空调机组

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空调机组，或称空气处理单元（通常缩写为 AHU），是一种用于在供暖、通风与空调（HVAC）系统中调节并循环空气的设备。空调机组通常是一个大型金属箱体，内部包含多种组件，例如：风机、加热段或制冷段、过滤器框架或过滤段、消声装置以及风门。空调机组通常会连接到一套风管系统，用来将处理过的空气分配到整个建筑内，并将空气再回送至 AHU；同时，有些系统还会将部分空气排放到室外，并引入新鲜空气。在某些情况下，AHU 也可以不通过风管，直接向所服务的空间送风（supply）和回风（return）。

用于局部使用的小型空调机组被称为末端装置，通常只包含空气过滤器、盘管（coil）和风机；这类简单的末端装置也称为风机盘管机组（fan coil units）。一种较大型的空调机组，如果处理的是100% 室外空气、且没有回风再循环，则称为补风机组或新风机组。装在屋顶的空调机组，被称为屋顶机组（rooftop unit, RTU）。

## 建造

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空调机组通常是以一个框架结构为基础建造，并根据内部各组件的配置需求，填充金属面板。在最简单的形式中，框架可以由金属槽钢或型材制成，并配以单层金属面板。这些金属部件通常会进行镀锌处理，以提供长期的防腐蚀保护。对于安装在户外的机组，通常还会设置防风雨的顶盖，并在接缝处增加额外的密封措施，以防止雨水和外界环境的影响。

较大型的空调机组通常采用方形截面的钢制框架结构，并配有双层且带保温的面板。这种结构可以减少冷热量损失，同时具备良好的隔音效果。大型空调机组的长度可能达到数米，通常采用分段制造的方式。为了提高整体的强度与刚性，机组底部通常会设置钢制底座导轨来支撑整个设备。

当一个平衡通风系统需要送风与排风量比例相等时，通常会将送风与排风组合在一起使用。这种组合方式一般可以并排配置或上下叠放配置。

## 组成部分

以下将按大致顺序介绍主要组件：从回风管（进入 AHU）开始，经过机组内部，直到送风管（AHU 输出）。

### 空气过滤器

空气过滤器几乎在空调机组（AHU）中必不可少，目的是为建筑使用者提供洁净、无尘的空气。常见的过滤方式包括低 MERV 等级的折叠式滤材、HEPA 高效过滤器、静电过滤（electrostatic）或多种技术的组合。此外，也可能采用气相过滤和紫外线（UV）空气处理等方式。

过滤装置通常设置在 AHU 的最前端（进风侧），目的是保持后续所有设备元件的清洁（如盘管、风机等）。根据所需的过滤等级，通常会采用两级或多级过滤系统。常见配置是粗效面板过滤器在前，高效袋式过滤器或最终过滤器在后。

过滤器的使用寿命可以通过监测其在设计风量条件下的压降来评估。这通常可以通过使用压力表进行可视化显示或使用压力开关（pressure switch），并将讯号连接到建筑控制系统中的报警点。如果未能及时更换过滤器，最终可能会导致其结构失效甚至塌陷。这是因为风机施加在过滤器上的压力超过了其本身的承受能力，从而造成破损，进一步导致空调机组及下游风管系统受到污染。

### 加热段和冷却段

空调机组可能需要提供热空气、冷空气，或两者兼具，以根据不同地点与应用需求来调节送风的温度与湿度。这种空气调节通常是通过设置在气流中的换热器盘管来实现的。这些盘管可以根据提供供热和冷却效果的媒介分为直接式和间接式。

直接式换热器包括：燃气或燃油加热器，以及直接置于气流中的制冷蒸发器。此外，也可以使用电阻加热器和热泵。在干燥气候中，蒸发冷却特别实用，尤其当相对湿度低于 50% 时效果更佳。

间接式盘管则使用热水或蒸汽进行加热,冷冻水或乙二醇溶液进行冷却 （这些加热与制冷所需的能量，通常由建筑内的冷热机房提供）。盘管一般由铜管制成，并配有铜或铝制翅片以增强传热效果。冷却盘管通常还会配备挡水板，用于去除并排出冷凝水。在盘管下游，通常会设置温度传感器来监测并控制盘管后的空气温度，并与盘管前的电动控制阀配合使用，以实现精确调节。

如果需要除湿，则会利用冷却盘管将空气过度冷却，使其达到露点温度并产生冷凝。之后，在冷却盘管后方设置一个加热盘管，将空气重新加热至所需的送风温度。这个过程可以有效降低送风的相对湿度。对于空调精度要求不高的场合，可以使用二次回风或直接取消再热盘管。

在较寒冷的气候中，当冬季气温经常低于冰点时，通常会在系统前端设置防冻盘管或预热盘管，作为空气处理的第一道工序，用来防止后续的过滤器和冷却盘管发生结冰损坏。防冻盘管的控制逻辑通常是：如果盘管后的空气温度未达到设定值，整个空调机组停机保护。

### 加湿器

加湿在寒冷气候中通常是必要的，因为持续供暖会使空气变得更干燥，从而导致不舒适的空气质量以及增加静电。可以采用多种加湿方式：

- 蒸汽式：来自锅炉的蒸汽直接被送入气流中。
- 喷雾式：水通过喷嘴或其他机械方式被分散成细小液滴，并由气流携带。
- 超声波式：气流中的水盘受到超声波装置激发，形成雾状或水雾。
- 湿膜式：气流中的细纤维介质由带有多个小出口的配水管持续供应新鲜水并保持湿润。当空气通过该介质时，会携带细小水滴。若前端空气过滤维护不良，这种类型的加湿器可能会很快发生堵塞。
- 电热式加湿器：用管状电热元件置于水盘中，元件通电之后便能将水加热而产生蒸汽。发热元件可用PTC陶瓷作成，具有安全可靠、寿命长、易于控制等优点。

### 混合箱

为了维持室内空气质量，空调机组通常设有装置，以允许将室外空气引入系统，并将室内空气排出建筑物。在温带气候中，将适量较冷的室外空气与较暖的回风混合，可以用来接近所需的送风温度。因此，系统中会设置一个混合箱，并配有风门来控制回风、新风与排风之间的比例。

### 鼓风机/风扇

空调机组通常采用一个大型的鼠笼式风机，由交流感应电动机驱动来输送空气。风机可以以单一转速运行，或提供多种固定转速，亦可由变频器控制，以实现宽范围的风量调节。风量也可以通过风机入口导叶或出口风门来控制。在美国，一些住宅用空调机组（中央“暖炉”或“空调机”）会使用无刷直流电机，具备可变转速能力。欧洲、澳洲和新西兰的空调机组则常使用后弯叶片风机，无蜗壳或称为“插入式风机”，并由高效率的EC（电子换向）电机驱动，且内置转速控制功能。在大型商用空调机组中，可能会设置多个风机，通常位于 AHU 的末端以及送风管的起始位置（因此也称为送风机）。此外，回风管中也常设有风机（称为回风机），将空气推送回 AHU。

### 动平衡

未经平衡的风机会产生摆动与振动。对于家用空调风机来说，这可能是一个严重问题：送风口的气流量会明显下降（因为摆动造成能量损失）、效率降低，同时噪音增加。另一个重要问题是，不平衡会影响轴承的寿命（轴承连接于风机与转轴），可能导致其在预期寿命之前就发生故障。

可以通过在适当位置加装配重来校正，使风机运转更平稳（对于吊扇，通常可透过反复试验找到合适位置）。而家用或中央空调风机，以及其他大型风机，通常需要送到专业维修店，使用专用的动平衡设备进行校正（因为反复试验可能在找到正确位置前就已造成损坏）。风机的电动机本身通常不会产生振动。

### 热回收装置

为了节能并提高系统能力，可以在空调机组的送风与排风气流之间安装热回收换热器。常见类型包括：

板式换热器：由塑料或金属板组成的夹层结构，气流在板间交错流动。热量通过板的一侧传递到另一侧。板间距通常为 4 至 6 mm。热回收效率可达 70%。

转轮式换热器：由细波纹金属构成的旋转转子，在相对流动的两股气流中以每分钟约10-17转的速度旋转。在供热模式下：排风侧空气通过时，转轮吸收热量；旋转后在送风侧释放热量，持续进行。在冷却模式下：过程相反，排风侧释放热量，送风侧吸收热量。热回收效率可达 85%。此外，转轮还可以涂覆吸湿材料，以实现潜热交换，并对气流进行除湿或加湿。

循环盘管：由两个气-液换热盘管组成，分别位于相对的气流中，并通过循环泵连接，使用水或盐水作为传热介质。该装置效率不高，但可以在远距离或多组送排风系统之间实现热回收。热回收效率可达 50%。

热管：在相对的两股气流中工作，使用封闭的制冷剂作为传热介质。热管由多根密封管组成，并配有翅片以增强换热。一侧为制冷剂蒸发吸热，另一侧为制冷剂冷凝放热，冷凝后的制冷剂在重力作用下流回初始位置，循环进行。热回收效率可达 65%。

### 控制

控制系统对于调节空调机组的各个方面是必不可少的，例如：空气流量、送风温度、混合空气温度、湿度以及空气质量。控制方式可以非常简单，例如开/关式恒温器，也可以非常复杂，例如采用 BACnet 或 LonWorks 的建筑自动化系统。常见的控制元件包括：温度传感器、湿度传感器、气流开关、执行器、电动机以及控制器。

### 减振器

空调机组中的风机会产生相当大的振动，而面积较大的风管系统会将这些噪音与振动传递给建筑内的使用者。为了避免这种情况，通常会在空调机组前后的风管中安装减振器（柔性接头），并且常常也会设置在风机段与 AHU 其他部分之间。这些部件通常由类似橡胶涂层帆布的材料制成，使空调机组内部的振动不会传递到连接的风管系统。

此外，风机段还可以透过以下方式进一步隔振：安装在弹簧悬架装置上、使用氯丁橡胶垫或悬挂于弹簧吊架上，这些方法都可以减少振动经由建筑结构传递。

### 消声器

空调机组中的风机也会产生噪音，因此在风管进入对噪音敏感的空间之前，需要对其进行衰减。为了在较短的距离内实现有效的降噪，通常会使用消声器。消声器是一种专用的风管附件，通常由内部带孔的隔板以及吸音保温材料组成。消声器可以直接取代一段风管；或者作为管道式消声器，安装在靠近风机的位置，并采用喇叭口形状，以减少对系统气流性能的影响。