本章要点：
建筑设备自动化系统对暖通空调监控的重要性
空气调节的概念、空调系统的组成和分类、空调的热/湿负荷、空气处理设备
冷热源设备的运行原理及其监控原理
半集中式空调系统设备的运行原理及其监控原理
空气处理系统设备的运行原理及其监控原理
4.1概述
暖通空调是供暖、通风和空气调节系统的总称，英文名称为Heating Ventilation and Air Conditioning，缩写为HVAC。暖通空调系统是智能建筑创造舒适、高效的工作和生活环境不可缺少的重要环节。在智能建筑中，暖通空调系统的耗电量通常占全楼总耗电量的50%以上，其监控点数量常常占全楼建筑设备自动化系统监控点总数的50%以上。因此，对暖通空调系统的监控在建筑设备自动化系统中占有十分重要的地位。
建筑设备自动化系统建设的主要目的是为了降低建筑设备系统的运行能耗和减轻运行管理的劳动强度，提高设备运行管理的水平。通过建筑设备自动化系统对暖通空调系统的监控，可以实现对暖通空调系统的最优化控制，并最大程度地实现暖通空调系统的经济运行，降低运行费用，这具有十分重要的意义。
为实现建筑设备自动化系统对暖通空调系统的监控管理，专业技术人员需要具备暖通空调和控制两方面的知识。只有了解作为受控对象的暖通空调的工作流程和特性要求，才能采用恰当的控制策略，建筑设备自动化系统才能更好地发挥作用。所以，本章将围绕室内空气环境的控制，介绍暖通空调系统及建筑设备自动化系统对其监控的原理。
4.2空气调节的基本知识
4.2.1空气调节的概念
空气调节是为了满足生活、生产要求，改善劳动卫生条件，用人工的方法使室内环境空气参数保持在一定范围内的工程技术，它是一门环境控制技术。
此图表明影响室内空气参数的热源、湿源或者其他有害物，一方面来源于环境内部生产过程和人体产生的热、湿，另一方面来自环境外部太阳辐射和室外气候条件的变化。为消除来自内部和外部影响环境的因素，达到控制空气环境的目的，需要采用人工的方法，使室内空气参数部分或全部达到规定的指标。采用技术手段创造并保持满足一定要求的空气环境，是空气调节的任务。
一般来说，空气调节以空气的温度调节、湿度调节、气流速度调节和空气洁净度调节为主。
对于人们的居住空间，所调节的空气参数应以人体的舒适性为目的；对于生产工艺所需的空气环境应以具体的工艺要求为空气调节的依据。本书所讨论的主要为前者。
1.温度调节
温度调节的目的是保持室内空气具有合适的温度。从医学保健的角度来看，常常要求居住环境和工作环境与外界的温差不要过大，一般5℃左右的温差对人体的健康比较有益。对于大多数人来说，居住室温夏季保持在25℃～27℃、冬季保持在18℃～20℃比较适合。对于工矿企业、科研、医药卫生单位则根据工艺要求确定温度值。
空气温度的调节过程实质上是增加或减少空气所具有的显热的过程。
2.湿度调节
根据人们的生活经验可知，空气过于潮湿或者是过于干燥都会使人感到不舒服。一般来说，室内的相对湿度冬季保持在40%～50%之间，夏季保持在50%～60%之间，这样人的感觉比较好。
对空气的湿度调节过程，实质上是增加或减少空气所具有的潜热的过程。在此过程中，调节了空气中水蒸气的含量。
3.空气的洁净度调节
人们所处的空气中一般都有处于悬浮状态的固体颗粒或液体微粒，它们很容易随着人的呼吸进入气管、肺等器官内部。并且这些微粒还常常带有病菌，传播各种疾病，对人体带来了极大的危害。因此，在空气调节的过程中，对空气的过滤也是很有必要的。净化的方法有通风过滤、吸附、吸收和催化燃烧等。
4.气流速度调节
空气的温度、湿度调节，只有靠空气的流动和分配才能实现，所以空气流动调节在空气调节中是不可忽视的。空气流速调节与分配直接影响着空调系统的使用效果。根据人们的生活经验，人生活在以适当的低速流动的空气环境中比在静止的空气环境中会感觉更凉爽；而处在变速的气流中则比处在恒速的气流中更觉舒适。使用冷风设备，速度以0.3m/s为宜，而使用暖气设备时，以0.5m/s为宜。在工业生产中通过对气流速度进行控制，可以把有害物和灰尘局部排出。
4.2.2空调系统的组成
空调系统是为了达到一定的空气参数要求而采用空调技术的室内空间及其所使用的各种设备、冷热介质输配系统及自动控制系统的总称。空调系统一般由冷热源、空气处理设备、空调风系统、空调水系统和自动控制部分等组成。
1.冷源或热源
冷源是用来提供冷量来冷却送风空气的，如蒸气压缩式和吸收式等制冷装置，而且这些制冷装置也是专门为空调的需要而建立的，所以制冷与空调常常是不可分的。而热源是用来提供热量来加热送风空气的，如提供蒸气或热水的锅炉，或直接加热空气的电热设备等。
2.空气处理设备
空气处理设备的作用是将送风空气处理到一定参数要求的空气状态。它包括空气过滤器、预热器、喷水室、再热器等，是对空气进行过滤和各种热湿处理的主设备。
3.空调风系统
空调风系统主要包括空气输送设备、空气分配装置。
空气输送设备包括送风机、回风机、风道系统及装在风道上的风道调节阀、防火阀、消声器、风机减振器等配件。它的作用是将经过处理的空气按照预定要求输送到各个空调房间，并从房间内抽回或排出一定量的室内空气。风机是输送空气的动力设备。
空气分配装置包括设在空调房间内的各种送风口（如百叶风口、散流口）和回风口。它的作用是合理地组织室内气流，以保证工作区（通常指离地2m以下的空间）内有均匀的温度、湿度、气流速度和洁净度。
4.空调水系统
空调水系统包括冷冻水系统和冷却水系统。冷冻水系统也称冷媒水系统，其作用是将冷冻水从制冷系统输送至空气处理设备或者将冷冻水送到风机盘管之类的末端设备，在供热时，则系统输送的是热水。冷却水系统是制冷系统的冷却水装置，包括冷却水塔和冷却水管系统。
输送水的动力设备是水泵。
5.控制、调节装置
由于空调、制冷系统的工况应随室内外空气状态的变化而变化，所以要经常对有关装置进行调节。这一调节可以是人工进行的，也可以是自动控制的。不论是哪一种方式，都要配以一定的装置和设备。
4.2.3空调系统的分类
1.根据空调系统的用途分类
（1）舒适性空调
舒适性空调以室内人员为服务对象，其目的是造成室内空气具有良好的参数，向人们提供一个适宜的工作或生活环境，从而有利于提高工作效率或维持良好的健康水平。
（2）工艺性空调
工艺性空调的目的是满足生产过程和科学研究等的需要。此时，空调设计是保证工艺要求为主，室内人员的舒适感是次要的。如果工艺过程所要求的空气参数不能满足，室内的工作就无法进行，或者产品（或科研）的质量得不到保证。例如，电子、光学仪表、精密制造装配车间、电子计算机房等场所，有的要求全年恒温、恒湿，有的对空调精度要求比较高，有的则需要超净空调等。
2.根据空气处理设备的集中程度分类
（1）集中式空调系统
集中式空调系统的所有空气处理设备及通风机全都集中在空调机房。空气通过集中处理后，再送往各个空调房间。集中式空调系统的冷、热源一般也是集中的，集中在冷冻站和锅炉房或热交换站。通常，把这种由空气处理设备及通风机组成的箱体称为空调箱或空调机，把不包括通风机的箱体称为空气处理箱或空气处理室。单风道空调系统、双风道空调系统及变风量空调系统均属集中式空调系统。集中式空调系统是典型的全空气系统，是工程中最常用的系统之一，它广泛应用于舒适性或工艺性的各类空调工程中。
读者对空调系统中有几个常用的术语（如排风、回风、新风）应该有所了解。
从室外引进到室内的新鲜空气，称为新风。通过新风机或风口将新风吸入室内，吸入的新风与注：回风机用虚线表示，有的场合需要设置，有的场合可以不设置室内的回风在混合段混合，通过空气过滤器处理空气中的杂质及有害物，然后经过加湿器对空气进行加湿（空气湿度达标，则可不进行加湿），再经过表冷器实现对空气进行冷却除湿处理。
空气经过上述处理后送到室内，可以消除室内的冷负荷和湿负荷。回风机的作用是从室内吸出空气，其中的一部分空气用于再循环，称为回风，回风与新风混合，经处理后再送入房间；另一部分直接排到室外，称为排风。实际工程中回风机可以设置，也可以不设置。
不设置时，系统通过门窗缝隙排风。
集中式空调系统的特点有：空气处理设备和制冷设备集中布置在机房内，便于集中管理和集中调节；过渡季节可充分利用室外新风，减少制冷机运行时间；可以严格控制室内温度、湿度和空气洁净度；对空调系统可以采取有效的防振消声措施；使用寿命长；机房面积大；层高较高；风管布置复杂，占用建筑空间较多，安装工作量大，施工周期较长；对于房间热湿负荷变化不一致或运行时间不一致的建筑物，系统运行不经济；风管系统各支路和风口的风量不易平衡，各房间由风管连接，不易防火。
（2）半集中式空调系统
对于集中式空调系统，由于所有空气都在空调机房的空调箱中处理，所以有风道过粗、过长和机房面积大的缺点。为此，集中式空调系统常常占用较多的建筑面积和空间，所以在许多民用建筑（特别是高层民用建筑）的应用中受到限制。为了解决这些矛盾产生了半集中式空调系统和分散式空调系统。
半集中式空调系统除有集中在空调机房的空气处理设备可以处理一部分空气外，还有分散在被调房间内的二次设备（又称末端装置），它们可以对室内空气进行就地处理或对来自集中处理设备的空气再进行补充处理。在半集中式空调系统中，空气处理所需的冷热源也是由集中设置的冷冻站、锅炉房或热交换站供给。全水系统、空气－水系统、水源热泵系统、诱导器系统、风机盘管系统等均属此类。
集中式空调系统和半集中式空调系统两者的冷源、热源都是由集中设置的冷冻站、锅炉房或热交换站供给。通常，集中式和半集中式空调系统又统称为中央空调系统。
（3）分散式空调系统
分散式空调系统又称局部空调系统，是指将空气处理设备全分散在被调房间内的系统。
它把空气处理设备、风机及冷热源都集中在一个箱体内，形成了一个非常紧凑的空调系统，只要接上电源就能对房间进行空气调节。因此，这种系统不需要空调机房，一般也没有输送空气的风道。家庭常用的窗式空调器和柜式、壁挂式空调器等均属于此类。
注：在工程上，把空调机组安装在空调房间的邻室，使用少量风道与空调房间相连的系统也称为局部空调系统。
3.根据负担室内热湿负荷所用的介质不同分类
（1）全空气系统
全空气系统是指空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来负担的空调系统。集中式空调系统、“全空气”诱导器系统均属此类。由于空气的比热和密度都小，所以这种系统需要的空气量多，风道断面尺寸大。
（2）全水系统
如果空调房间的热湿负荷全部由冷水或热水来负担则称为全水系统。
风机盘管及辐射板系统属于此类。由于水的比热容及密度比空气大，所以在室内负荷相同时，需要的水管断面尺寸比风道小。不过靠水只能消除余热和余温，达不到通风换气的目的。
（3）空气－水系统
如果空调房间的负荷由空气和水共同负担，则称为空气－水系统。诱导器系统和风机盘管加新风系统均属此类。局部再加热或再冷却的系统也属此类。它们的优、缺点介于前两者之间。
（4）冷剂系统
冷剂系统指空调房间的负荷由制冷剂直接负担的系统。安装在空调房间或其邻室的空调机组属于这类系统。空调机组按制冷循环运行可以消除房间余热、余湿；空调机组按热泵循环运行可为房间供暖，因此使用非常灵活、方便。
4.根据空调系统使用的空气来源分类
（1）封闭式系统
封闭式系统全部使用室内再循环的空气。因此，这种系统最节能，但是卫生条件也最差，它只适用于无人操作、只需保持空气温、湿度的场所及很少进人的库房。
（2）直流式系统
直流式系统使用的空气全部来自室外，吸收余热、余湿后又全部排掉，因而室内空气得到百分之百的交换。该系统适用于产生剧毒物质、病菌及散发放射性有害物的空调房间，是一种耗费能量最多的系统。
（3）回风式系统
回风式系统，也称混合式系统。该系统使用的空气一部分为室外新风，另一部分为室内回风。它具有既经济又符合卫生要求的特点，使用比较广泛。在工程上根据使用回风次数的多少又分为一次回风系统和二次回风系统。
