摘要：本文主要介紹了家用小型中央空調(diào)的基本原理和系統(tǒng)形式。在分析美國、日本的家用小型中央空調(diào)的系統(tǒng)特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的具體國情，簡(jiǎn)要分析了它的發(fā)展趨勢(shì)。
一、中央空調(diào)系統(tǒng)概述
中央空調(diào)系統(tǒng)是一種集中處理空調(diào)負(fù)荷的空調(diào)系統(tǒng)形式，它由集中的制冷機(jī)組產(chǎn)生冷/熱量，并利用適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)把冷/熱量輸送到需要消除冷/熱負(fù)荷的空間，從而實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)的目的。由于它采用的是集中處理空調(diào)負(fù)荷的形式，因此，相對(duì)于分散處理空調(diào)負(fù)荷的分散式空調(diào)系統(tǒng)而言，中央空調(diào)系統(tǒng)的能效比較高，從制冷循環(huán)的角度來看是一種節(jié)能運(yùn)行的空調(diào)型式。
一般而言，中央空調(diào)是一種主要應(yīng)用于大型樓宇的空調(diào)系統(tǒng)型式。近年來，中央空調(diào)在住宅中的應(yīng)用也日益廣泛。相對(duì)于傳統(tǒng)的分散式家用空調(diào)型式而言，家用小型中央空調(diào)具有節(jié)能、舒適、容量調(diào)節(jié)方便、噪聲低、振動(dòng)小等突出的優(yōu)點(diǎn)。美國和日本在家用小型中央空調(diào)上的研究開展得較早，技術(shù)上也較成熟。從二十世紀(jì)九十年代中后期開始，我國也開始了對(duì)家用小型中央空調(diào)的研究，在工程上也開始有應(yīng)用的實(shí)例。對(duì)于家用小型中央空調(diào)具體的系統(tǒng)型式，美國和日本的發(fā)展重點(diǎn)不盡相同。本文在分析美、日家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了我國發(fā)展家用小型中央空調(diào)的思路。
二. 家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)型式
中央空調(diào)是集中處理空調(diào)負(fù)荷的系統(tǒng)型式，其冷/熱量是通過一定的介質(zhì)輸送到空調(diào)房間里去的。按照家用小型中央空調(diào)的輸送介質(zhì)的不同，常見的家用小型中央空調(diào)可以分成以下三種主要形式。
1. 風(fēng)管式系統(tǒng)
風(fēng)管式系統(tǒng)以空氣為輸送介質(zhì)，其原理與大型全空氣中央空調(diào)系統(tǒng)的原理基本相同，是一個(gè)小型化的全空氣中央空調(diào)系統(tǒng)。它利用室外主機(jī)集中產(chǎn)生冷/熱量，將從室內(nèi)引回的回風(fēng)進(jìn)行冷卻/加熱處理后，再送入室內(nèi)消除其空調(diào)冷/熱負(fù)荷。
按照處理回風(fēng)的介質(zhì)的不同，風(fēng)管式系統(tǒng)又可分為風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)；風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)是將空氣直接與內(nèi)部是制冷劑流動(dòng)的直接蒸發(fā)式換熱器相接觸，由制冷劑直接對(duì)空氣進(jìn)行處理。風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)是由冷機(jī)產(chǎn)生冷/熱水，然后將冷/熱水送入空調(diào)箱內(nèi)，由冷/熱水集中處理空氣。
此外，由于風(fēng)管式系統(tǒng)對(duì)空氣進(jìn)行集中處理，因此新風(fēng)的引入比較方便。如若在系統(tǒng)中加上新風(fēng)道引入一部分新風(fēng)，將之與回風(fēng)混合后進(jìn)行集中處理，則成為帶新風(fēng)的風(fēng)管式家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)。
相對(duì)于其它的家用小型中央空調(diào)型式，風(fēng)管式系統(tǒng)初投資較小。如若引入新風(fēng)，其空氣品質(zhì)能得到較大的改善。但風(fēng)管式系統(tǒng)的空氣輸配系統(tǒng)所占用建筑物空間較大，一般要求住宅要有較大的層高。而且它采用統(tǒng)一送風(fēng)的方式，在沒有變風(fēng)量末端的情況下，難以滿足不同房間不同的空調(diào)負(fù)荷要求。而變風(fēng)量末端的引入將會(huì)使整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的初投資大大增加。
2.冷/熱水機(jī)組
冷/熱水機(jī)組的輸送介質(zhì)通常為水或乙二醇溶液，它的基本原理與通常所說的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)類似。通過室外主機(jī)產(chǎn)生出空調(diào)冷/熱水，由管路系統(tǒng)輸送至室內(nèi)的各末端裝置，在末端裝置處冷/熱水與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱量交換，產(chǎn)生出冷/熱風(fēng)，從而消除房間空調(diào)負(fù)荷。它是一種集中產(chǎn)生冷/熱量，但分散處理各房間負(fù)荷的空調(diào)系統(tǒng)型式。
該系統(tǒng)的室內(nèi)末端裝置通常為風(fēng)機(jī)盤管。目前風(fēng)機(jī)盤管一般均可以調(diào)節(jié)其風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)送入室內(nèi)的冷/熱量，因此該系統(tǒng)可以對(duì)每個(gè)空調(diào)房間進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，滿足不同房間不同的空調(diào)需求，同時(shí)其節(jié)能性也較好。此外，由于冷/熱水機(jī)組的輸配系統(tǒng)所占空間很小，因此一般不受住宅層高的限制。但此種系統(tǒng)一般難以引進(jìn)新風(fēng)，因此對(duì)于通常密閉的空調(diào)房間而言，其舒適性較差。
3. VRV系統(tǒng)
變制冷劑流量（Varied Refrigerant Volume，簡(jiǎn)稱VRV）空調(diào)系統(tǒng)是一種冷劑式空調(diào)系統(tǒng)，它以制冷劑為輸送介質(zhì)，室外主機(jī)由室外側(cè)換熱器、壓縮機(jī)和其他制冷附件組成，末端裝置是由直接蒸發(fā)式換熱器和風(fēng)機(jī)組成的室內(nèi)機(jī)。一臺(tái)室外機(jī)通過管路能夠向若干個(gè)室內(nèi)機(jī)輸送制冷劑液體。通過控制壓縮機(jī)的制冷劑循環(huán)量和進(jìn)入室內(nèi)各換熱器的制冷劑流量，適時(shí)地滿足室內(nèi)冷、熱負(fù)荷要求，是一種可以根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷大小自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)容量的節(jié)能、舒適、環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)。
VRV系統(tǒng)具有節(jié)能、舒適、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且各房間可獨(dú)立調(diào)節(jié)，能滿足不同房間的不同空調(diào)負(fù)荷的需求。但其系統(tǒng)控制復(fù)雜，且其初投資高。
除了風(fēng)管式系統(tǒng)、冷/熱水機(jī)組、VRV系統(tǒng)這三種基本的系統(tǒng)型式以外，還可以互相交叉，衍生出一些新型的系統(tǒng)。例如，將冷/熱水機(jī)組和風(fēng)管式系統(tǒng)進(jìn)行組合，往室內(nèi)送冷熱水處理房間空調(diào)負(fù)荷，而新風(fēng)統(tǒng)一由室外機(jī)處理后分別送入各個(gè)房間。
此外，在燃?xì)饫帽憷牡貐^(qū)，冬季由燃?xì)鉅t提供熱量的方式使用得也較多。燃?xì)鉅t可以集成在家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)里，也可以單獨(dú)設(shè)置。
三、世界各國家用小型中央空調(diào)的發(fā)展情況
一個(gè)國家家用空調(diào)的發(fā)展是與該國的地理氣候條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人民生活水準(zhǔn)、居住住宅形式以及社會(huì)人文環(huán)境等因素密切相關(guān)的，脫離了這些因素來談家用空調(diào)的發(fā)展是不現(xiàn)實(shí)的。同樣，分析家用小型中央空調(diào)的發(fā)展也離不開這些因素。
一般而言，常見的住宅可以分為公寓型住宅和別墅型住宅。以下將分別結(jié)合這兩種典型住宅的特點(diǎn)，結(jié)合各個(gè)國家的不同特點(diǎn)，對(duì)美國、日本和中國的家用小型中央空調(diào)的發(fā)展情況進(jìn)行分析。
1. 美國家用小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀
美國的家用小型中央空調(diào)普及率較高，這與其良好的居住條件以及較高的生活水平是分不開的[1]。美國是世界第一經(jīng)濟(jì)大國，人民生活水準(zhǔn)較高，對(duì)居住的舒適性要求也較高，這些都促進(jìn)了該國家用小型中央空調(diào)的普及使用。
美國的別墅型住宅具有寬敞、高大的特點(diǎn)，通常由中、高收入的家庭居住。由于其層高較大，具有足夠的建筑空間用于布置風(fēng)道，因此在美國，風(fēng)管式系統(tǒng)在家用小型中央空調(diào)中所占的比重相當(dāng)大。同時(shí)，由于美國居民對(duì)家用空調(diào)舒適性的要求較高，因此多采用有新風(fēng)的風(fēng)管式系統(tǒng)。目前，美國風(fēng)管式系統(tǒng)的年產(chǎn)量約為600萬臺(tái)/年，占其家用空調(diào)產(chǎn)量的一半左右。
美國的公寓型住宅適合于中、低收入的人群居住，其消費(fèi)水平偏低，其家用空調(diào)的型式以窗式空調(diào)器為主，也有采用小區(qū)供冷/熱水的，一般不使用家用小型中央空調(diào)。目前美國窗式空調(diào)器年產(chǎn)量約為600萬臺(tái)/年，占其家用空調(diào)產(chǎn)量的一半左右。
美國的家用小型中央空調(diào)的型式以風(fēng)管式系統(tǒng)為主，其具體形式多種多樣。風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)在美國的應(yīng)用都很廣泛，此外，集成了燃?xì)鉅t的家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)在美國的應(yīng)用也非常普遍。此種家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)在供冷季由制冷機(jī)組提供冷量，在供熱季由燃?xì)鉅t提供熱量，對(duì)室內(nèi)回風(fēng)和新風(fēng)進(jìn)行處理，消除房間空調(diào)負(fù)荷，同時(shí)也可以滿足家庭生活熱水的需求。
2. 日本家用小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀
與美國以風(fēng)管式系統(tǒng)為主的特點(diǎn)不同，日本的家用空調(diào)走的是一條“氟系統(tǒng)”為主的發(fā)展道路，從窗式空調(diào)器到定速分體式空調(diào)器，再到變頻分體式空調(diào)器。同樣，日本的家用小型中央空調(diào)也以冷劑式空調(diào)即VRV系統(tǒng)（包括一拖多）為主。
在世界冷劑式空調(diào)行業(yè)中，在二十世紀(jì)九十年代以前，60％的市場(chǎng)被日本所占有，并且在設(shè)備開發(fā)和控制技術(shù)上都處于世界最前沿。這為日本發(fā)展VRV系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。同時(shí)，日本國土面積小而人口眾多，人口密度非常大，其住宅多屬于高密度住宅，建筑結(jié)構(gòu)較為緊湊。一般層高均較低，不適合于布置需要占用較大層高的風(fēng)管式空調(diào)系統(tǒng)。而且日本是個(gè)國內(nèi)資源匱乏的國家，其能源消耗主要依賴于從國外進(jìn)口，因此該國非常強(qiáng)調(diào)節(jié)能。家用空調(diào)作為能源消耗大戶，其節(jié)能技術(shù)的開發(fā)尤其受到重視。VRV系統(tǒng)的節(jié)能性是其在日本得到廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因。另外，對(duì)于專業(yè)的空調(diào)安裝隊(duì)伍來講，VRV系統(tǒng)的安裝非常規(guī)范，施工費(fèi)用低。以上這些因素決定了日本家用小型中央空調(diào)的型式以VRV系統(tǒng)為主。
此外，在日本，對(duì)于比較高檔的別墅住宅，也有采用風(fēng)管式系統(tǒng)的，風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)都有應(yīng)用。對(duì)于面積很大的高級(jí)住宅還采用新風(fēng)機(jī)組+風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)，通過新風(fēng)道將室外空氣引入室內(nèi)，運(yùn)行時(shí)需要關(guān)閉房間所有的窗戶，原則上可實(shí)現(xiàn)全年連續(xù)運(yùn)行。對(duì)于中級(jí)住宅或規(guī)模較小的高級(jí)住宅也有采用冷/熱水機(jī)組的，在這種系統(tǒng)中，室內(nèi)末端裝置多采用落地式風(fēng)機(jī)盤管，當(dāng)采用吊頂式風(fēng)機(jī)盤管，在冬季供熱時(shí)，室內(nèi)上下溫差太大，通常輔以電熱壁毯作為輔助熱源。
3. 中國家用小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀
從二十世紀(jì)九十年代后期開始，我國逐漸開始對(duì)家用小型中央空調(diào)進(jìn)行研究和應(yīng)用。相對(duì)于美國和日本，我國在這方面的研究起步較晚，但發(fā)展較快。目前，我國家用小型中央空調(diào)的年產(chǎn)量約為10萬臺(tái)/年，數(shù)目雖然不大，但增長速度較快。
與美國和日本選擇的家用小型中央空調(diào)發(fā)展道路不同，我國的家用小型中央空調(diào)主要發(fā)展的是冷/熱水機(jī)組的型式，目前其產(chǎn)量占我國家用小型中央空調(diào)總量的70%以上。此外也有風(fēng)管式系統(tǒng)，但其數(shù)量比冷/熱水機(jī)組少得多，VRV系統(tǒng)的數(shù)量就更少。之所以會(huì)出現(xiàn)目前這種格局，有如下幾個(gè)方面的原因：
?。?）.冷/熱水機(jī)組的室外主機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)風(fēng)冷熱泵裝置，室內(nèi)末端是風(fēng)機(jī)盤管。而目前我國的風(fēng)冷熱泵技術(shù)經(jīng)過多年的探索和研究，已經(jīng)基本成熟。而在風(fēng)機(jī)盤管技術(shù)上我國目前已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。因此我國發(fā)展冷/熱水機(jī)組有技術(shù)上的保證。
?。?）.冷/熱水機(jī)組不需要占用太多建筑層高，在住宅內(nèi)布置較為方便，且施工簡(jiǎn)單，安裝費(fèi)用低。而風(fēng)管式系統(tǒng)的設(shè)置需與建筑結(jié)構(gòu)相配合，占用建筑空間大，且施工不方便。對(duì)于VRV系統(tǒng)，目前國內(nèi)在此領(lǐng)域的技術(shù)尚不成熟，還存在流量控制問題、管道材質(zhì)問題、現(xiàn)場(chǎng)焊接問題、管道施工問題等需進(jìn)一步研究和完善的方面。且VRV系統(tǒng)的初投資太高，限制了它的推廣。
?。?）.從舒適性的角度考慮，風(fēng)管式系統(tǒng)由于調(diào)風(fēng)/調(diào)溫的問題解決得不好，無法同時(shí)滿足多個(gè)空調(diào)房間不同的空調(diào)負(fù)荷需求。而冷/熱水機(jī)組則可以很方便地進(jìn)行各房間的獨(dú)立控制和調(diào)節(jié)，同時(shí)也能達(dá)到節(jié)能的目的。
從以上的分析可以看出，決定我國家用小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀的主要因素是技術(shù)上的考慮，這也是一種新型產(chǎn)品在其發(fā)展的初期階段所具有的必然特征。
四. 我國家用小型中央空調(diào)發(fā)展趨勢(shì)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的逐步增長，居住條件日益改善，人們對(duì)家居環(huán)境的舒適性的要求越來越高，對(duì)家用空調(diào)的需求越來越大，家用空調(diào)從奢侈品變成了舒適家居的不可缺少的重要部分。居住條件的改善也促進(jìn)了我國家用小型中央空調(diào)業(yè)的發(fā)展，尤其是隨著東部大城市的人均國民生產(chǎn)總值達(dá)到3000美元以上，一系列適合于中高收入家庭使用的高檔住宅紛紛出現(xiàn)，更增加了對(duì)家用小型中央空調(diào)的需求[7][8]。因此，雖然家用小型中央空調(diào)在中國出現(xiàn)的時(shí)間較晚，但其發(fā)展速度卻非?？?。如何對(duì)其進(jìn)行正確引導(dǎo)，使其保持健康、快速的發(fā)展勢(shì)頭，是我們共同面臨的一大問題。
中國的國情與美國和日本都有很大的不同，因此，在發(fā)展家用小型中央空調(diào)的道路上，如若一味地照搬他們的經(jīng)驗(yàn)是行不通的。應(yīng)當(dāng)結(jié)合中國自身的特點(diǎn)，在仔細(xì)分析中國具體國情的基礎(chǔ)上，推進(jìn)我國在家用小型中央空調(diào)領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用。
第一，我國是一個(gè)幅員遼闊的國家，地理、氣候條件極為復(fù)雜，擁有多種多樣的氣候類型。這就必然要求我們的家用小型中央空調(diào)具有多樣性的特點(diǎn)。如何根據(jù)不同的氣候特征選擇合適的空調(diào)型式，如何在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮不同氣候的影響，這是我們?cè)诎l(fā)展家用小型中央空調(diào)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的問題。
第二，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平地區(qū)差異性大，在不同的地區(qū)人們對(duì)家用空調(diào)的需求不一樣。即使在同一地區(qū)，由于人們的收入水平不一樣，住宅形式也千差萬別，而且生活習(xí)慣也不盡相同，因此對(duì)家用空調(diào)的需求也是多層次的。如何針對(duì)不同層次的用戶設(shè)計(jì)不同型式的家用空調(diào)，這也是值得研究的一個(gè)問題。
第三，從能源的角度來看，我國雖然能源總量很大，但由于人口眾多，人均能源擁有量不高，能源供應(yīng)相對(duì)較為緊張。而住宅空調(diào)在當(dāng)前的能源消耗結(jié)構(gòu)中所占的比重是非常大的。這就要求我國的家用小型中央空調(diào)的發(fā)展必需注重節(jié)能性，一方面要注重提高機(jī)組本身的能效比，另外一方面應(yīng)當(dāng)注重能源的綜合利用。這樣也就對(duì)變流量技術(shù)、蓄能技術(shù)、能源綜合利用技術(shù)等提出了更高的要求。
第四，從環(huán)境的角度來看，目前我國環(huán)境污染的問題較為突出，許多城市出現(xiàn)了諸如“熱島”效應(yīng)、空氣污染等現(xiàn)象?？紤]上述問題，一方面是要求所開發(fā)的家用小型中央空調(diào)必須具有環(huán)保的特點(diǎn)，把對(duì)環(huán)境的影響盡量減小到最小，另一方面是要充分考慮到環(huán)境污染對(duì)空調(diào)系統(tǒng)本身的性能帶來的影響，針對(duì)它進(jìn)行一些相應(yīng)的設(shè)計(jì)。例如，在使用風(fēng)冷熱泵作為室外主機(jī)時(shí)，目前我國大城市中污染較為嚴(yán)重的空氣對(duì)機(jī)組換熱性能的影響就應(yīng)當(dāng)充分考慮。
通過以上分析可以看出，我國對(duì)家用小型中央空調(diào)的需求是多樣化、多層次的，因此我們對(duì)家用小型中央空調(diào)的研究也應(yīng)當(dāng)遵循相應(yīng)原則，對(duì)各種型式的家用小型中央空調(diào)進(jìn)行研究和開發(fā)，不應(yīng)當(dāng)只強(qiáng)調(diào)某一種型式的系統(tǒng)而忽視其它類型。在研究和設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到中國在地理氣候條件、居住住宅形式、人們生活習(xí)慣等諸方面的因素，針對(duì)中國的用戶開發(fā)出適合中國國情的家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)。
五. 結(jié)論
家用小型中央空調(diào)是一種節(jié)能、舒適的家用空調(diào)系統(tǒng)，主要有風(fēng)管式系統(tǒng)、冷/熱水機(jī)組和VRV系統(tǒng)等三種形式；各個(gè)國家其家用小型中央空調(diào)的發(fā)展歷程均與各自國情相適應(yīng)；在考慮我國的家用小型中央空調(diào)的發(fā)展方向時(shí)，不能照搬國外的經(jīng)驗(yàn)，而應(yīng)當(dāng)充分考慮中國自身的特點(diǎn)，遵循多樣化、多層次的原則，開發(fā)出適合中國國情的家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)。此外，也應(yīng)當(dāng)重視小區(qū)集中供冷/熱空調(diào)方式的應(yīng)用。
研究和開發(fā)家用小型中央空調(diào)要求我們盡快掌握多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，以開發(fā)出更加舒適、節(jié)能的家用小型中央空調(diào)。
一、中央空調(diào)系統(tǒng)概述
中央空調(diào)系統(tǒng)是一種集中處理空調(diào)負(fù)荷的空調(diào)系統(tǒng)形式，它由集中的制冷機(jī)組產(chǎn)生冷/熱量，并利用適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)把冷/熱量輸送到需要消除冷/熱負(fù)荷的空間，從而實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)的目的。由于它采用的是集中處理空調(diào)負(fù)荷的形式，因此，相對(duì)于分散處理空調(diào)負(fù)荷的分散式空調(diào)系統(tǒng)而言，中央空調(diào)系統(tǒng)的能效比較高，從制冷循環(huán)的角度來看是一種節(jié)能運(yùn)行的空調(diào)型式。
一般而言，中央空調(diào)是一種主要應(yīng)用于大型樓宇的空調(diào)系統(tǒng)型式。近年來，中央空調(diào)在住宅中的應(yīng)用也日益廣泛。相對(duì)于傳統(tǒng)的分散式家用空調(diào)型式而言，家用小型中央空調(diào)具有節(jié)能、舒適、容量調(diào)節(jié)方便、噪聲低、振動(dòng)小等突出的優(yōu)點(diǎn)。美國和日本在家用小型中央空調(diào)上的研究開展得較早，技術(shù)上也較成熟。從二十世紀(jì)九十年代中后期開始，我國也開始了對(duì)家用小型中央空調(diào)的研究，在工程上也開始有應(yīng)用的實(shí)例。對(duì)于家用小型中央空調(diào)具體的系統(tǒng)型式，美國和日本的發(fā)展重點(diǎn)不盡相同。本文在分析美、日家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了我國發(fā)展家用小型中央空調(diào)的思路。
二. 家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)型式
中央空調(diào)是集中處理空調(diào)負(fù)荷的系統(tǒng)型式，其冷/熱量是通過一定的介質(zhì)輸送到空調(diào)房間里去的。按照家用小型中央空調(diào)的輸送介質(zhì)的不同，常見的家用小型中央空調(diào)可以分成以下三種主要形式。
1. 風(fēng)管式系統(tǒng)
風(fēng)管式系統(tǒng)以空氣為輸送介質(zhì)，其原理與大型全空氣中央空調(diào)系統(tǒng)的原理基本相同，是一個(gè)小型化的全空氣中央空調(diào)系統(tǒng)。它利用室外主機(jī)集中產(chǎn)生冷/熱量，將從室內(nèi)引回的回風(fēng)進(jìn)行冷卻/加熱處理后，再送入室內(nèi)消除其空調(diào)冷/熱負(fù)荷。
按照處理回風(fēng)的介質(zhì)的不同，風(fēng)管式系統(tǒng)又可分為風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)；風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)是將空氣直接與內(nèi)部是制冷劑流動(dòng)的直接蒸發(fā)式換熱器相接觸，由制冷劑直接對(duì)空氣進(jìn)行處理。風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)是由冷機(jī)產(chǎn)生冷/熱水，然后將冷/熱水送入空調(diào)箱內(nèi)，由冷/熱水集中處理空氣。
此外，由于風(fēng)管式系統(tǒng)對(duì)空氣進(jìn)行集中處理，因此新風(fēng)的引入比較方便。如若在系統(tǒng)中加上新風(fēng)道引入一部分新風(fēng)，將之與回風(fēng)混合后進(jìn)行集中處理，則成為帶新風(fēng)的風(fēng)管式家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)。
相對(duì)于其它的家用小型中央空調(diào)型式，風(fēng)管式系統(tǒng)初投資較小。如若引入新風(fēng)，其空氣品質(zhì)能得到較大的改善。但風(fēng)管式系統(tǒng)的空氣輸配系統(tǒng)所占用建筑物空間較大，一般要求住宅要有較大的層高。而且它采用統(tǒng)一送風(fēng)的方式，在沒有變風(fēng)量末端的情況下，難以滿足不同房間不同的空調(diào)負(fù)荷要求。而變風(fēng)量末端的引入將會(huì)使整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的初投資大大增加。
2.冷/熱水機(jī)組
冷/熱水機(jī)組的輸送介質(zhì)通常為水或乙二醇溶液，它的基本原理與通常所說的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)類似。通過室外主機(jī)產(chǎn)生出空調(diào)冷/熱水，由管路系統(tǒng)輸送至室內(nèi)的各末端裝置，在末端裝置處冷/熱水與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱量交換，產(chǎn)生出冷/熱風(fēng)，從而消除房間空調(diào)負(fù)荷。它是一種集中產(chǎn)生冷/熱量，但分散處理各房間負(fù)荷的空調(diào)系統(tǒng)型式。
該系統(tǒng)的室內(nèi)末端裝置通常為風(fēng)機(jī)盤管。目前風(fēng)機(jī)盤管一般均可以調(diào)節(jié)其風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)送入室內(nèi)的冷/熱量，因此該系統(tǒng)可以對(duì)每個(gè)空調(diào)房間進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，滿足不同房間不同的空調(diào)需求，同時(shí)其節(jié)能性也較好。此外，由于冷/熱水機(jī)組的輸配系統(tǒng)所占空間很小，因此一般不受住宅層高的限制。但此種系統(tǒng)一般難以引進(jìn)新風(fēng)，因此對(duì)于通常密閉的空調(diào)房間而言，其舒適性較差。
3. VRV系統(tǒng)
變制冷劑流量（Varied Refrigerant Volume，簡(jiǎn)稱VRV）空調(diào)系統(tǒng)是一種冷劑式空調(diào)系統(tǒng)，它以制冷劑為輸送介質(zhì)，室外主機(jī)由室外側(cè)換熱器、壓縮機(jī)和其他制冷附件組成，末端裝置是由直接蒸發(fā)式換熱器和風(fēng)機(jī)組成的室內(nèi)機(jī)。一臺(tái)室外機(jī)通過管路能夠向若干個(gè)室內(nèi)機(jī)輸送制冷劑液體。通過控制壓縮機(jī)的制冷劑循環(huán)量和進(jìn)入室內(nèi)各換熱器的制冷劑流量，適時(shí)地滿足室內(nèi)冷、熱負(fù)荷要求，是一種可以根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷大小自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)容量的節(jié)能、舒適、環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)。
VRV系統(tǒng)具有節(jié)能、舒適、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且各房間可獨(dú)立調(diào)節(jié)，能滿足不同房間的不同空調(diào)負(fù)荷的需求。但其系統(tǒng)控制復(fù)雜，且其初投資高。
除了風(fēng)管式系統(tǒng)、冷/熱水機(jī)組、VRV系統(tǒng)這三種基本的系統(tǒng)型式以外，還可以互相交叉，衍生出一些新型的系統(tǒng)。例如，將冷/熱水機(jī)組和風(fēng)管式系統(tǒng)進(jìn)行組合，往室內(nèi)送冷熱水處理房間空調(diào)負(fù)荷，而新風(fēng)統(tǒng)一由室外機(jī)處理后分別送入各個(gè)房間。
此外，在燃?xì)饫帽憷牡貐^(qū)，冬季由燃?xì)鉅t提供熱量的方式使用得也較多。燃?xì)鉅t可以集成在家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)里，也可以單獨(dú)設(shè)置。
三、世界各國家用小型中央空調(diào)的發(fā)展情況
一個(gè)國家家用空調(diào)的發(fā)展是與該國的地理氣候條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人民生活水準(zhǔn)、居住住宅形式以及社會(huì)人文環(huán)境等因素密切相關(guān)的，脫離了這些因素來談家用空調(diào)的發(fā)展是不現(xiàn)實(shí)的。同樣，分析家用小型中央空調(diào)的發(fā)展也離不開這些因素。
一般而言，常見的住宅可以分為公寓型住宅和別墅型住宅。以下將分別結(jié)合這兩種典型住宅的特點(diǎn)，結(jié)合各個(gè)國家的不同特點(diǎn)，對(duì)美國、日本和中國的家用小型中央空調(diào)的發(fā)展情況進(jìn)行分析。
1. 美國家用小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀
美國的家用小型中央空調(diào)普及率較高，這與其良好的居住條件以及較高的生活水平是分不開的[1]。美國是世界第一經(jīng)濟(jì)大國，人民生活水準(zhǔn)較高，對(duì)居住的舒適性要求也較高，這些都促進(jìn)了該國家用小型中央空調(diào)的普及使用。
美國的別墅型住宅具有寬敞、高大的特點(diǎn)，通常由中、高收入的家庭居住。由于其層高較大，具有足夠的建筑空間用于布置風(fēng)道，因此在美國，風(fēng)管式系統(tǒng)在家用小型中央空調(diào)中所占的比重相當(dāng)大。同時(shí)，由于美國居民對(duì)家用空調(diào)舒適性的要求較高，因此多采用有新風(fēng)的風(fēng)管式系統(tǒng)。目前，美國風(fēng)管式系統(tǒng)的年產(chǎn)量約為600萬臺(tái)/年，占其家用空調(diào)產(chǎn)量的一半左右。
美國的公寓型住宅適合于中、低收入的人群居住，其消費(fèi)水平偏低，其家用空調(diào)的型式以窗式空調(diào)器為主，也有采用小區(qū)供冷/熱水的，一般不使用家用小型中央空調(diào)。目前美國窗式空調(diào)器年產(chǎn)量約為600萬臺(tái)/年，占其家用空調(diào)產(chǎn)量的一半左右。
美國的家用小型中央空調(diào)的型式以風(fēng)管式系統(tǒng)為主，其具體形式多種多樣。風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)在美國的應(yīng)用都很廣泛，此外，集成了燃?xì)鉅t的家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)在美國的應(yīng)用也非常普遍。此種家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)在供冷季由制冷機(jī)組提供冷量，在供熱季由燃?xì)鉅t提供熱量，對(duì)室內(nèi)回風(fēng)和新風(fēng)進(jìn)行處理，消除房間空調(diào)負(fù)荷，同時(shí)也可以滿足家庭生活熱水的需求。
2. 日本家用小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀
與美國以風(fēng)管式系統(tǒng)為主的特點(diǎn)不同，日本的家用空調(diào)走的是一條“氟系統(tǒng)”為主的發(fā)展道路，從窗式空調(diào)器到定速分體式空調(diào)器，再到變頻分體式空調(diào)器。同樣，日本的家用小型中央空調(diào)也以冷劑式空調(diào)即VRV系統(tǒng)（包括一拖多）為主。
在世界冷劑式空調(diào)行業(yè)中，在二十世紀(jì)九十年代以前，60％的市場(chǎng)被日本所占有，并且在設(shè)備開發(fā)和控制技術(shù)上都處于世界最前沿。這為日本發(fā)展VRV系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。同時(shí)，日本國土面積小而人口眾多，人口密度非常大，其住宅多屬于高密度住宅，建筑結(jié)構(gòu)較為緊湊。一般層高均較低，不適合于布置需要占用較大層高的風(fēng)管式空調(diào)系統(tǒng)。而且日本是個(gè)國內(nèi)資源匱乏的國家，其能源消耗主要依賴于從國外進(jìn)口，因此該國非常強(qiáng)調(diào)節(jié)能。家用空調(diào)作為能源消耗大戶，其節(jié)能技術(shù)的開發(fā)尤其受到重視。VRV系統(tǒng)的節(jié)能性是其在日本得到廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因。另外，對(duì)于專業(yè)的空調(diào)安裝隊(duì)伍來講，VRV系統(tǒng)的安裝非常規(guī)范，施工費(fèi)用低。以上這些因素決定了日本家用小型中央空調(diào)的型式以VRV系統(tǒng)為主。
此外，在日本，對(duì)于比較高檔的別墅住宅，也有采用風(fēng)管式系統(tǒng)的，風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)都有應(yīng)用。對(duì)于面積很大的高級(jí)住宅還采用新風(fēng)機(jī)組+風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)，通過新風(fēng)道將室外空氣引入室內(nèi)，運(yùn)行時(shí)需要關(guān)閉房間所有的窗戶，原則上可實(shí)現(xiàn)全年連續(xù)運(yùn)行。對(duì)于中級(jí)住宅或規(guī)模較小的高級(jí)住宅也有采用冷/熱水機(jī)組的，在這種系統(tǒng)中，室內(nèi)末端裝置多采用落地式風(fēng)機(jī)盤管，當(dāng)采用吊頂式風(fēng)機(jī)盤管，在冬季供熱時(shí)，室內(nèi)上下溫差太大，通常輔以電熱壁毯作為輔助熱源。
3. 中國家用小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀
從二十世紀(jì)九十年代后期開始，我國逐漸開始對(duì)家用小型中央空調(diào)進(jìn)行研究和應(yīng)用。相對(duì)于美國和日本，我國在這方面的研究起步較晚，但發(fā)展較快。目前，我國家用小型中央空調(diào)的年產(chǎn)量約為10萬臺(tái)/年，數(shù)目雖然不大，但增長速度較快。
與美國和日本選擇的家用小型中央空調(diào)發(fā)展道路不同，我國的家用小型中央空調(diào)主要發(fā)展的是冷/熱水機(jī)組的型式，目前其產(chǎn)量占我國家用小型中央空調(diào)總量的70%以上。此外也有風(fēng)管式系統(tǒng)，但其數(shù)量比冷/熱水機(jī)組少得多，VRV系統(tǒng)的數(shù)量就更少。之所以會(huì)出現(xiàn)目前這種格局，有如下幾個(gè)方面的原因：
?。?）.冷/熱水機(jī)組的室外主機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)風(fēng)冷熱泵裝置，室內(nèi)末端是風(fēng)機(jī)盤管。而目前我國的風(fēng)冷熱泵技術(shù)經(jīng)過多年的探索和研究，已經(jīng)基本成熟。而在風(fēng)機(jī)盤管技術(shù)上我國目前已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。因此我國發(fā)展冷/熱水機(jī)組有技術(shù)上的保證。
?。?）.冷/熱水機(jī)組不需要占用太多建筑層高，在住宅內(nèi)布置較為方便，且施工簡(jiǎn)單，安裝費(fèi)用低。而風(fēng)管式系統(tǒng)的設(shè)置需與建筑結(jié)構(gòu)相配合，占用建筑空間大，且施工不方便。對(duì)于VRV系統(tǒng)，目前國內(nèi)在此領(lǐng)域的技術(shù)尚不成熟，還存在流量控制問題、管道材質(zhì)問題、現(xiàn)場(chǎng)焊接問題、管道施工問題等需進(jìn)一步研究和完善的方面。且VRV系統(tǒng)的初投資太高，限制了它的推廣。
?。?）.從舒適性的角度考慮，風(fēng)管式系統(tǒng)由于調(diào)風(fēng)/調(diào)溫的問題解決得不好，無法同時(shí)滿足多個(gè)空調(diào)房間不同的空調(diào)負(fù)荷需求。而冷/熱水機(jī)組則可以很方便地進(jìn)行各房間的獨(dú)立控制和調(diào)節(jié)，同時(shí)也能達(dá)到節(jié)能的目的。
從以上的分析可以看出，決定我國家用小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀的主要因素是技術(shù)上的考慮，這也是一種新型產(chǎn)品在其發(fā)展的初期階段所具有的必然特征。
四. 我國家用小型中央空調(diào)發(fā)展趨勢(shì)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的逐步增長，居住條件日益改善，人們對(duì)家居環(huán)境的舒適性的要求越來越高，對(duì)家用空調(diào)的需求越來越大，家用空調(diào)從奢侈品變成了舒適家居的不可缺少的重要部分。居住條件的改善也促進(jìn)了我國家用小型中央空調(diào)業(yè)的發(fā)展，尤其是隨著東部大城市的人均國民生產(chǎn)總值達(dá)到3000美元以上，一系列適合于中高收入家庭使用的高檔住宅紛紛出現(xiàn)，更增加了對(duì)家用小型中央空調(diào)的需求[7][8]。因此，雖然家用小型中央空調(diào)在中國出現(xiàn)的時(shí)間較晚，但其發(fā)展速度卻非?？?。如何對(duì)其進(jìn)行正確引導(dǎo)，使其保持健康、快速的發(fā)展勢(shì)頭，是我們共同面臨的一大問題。
中國的國情與美國和日本都有很大的不同，因此，在發(fā)展家用小型中央空調(diào)的道路上，如若一味地照搬他們的經(jīng)驗(yàn)是行不通的。應(yīng)當(dāng)結(jié)合中國自身的特點(diǎn)，在仔細(xì)分析中國具體國情的基礎(chǔ)上，推進(jìn)我國在家用小型中央空調(diào)領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用。
第一，我國是一個(gè)幅員遼闊的國家，地理、氣候條件極為復(fù)雜，擁有多種多樣的氣候類型。這就必然要求我們的家用小型中央空調(diào)具有多樣性的特點(diǎn)。如何根據(jù)不同的氣候特征選擇合適的空調(diào)型式，如何在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮不同氣候的影響，這是我們?cè)诎l(fā)展家用小型中央空調(diào)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的問題。
第二，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平地區(qū)差異性大，在不同的地區(qū)人們對(duì)家用空調(diào)的需求不一樣。即使在同一地區(qū)，由于人們的收入水平不一樣，住宅形式也千差萬別，而且生活習(xí)慣也不盡相同，因此對(duì)家用空調(diào)的需求也是多層次的。如何針對(duì)不同層次的用戶設(shè)計(jì)不同型式的家用空調(diào)，這也是值得研究的一個(gè)問題。
第三，從能源的角度來看，我國雖然能源總量很大，但由于人口眾多，人均能源擁有量不高，能源供應(yīng)相對(duì)較為緊張。而住宅空調(diào)在當(dāng)前的能源消耗結(jié)構(gòu)中所占的比重是非常大的。這就要求我國的家用小型中央空調(diào)的發(fā)展必需注重節(jié)能性，一方面要注重提高機(jī)組本身的能效比，另外一方面應(yīng)當(dāng)注重能源的綜合利用。這樣也就對(duì)變流量技術(shù)、蓄能技術(shù)、能源綜合利用技術(shù)等提出了更高的要求。
第四，從環(huán)境的角度來看，目前我國環(huán)境污染的問題較為突出，許多城市出現(xiàn)了諸如“熱島”效應(yīng)、空氣污染等現(xiàn)象?？紤]上述問題，一方面是要求所開發(fā)的家用小型中央空調(diào)必須具有環(huán)保的特點(diǎn)，把對(duì)環(huán)境的影響盡量減小到最小，另一方面是要充分考慮到環(huán)境污染對(duì)空調(diào)系統(tǒng)本身的性能帶來的影響，針對(duì)它進(jìn)行一些相應(yīng)的設(shè)計(jì)。例如，在使用風(fēng)冷熱泵作為室外主機(jī)時(shí)，目前我國大城市中污染較為嚴(yán)重的空氣對(duì)機(jī)組換熱性能的影響就應(yīng)當(dāng)充分考慮。
通過以上分析可以看出，我國對(duì)家用小型中央空調(diào)的需求是多樣化、多層次的，因此我們對(duì)家用小型中央空調(diào)的研究也應(yīng)當(dāng)遵循相應(yīng)原則，對(duì)各種型式的家用小型中央空調(diào)進(jìn)行研究和開發(fā)，不應(yīng)當(dāng)只強(qiáng)調(diào)某一種型式的系統(tǒng)而忽視其它類型。在研究和設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到中國在地理氣候條件、居住住宅形式、人們生活習(xí)慣等諸方面的因素，針對(duì)中國的用戶開發(fā)出適合中國國情的家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)。
五. 結(jié)論
家用小型中央空調(diào)是一種節(jié)能、舒適的家用空調(diào)系統(tǒng)，主要有風(fēng)管式系統(tǒng)、冷/熱水機(jī)組和VRV系統(tǒng)等三種形式；各個(gè)國家其家用小型中央空調(diào)的發(fā)展歷程均與各自國情相適應(yīng)；在考慮我國的家用小型中央空調(diào)的發(fā)展方向時(shí)，不能照搬國外的經(jīng)驗(yàn)，而應(yīng)當(dāng)充分考慮中國自身的特點(diǎn)，遵循多樣化、多層次的原則，開發(fā)出適合中國國情的家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)。此外，也應(yīng)當(dāng)重視小區(qū)集中供冷/熱空調(diào)方式的應(yīng)用。
研究和開發(fā)家用小型中央空調(diào)要求我們盡快掌握多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，以開發(fā)出更加舒適、節(jié)能的家用小型中央空調(diào)。