住宅中央空调的现状及方向

摘要： 住宅中央空调目前主要有三种形式，即空气－空气管道机，空气－水户用机、多联机和小区集中中央空调。三种形式各有利弊，未来住宅中央空调的发展方向是优质价廉、健康环保、性能稳定，控制方便，高智能化。
    关键词： 中央空调 热泵 VRV COP IAQ 变频 网络控制
    随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对居住居住和工作环境的要求越来越高，居住环境的改善相应地带动住宅中央空调行业的快速发展。2001年住宅中央空调市场需求量在10万套左右，产值达40亿元人民币。据权威人士预计，到2006年，住宅中央空调将占据10％的家用空调市场。
    1. 住宅中央空调方式
    目前住宅中央空调常用的有以下几种方式：户式中央空调、多联机和小区集中供冷供热。
    1.1 户式中央空调
    户式中央空调的形式很多，目前市场上常用的有两种：①一台小型空气－水热泵室外机，带几台室内盘管。盘管数量根据房间的多少而定。盘管的形式根据个人喜好和装修要求，能够很好满足个性化的要求，可以很好地解决新风问题。该机型和大型风冷热泵原理基本一致，技术相对比较成熟，而且结合家庭使用的特点作了一些改进：将膨胀水箱和冷水泵全部内置，增加辅助电加热，控制上也有多种形式供用户选择，很多产品都采用PLC（可编程控制器）控制，用户只需在技术人员的指导下将一些参数设定好，机组运行，能量调节和自我保护均可通过电脑自行控制，非常方便，还可以通过电话或电脑网络远程控制。由于该形式系统比较简单，经济实用，所以目前在国内用得很普遍。其缺点是容易滴水霉变，冬季运行的可靠性还需提高。②小型空气－空气热泵，室外机内置压缩机、冷凝器和各种辅助配件，室内机内置蒸发器和膨胀阀。根据制冷量大小可以配一只或两只膨胀阀，通过铜管将室内、外机连接，室内机接风管将冷（热）风送到各个房间，所以又称管道机。相对于其它形式的家用中央空调，管道机初投资较少，若引入新风，其空气品质将得到较大改善。空气－空气热泵工作稳定性比空气－水热泵高，其缺点是由于采用风管送风，层高要求较高，控制不如空气－水热泵方便，浪费能源。该形式在美国用得比较多。
    另外还有燃气空调，太阳能空调，地温空调，水源热泵等多种形式，由于种种原因，使用得还不多，但随着能源结构的改善，国家能源政策的调整，这些形式的家用中央空调也会走进千家万户。
    1.2 多联机
    多联式变冷媒量热泵空调系统，目前以日本大金的VRV，青岛海尔的MRV和美的的MDV为代表，它以制冷剂为输送介质，室外主机由室外侧换热器、压缩机和其它制冷附件组成，末端由直接蒸发式换热器和风机组成。该形式由于采用磁阻式直流电机、涡旋式压缩机、直流风机电机及PAM脉冲振幅调控制和MIO （多段输入和输出）及BP（冷媒分配器）等先进技术，能够实现变频控制，所以能节能能源，特别是部分负荷下节能明显。多联式系统末端有天花板卡式嵌入式、风管连接式、挂壁式、暗藏式等多种形式供用户选择，能够很好地配合室内装修和个性化的要求，控制也非常方便。该形式的缺点是制冷剂管道较多，容易泄漏，新风很难解决，安装较复杂。该形式在日本使用得比较多，由于价格较高，在国内只有部分中高收入家庭使用。
    1.3 小区集中中央空调
    小区集中中央空调近年来发展较快，由于存在如下问题：工程投资较多，系统维护较麻烦，分户计费难以公平，系统同时利用系数低导致系统运行成本过高等等，房地产商一般不愿意搞小区集中中央空调，所以小区集中空调使用得并不多。但随着中央空调技术的发展，小区集中空调也将走向成熟，为住宅中央空调提供更多的选择。
    2. 住宅中央空调发展方向
    2.1 改善室内空气品质IAQ
    随着人们环保和健康意识的增强，人们开始重视自己生活和工作环境的空气品质了，而且国家也制订了相应的法规，对室内空气品质作了严格的规定。因此住宅中央空调要顺应人们的这种要求，不仅改善室内空气的温湿度，还能明显改善室内空气品质。
    室内空气品质，即人体舒适度和健康，人体舒适度是一个很复杂的问题[1，2]，它是指人体的主观感觉，同一个人在不同的状态感觉会不一样，比如工作性质，衣着情况，温度，相对湿度，风速，噪声等，都会影响人体热舒适性指标。我们要使人体感到舒适，只有通过先进的传感技术，根据人体的活动量（人体代谢率），衣服热阻，调节室内空气温度、相对湿度、风速、辐射量等。由于相关的专业协会没有建立相应的行业标准和测试方法，所以实际操作还比较困难。健康我们追求的目标之一，现在很多家庭装修都大量采用建筑复合材料、石材、粘接剂等，这些物质在很长的时间内（至少1~2年）都将会释放大量有害气体，如甲醛、丙酮、氡及其蜕变物等。2002年一季度上海市有关部门对该市使用一年以上的商品房进行了抽查，抽查结果是甲醛严重超标，平均达到 0.2g/m3空气（国标是0.08g/m3空气），平均合格率仅0.16%，不足0.2%.如果房间内没有通风换气装置及时将这些物质排出或补充新鲜空气的话，这些物质会对人体造成很大危害[3， 4].现在很多厂家和研究机构正在研究采用过滤网，静电除尘，用活性碳或光催化过滤器去除室内异味及挥发性物质，用LTC-M2触媒技术清除空气中的甲醛等，这些都可以提高室内空气品质，保证人体健康，但具体这些装置怎么与住宅中央空调结合使用及其效果怎样，都值得厂家和学者去重点研究。同时也是现代住宅中央空调的发展方向之一。
    2.2 提高住宅中央空调的性价比
    由于住宅中央空调绝大部分是采用风冷，所以机组性能系数（COP）较低。因此要想提高主机性能，主要提高机组的COP值，首先是提高压缩机性能，采用高效变频压缩机，提高压缩机加工和装配精度，对压缩机结构进行优化设计等；其次要提高换热器的换热效率，采用新材料（比如用内螺纹铜管波纹片），新工艺（加装融霜电磁阀，合理配管等），优化换热器结构（比如铜管翅片布置排列方式）；还要改进风机、水泵结构（比如采用双速风机，在冬季启动高速，大风量，增强换热效率，延长结霜时间，减少除霜时间）；目前，还应该完善机组性能系数的评价方法，仅采用的用某个工况下的COP值评价机组能耗是不够的，很多专家都提出应该用季节性供冷（供热）性能系数来评价机组能耗。目前已有这方面的评价软件，使用结果证明能很好地与实际吻合。
    住宅中央空调的主机性能不仅涉及主机性能，还要看安装人员的水平和安装质量。性能再好的主机，系统安装质量很差，性能不能充分发挥，使主机性能大受影响。
    住宅中央空调的价格主要受压缩机、换热器、风机和阀件影响。由于目前大部分住宅中央空调的压缩机都是从国外进口的，而它的价格占整个机组造价的 1/3～1/4，加之一些关键阀件也需要进口，所以住宅中央空调价格还是很高。这也是影响它快速进入家庭的主要因素之一。但随着技术进步，越来越多的部件被国产部件逐渐代替，相信住宅中央空调的性价比会越来越高。
    2.3 机组的稳定性和可靠性
    由于住宅中央空调是给家庭使用，所以机组稳定性要求非常高，很多国外品牌之所以大受欢迎，就是由于其稳定性和可靠性比很多国产品牌高。由于中国各地区之间气候差异很大，机组工作环境相差也很大，很多产品在恶劣的气候下工作波动很大，甚至不能工作，特别冬季低温工况，机组除霜和各种保护频繁动作，严重影响空调的效果。在可靠性方面，虽然很多厂家都尽力提高机组可靠性，特别是对电气自控，压缩机的高、低压，过载，过流，缺相等保护等方面进行可靠性设计，但离要求还有很大距离。另外，各种人为因素也会导致机组稳定性和可靠性降低。
    2.4 机组维护的便捷性
    机组维护的便捷性是衡量技术成熟与否的标志，随着计算机网络技术的发展，很多产品增加机组自动维护功能，故障自动检测，自动修复，自动报警，故障内容自动显示等。还可以通过网络诊断故障，不管产品装在世界哪个角落，通过互联网，厂家可以清楚知道机组工作正常与否，并可指导用户进行简单维护，简单问题厂家只需一个电话就可解决问题。
    2.5 机组环保性
    环保是人类共同关心的话题，对于住宅中央空调来说，它包含降低机组噪声，降低能源消耗，使用对人类无害，可回收，可再生的制冷剂等。
    2.6 提高智能化程度
    随着电子技术，计算机技术和网络技术的飞速发展，住宅中央空调的智能化程度已发展到一个新的高度。很多厂家和研究结构正在探索将智能除霜、模糊控制和神经网络控制、安防连控等新技术应用到住宅中央空调的前景和意义。有些技术已有产品实例，如图1，是北京一家公司开发的融中央空调自动控制、家电异地遥控，防盗，火灾，报警于一体的控制产品，非常适合家庭别墅的中央空调控制。
    3. 结论
    住宅中央空调目前主要有三种形式，即空气－空气管道机，空气－水户用机、多联机和小区集中中央空调。三种形式各有利弊，未来住宅中央空调的发展方向是优质价廉、健康环保、性能稳定，控制方便，高智能化。当前阻碍中央空调机组进入家庭主要矛盾是价格，运行费用和机组运行的稳定性，但随着技术的逐渐成熟，机组稳定性逐步提高、价格和运行费用的降低，住宅中央空调将逐渐取代房间空调器，成为市场主流。
    参考文献
    1. Fanger p o. Calculation of thermal comfort. ASHRAE Trans， 1967， 73.
    2. 范存养。 热舒适评价指标PWV及其实际应用。 暖通空调， 1993， 23 （3）。
    3. Bloeman Hj. Indoor pollution after the application of moisture repellents. Proc Indoor Air ‘90 ， 1990， 3：569—574
    4. Garrett M H， et al. Low levels of formaldehyde in residential homes and a correlation with asthma and allergy in children. Proc Indoor Air ‘ 96， 1996， 3：617—622