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1、 空调新技术与环境保护深圳职业技术学院程瑞端一、世界空调技术新进展一、世界空调技术新进展室内环境的舒适性与室内温度、湿度、室内环境的舒适性与室内温度、湿度、 辐射温度、气流速度、着衣量和人体活动等辐射温度、气流速度、着衣量和人体活动等 六要素有着密切的关系，近来的研究表明，六要素有着密切的关系，近来的研究表明， 室内装饰的色调、音响效果、光线的明亮程室内装饰的色调、音响效果、光线的明亮程 度和空气的清新度等也是影响室内舒适性不度和空气的清新度等也是影响室内舒适性不 可忽视的因素。随着社会的进步，人们对空可忽视的因素。随着社会的进步，人们对空 调环境的舒适性要求越来越高，越来越接近调环境的舒适性
2、要求越来越高，越来越接近 自然。从空调系统诞生开始，空调环境已经自然。从空调系统诞生开始，空调环境已经 走过了防暑御寒、自动控温、基本舒适和非走过了防暑御寒、自动控温、基本舒适和非 感空调阶段，并逐步进入感知空调阶段。感空调阶段，并逐步进入感知空调阶段。在空调环境的发展历程，在空调环境的发展历程， 家用空调系家用空调系 统的技术进步起到至关重要的作用。统的技术进步起到至关重要的作用。 人的一生大约有70%90%在室内度过。人的一天约需从外界摄取：食物：12kg水： 23L空气：1215m3 (14.4 18kg)世界家用空调行业中，在世界家用空调行业中，在9090年代以前，年代以前，6060
3、的市场被日本所占有，并且在设备开发的市场被日本所占有，并且在设备开发 和控制技术上都处于世界最前沿。所以从和控制技术上都处于世界最前沿。所以从 日本空调技术的发展可以看出世界空调行日本空调技术的发展可以看出世界空调行 业的变迁过程。直接蒸发式空调系统的发业的变迁过程。直接蒸发式空调系统的发 展过程，大致可以分为五个阶段，其技术展过程，大致可以分为五个阶段，其技术 特征和代表技术参见表特征和代表技术参见表1.11.1。从表中可以。从表中可以 看出，直接蒸发式空调技术的发展主要集看出，直接蒸发式空调技术的发展主要集 中在三个方面：中在三个方面： 追求空调系统的高效节能，特别是在追求空调系统的高效节
4、能，特别是在19721972年石油危机以后，改善压缩机、热交年石油危机以后，改善压缩机、热交 换器、风扇的性能，加强对制冷循环特性换器、风扇的性能，加强对制冷循环特性 的研究，优化制冷系统，实现了空调系统的研究，优化制冷系统，实现了空调系统 的小型化、低能耗、低噪音、高可靠性；的小型化、低能耗、低噪音、高可靠性； 追求室内环境的高舒适性，从单一的追求室内环境的高舒适性，从单一的 温度控制发展到室内热环境特性（如温度控制发展到室内热环境特性（如PMVPMV 等）的综合控制，从简单的双位控制发展等）的综合控制，从简单的双位控制发展 到人工神经网络与模糊技术相结合的智能到人工神经网络与模糊技术相结合
5、的智能 控制，以实现人们对舒适性的要求；控制，以实现人们对舒适性的要求； 追求空调系统的多功能化、多元化，从单冷型窗式空调器发展到热回收型MVRV空调系统，极大地拓广了直接蒸发式空调系统的应用范围，开辟了集中空调系统的新领域。表1.2示出直接蒸发式空调系统及相关技术的纵、横向发展状况。随着制冷循环控制技术的不断研究和研究成果的应用，随着制冷循环控制技术的不断研究和研究 成果的应用，先后诞生了非变频调节和变 频调节的MVRV空调系统及与MVRV系统 组合应用的VAV空调系统，推进了小型独 立分散空调系统的发展。 进入90年代后， 计算机通讯、制冷循环控制、设备管理、 故障诊断等技术的发展，加速了
6、空调系统 网络控制的进程，自律分散协调控制技术 在MVRV空调系统中的应用成功，使网络 控制技术得到了进一步简化，推进了小型独立分散空调系统向大型集中推进了小型独立分散空调系统向大型集中 空调系统和热回收型空调系统和热回收型MVRVMVRV空调系统的转化空调系统的转化 。9595年以后，成功地将蓄冷技术应用于年以后，成功地将蓄冷技术应用于 MVRVMVRV空调系统中，使能源利用结构更趋合空调系统中，使能源利用结构更趋合 理。在对理。在对IAQIAQ要求越来越高的今天要求越来越高的今天, , 综合综合 考虑节能、能源利用结构的优化、空调设考虑节能、能源利用结构的优化、空调设 备的可靠性和室内环境
7、的舒适性，智能控备的可靠性和室内环境的舒适性，智能控 制空调系统将是今后的发展方向。制空调系统将是今后的发展方向。直接蒸发式空调系统发展过程及其技术特征v第一代 (摇篮期) 40年代中期 手动ON/ OFF控制 v第二代 (品种扩大期) 5570年 机械式和 电子式ON/ OFF控制v第三代 (电子化进展期) 7082年 用电子 元件分别控制温度、湿度、气流组织v第四代 (高度电子化成熟期) 8286年 综 合性能控制v第五代 (AI进展期) 86年温感控制模糊控 制人工智能控制从直接蒸发式空调系统的发展过程中 可以看出，变频技术、电子膨胀阀和现代 控制理论在SVRV上的应用，具有划时代的 意
8、义，它不仅为创造舒适环境、实现空调 设备的高效节能运行提供了技术保证，而 且为MVRV空调系统的开发和发展提供了坚 强的技术基础。直接蒸发式空调系统的发展过程及其技术特征阶阶 段时时 期控制 对对象控制 方式技 术术 特 征代 表 技 术术第一 代( 摇摇 篮篮 期)40 年 代 中 期温度手动动 ON/ OFF 控制1.强冷风风直吹人体 ，用手动动方式启 闭闭空调调系统统，以 调节调节 室内温度40年代中期：出现现手 动动式房间间空调调器第二 代( 品种 扩扩 大期 )55 70 年温度机械 式和 电电子 式 ON/ OFF 控制1.追求空调调系统统使 用的方便性，采用 了温控器控制温度 3
9、.温控器从机械式 发发展到半导导体式 2.追求空调调系统统的 小型化、轻轻量化61年：出现现窗式单单冷 型空调调器和热泵热泵 型空 调调器 67年：出现现分体壁挂 式空调调器；滚动转滚动转 子式压缩压缩 机诞诞生第三 代( 电电 子化 进进 展期 )70 82 年温度 湿度 气流 速度用电电 子元 件分 别别控 制温 度、 湿度 、气 流组组 织织1.为为改善温度、 气流组织组织 分布 ，对风对风 口的位 置与型式作了细细 致的研究 2.追求空调调系统统 的节节能与节节材 3.在控制技术术上 ，采用了响应应性 能优优良的电电子 元件(电电子传传感 器、IC传传感器) ，温度控制精度 得到了提高
10、 4.开始采用变频变频 器进进行能量调调 节节 71年：壁挂下吹式室内机 诞诞生74年：低能耗空调调 器诞诞生 78年：微电脑电脑 开始应应用 于空调调控制中；松下电电 器展展出了最早的变频变频 空调调器 79年：超薄型(10cm)室内 机诞诞生 80年：东东芝在世界上首 次成功地研制出大型空 调调机用变频变频 往复式压缩压缩 机 81年：东东芝在世界上首 次成功地研制出小型空 调调机用变频变频 旋转转式压缩压缩 机 82年：变频变频 技术术开始进进 入实实用化阶阶段第 四 代 ( 高 度 电电 子 化 成 熟 期 )82 8 6 年温 度 湿 度 气 流 速 度 辐辐 射 温 度综综 合 性
11、 能 控 制1.空调调系统统控制 理论论的研究 2.实现实现 温度、湿 度、气流组织组织 和 辐辐射温度等复合 因素的综综合控制 3.多室内机房间间 空调调系统统的开 发设计发设计 83年：电电子膨胀阀应胀阀应 用于 空调调器制冷剂剂流量、过热过热 度和排气温度控制；直流变变 频频器研制成功 84年：松冈冈提出空调调器的“ 矩阵电阵电 子控制“方法，获获日 本冷冻协冻协 会学术奖术奖 ；日立 涡涡旋压缩压缩 机应应用于空调调器 ，获获日本冷冻协冻协 会技术奖术奖 ；大金研制出压缩压缩 机变频变频 调调速的空冷热泵热泵 式MVAV 空调调系统统 85年：辐辐射传传感器引入控 制系统统；湿度传传感
12、器应应用 于空调调器控制中；电电子膨 胀阀胀阀 、变频变频 器在房间间空调调 器中应应用成功；多室内机房 间间空调调器开发发成功第 五 代 (A I 进进 展 期)86 年 温 度 湿 度 气 流 速 度 辐辐 射 温 度 P M V 等温 感 控 制 模 糊 控 制 人 工 智 能 控 制1.单单冷型、热热 泵泵型和热热回收 型MVRV空调调 系统统的开发发与 完善 2.模糊技术术、 人工神经经网络络 技术术，遗传遗传 算法和混沌理 论应论应 用于房 间间空调调器上， 推动动了空调调系 统统控制技术术的 发发展 3.蓄热热型 MVRV空调调系 统统的开发发 4.智能传传感器 的开发发86年：
13、人工神经经网络络及温感控制技 术应术应 用于空调调器；单单冷型、热泵热泵 型MVRV空调调系统统上市；松冈冈提 出了空调调器“系统统、相关指令控制” 方法，将人工神经经网络络和模糊技 术应术应 用于空调调器的控制上 87年：东东芝提出MVRV空调调系统统 的通讯讯控制法 88年：双风风扇室内机诞诞生，实现实现 舒适气流控制；变频变频 双转转子旋转转 式压缩压缩 机诞诞生 90年：模糊控制空调调器诞诞生；开 发发出热热回收型VRV空调调系统统；提 出 MVRV空调调系统统的自律分散协协 调调制御(F-VPM)控制法 91年：提出 MVRV空调调系统统的模 糊自适应应控制法第 五 代 (A I 进
14、进 展 期 )86 年 温 度 湿 度 气 流 速 度 辐辐 射 温 度 PM V等温感 控制 模糊 控制 人工 智能 控制5.逐步 利用人 工智能 技术术开 发发如自 然条件 下的感 知空调调 系统统 92年：夏普和松下推出蓄热热型空调调 器；日立、松下等开发发出以PMV为为 控制目标标的变频变频 空调调器 93年：“双监视辐监视辐 射传传感器“开发发成 功 94年：广角双气流和人体感知传传感器 应应用于空调调器中；将遗传遗传 算法理论论 应应用于空调调器控制技术术上 95年：三菱电电机W-multi楼宇MVRV 空调调系统获统获 日本冷冻协冻协 会技术奖术奖 ； 夏普Masuda等提出用实
15、验实验 方程控制 法控制二元VRV空调调系统统；应应用混 沌理论论研究空调调器的脉动动送风风气流 ；进进行MVRV空调调系统统与冰蓄冷技 术结术结 合的应应用研究 96年以后：人工智能技术术控制制冷循 环环和环环境变变化控制技术术（研究阶阶段 ）直接蒸发式空调系统的技术进展 耗能与节能 建筑节能v建筑能源消耗占全部能耗的比例v在美国，建筑消耗的能源占全部基 本能耗的35以上。占世界人口不到 4的美国所消耗的能源却占世界总 能量的25 。v研究表明，改进能源最终的使用效 率，可以使美国对服务建筑的能源需 求量减少50 。我国目前的建筑能源消耗状况我国建筑能源消耗状况v我国采暖区城镇人口只占全国人
16、口的13.6 ，而采暖用能却占到全国总能耗的9.6。v由于经济的发展，采暖范围日益扩大，空调 建筑迅速增加，建筑能耗增长的速度将远高于 能源生产增长的速度，从而成为国民经济的一 个重要的制约因素。我国目前的建筑能源消耗状况生活水平的提高导致对能源的需求激增v随着生活水平的提高，舒适的建筑热环境已成为 人们生活的需要。在发达国家，适宜的室温已成 为一种基本需要，他们通过越来越有效地利用好 能源，满足了这种需要。在我国，这种需要也在 日益迫切。 v我国冬冷夏热的问题相当突出，生活越是改善， 越不堪忍受寒冬暑夏的折磨，冬天需要采暖，夏 天想要空调，这都需要用能源。我国目前的建筑能源消耗状况v建筑规模巨大、采暖系统落后 我国人口众多，因此房屋建筑规模巨大。以北京为例，1994 年常住人口1050万人，城市实有房屋建筑面积2.4亿m2，其中 住宅建筑面积1.2亿m2，人均居住面积已达8.7 m2。 数量如此庞大的房屋建筑，保温隔热和气密性却很差，采暖 系统相当落后。以北京市
