统数据的准确性，使得中央空调更加安全。因此，将自动控制技术融入中央空调的设计，将会是新的发展趋势。^[12]

珠海格力电器股份有限公司成立于1991年，1996年11月在深交所挂牌上市，不断发展成为多元化、科技型的全球工业制造集团，产业覆盖家用消费品和工业装备两大领域，产品远销190多个国家和地区。公司在全球建有77个生产基地，16个研究院，开发出包括家用空调、家庭中央空调和商用中央空调在内的20大类、100多个系列、3000多个品种规格的产品，空调品种规格之多、系列之齐全居中国空调业首位。^[3][37]

约克公司于1874年在美国宾夕法尼亚州的约克镇正式成立。1986年，约克公司成为世界上最大的独立空调及冷冻公司。约克公司被公认为世界制冷技术应用领域的先导，产品包括家用中央空调、商用中央空调及工业冷冻设备三大类，其应用范围极为广泛，客户遍及全球，曾作为1992年巴塞罗那、1996年亚特兰大奥运会主场馆的供应商。^[4]

麦克维尔中央空调有限公司起源于1872年，通过制造蒸汽机，推动了工业革命的发展，历经长久的产品与技术革新发展，专注科技创新，不断推出如四管制冷热一体机、风冷磁悬浮冷水机组、直流变频风冷螺杆热泵机组、复叠式高温热泵热水机MHAS等行业先进技术和产品。^[17]

长期处在空调环境中，冷气可突破呼吸道防线，空调滋生的病菌可侵入机体，轻则出现鼻塞、流涕、咳嗽、咽痛等感冒类似症状，重则引起肺炎。很多相应的调查研究显示，吹空调会对呼吸道疾病产生影响。例如：2012年对深圳市4个工厂调查显示，集中空调车间的工作人员比自然通风车间的工作人员更容易产生鼻塞、流涕、打喷嚏、鼻痒、胸闷、呼吸困难、咳嗽、咽喉痛和咽干等症状。^[38]

中央空调因使用管理不当而造成的室内空气质量恶化问题已经引起世界各国的密切关注。空调环境中的室内空气质量恶化，严重影响了人们的健康，各种疾病显著增加，出现了“病态建筑综合症”。由于建筑材料的围隔，使得室内空气有别于室外，特别是随着节能和温度舒适要求的提高，建筑物密闭程度不断增大。相应的，室内与室外空气交换量减小，这使得室内与室外的环境差异更加明显。大量研究表明，室内空气的污染程度大多高于室外。鉴于室内空气污染的危害性及普遍性，有专家认为，继“煤烟型污染”和“汽车尾气污染”之后，人类已经进入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期”。^[39]

随着国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，中央空调被广泛应用于国防军工、航空航天、核工程、机械电子、化工、冶金、电力、交通、环保、轻工等各个领域。空调系统及相关设备已成为人们日常生活生产的一部分。由此可见，中央空调是与工农业生产和国民经济以及人民生活密切相关的机械装备，是国家现代经济活动中不可或缺的生产资料和国民生活资料。制冷空调行业已成为中国装备工业的有生力量和国民经济的重要组成部分。^[40][41]