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简要分析了现有空调设备存在的问题，叙述了能够解决现存问题的穿墙式中央空调，它是由一只主机配若干只子机组成，主机与子机之间通过多芯电缆连接；主机设有整套装置的控制系统，可单设或同设独立制冷系统和新风换气装置，而子机仅含一套独立制冷系统，没有独立控制装置和四通换向阀，子机数量根据房间空调负荷的大小配置。
关键词：穿墙式中央空调 独立制冷系统 新风换气 空调负荷

1 现有空调设备存在的问题

　　现今各种各样的空调产品，从大型的中央空调到家用中央空调再到分体式空调器，设计、安装、维修以及运行管理的部分环节甚至全过程都需要很专业的现场技术服务，现场技术服务不仅占到消费者总支出的很大比例，而且很大程度上决定了产品的最终质量。现场技术服务不比工业生产那样容易标准化，它总是参差不平的，而且经济越是欠发达的地区，技术人员的绝对数量和相对数量都越少，技术人员的平均水准也越差，因此消费者能够得到的技术服务质量就越差，即消费者买到次品的概率就越大，而消费者支付的价格由于营销成本的增加反而比经济发达的城市要高。

　　另外为了满足不同房间的使用要求，现有的各种空调设备通常采用一一对应的方式来匹配不同房间的空调负荷，所以每种类型的机组又设计为若干种规格型号。规格型号越多，每种规格型号的产量就越低，单台空调设备的综合成本也越高，同时使得空调设备的安装维修更加难以标准化。由于规格型号太多，使得没有一个厂家的所有型号产品都能达到规模产量，必然影响其整体经济效益。另外为了实现热泵制热，现有空调设备无一例外都需要增加一个四通换向阀以改变制冷剂流向，不仅增加了空调设备成本，也降低了整机的可靠性。随着一级城市家用空调器的逐渐饱和，空调器的主战场正日益向二、三、四级市场转移，产品结构的这种矛盾将会越来越突出。
大家都知道，技术服务的费用随着社会经济的发展只会不断的增长，而每个技术服务人员的工作时间和能力基本又是固定的，摊消到单件空调器上的安装维修费只会越来越多。并且随着销售地域的扩展，技术服务的费用在一定程度上还会呈现加速增长的态势。因此空调产品的综合成本并不随着生产规模的扩大按比例递减，到了一定的生产规模几乎就不再变化。另外我们国家正在着手建立的中国废旧家电产品回收处理体系将实行“生产者责任制”，毫无疑问，现有任何一种家用空调设备的成本都会因此增加，只不过增加的程度有所区别。

　　从当前我国居民的实际收入水平和消费意识看，我认为造价低廉、可靠性高、独立性强、安装维修简单、能满足基本健康要求的空调器才是大众工薪阶层迫切需要的产品。

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2 穿墙式中央空调技术特征

　　穿墙式中央空调采用独特的模块化结构克服了现有空调设备的上述弊端。它只需一只主机和几只子机两种规格的空调装置就能满足所有房间的空调要求，同时主机和子机的制冷系统又是各自独立的，安装非常简单，不需要专业化服务。另外子机只要旋转180℃使用就能完成制冷制热的转换，不再需要四通换向阀，除霜时也不用停机。不但降低了产品成本，同时也提高了机组的可靠性和房间的舒适性。

　　每套穿墙式中央空调由一只主机配若干只子机组成，主机为整套装置的控制中心，子机是制冷系统的功率扩展模块；主机和子机均采用长方体外形，直接安放在与其尺寸对应的带内外翻边的筒形安装预埋件中，主机和子机都设有活动拉手，可方便地从墙体安装预埋件中抽出来。主机和子机内部均由隔热层分隔为室内单元和室外单元两部分，主机外壳上设有若干只主机插座供子机使用，子机外壳两侧相同位置各设有一个相应的子机插座，主机与子机之间通过多芯电缆连接。小房间如果主机本身能够满足其空调负荷需求，则不需配置子机，主机单独使用；空调负荷较大的房间主机无法满足其空调要求时，则根据房间空调负荷的大小配置相应数量的子机。

　　图1显示了一只主机带两只子机在窗台下并排安装的情形。主机制冷循环流程为压缩机→冷凝器→干燥过滤器→毛细管→蒸发器→储液器→压缩机，其流程图如图2所示。

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主机包括一套独立的制冷装置、一套新排风热交换装置以及控制系统等。子机仅含一套独立的制冷装置，没有独立的控制电路和空气热回收装置，因而子机是不能单独使用的。由于子机制冷系统运行工况远比主机复杂，同时为了子机化霜时不停机，子机制冷系统比主机制冷系统多设有一只常闭除霜电磁阀、两只毛细管关闭电磁阀和一根制热毛细管及相关连接管道，如图3所示。

　　子机两只毛细管电磁阀总是一开一闭，其中控制夏季制冷毛细管的电磁阀为常开电磁阀，控制冬季制热毛细管的电磁阀为常闭电磁阀。子机制冷循环流程为压缩机→冷凝器→干燥过滤器→制冷毛细管关闭电磁阀→制冷毛细管→蒸发器→储液器→压缩机，制热循环流程为压缩机→冷凝器→干燥过滤器→制热毛细管关闭电磁阀→制热毛细管→蒸发器→储液器→压缩机，制冷制热都是单向流动，所不同的是制冷时蒸发器位于室内侧，冷凝器位于室外侧，而制热时蒸发器位于室外侧，冷凝器位于室内侧。

　　由于冷凝器和蒸发器尺寸的限制，无论是夏季制冷运行还是冬季制热运行，都要求室外单元的通风量远大于室内单元的通风量，所以子机冷凝器风机电机和蒸发器风机电机均采用双速电机，并且高低转速情况下各自的风量差别均在2倍以上。子机不设四通换向阀，制冷时蒸发器位于室内单元，冷凝器位于室外单元，蒸发器风机低速运转，冷凝器风机高速运转。拔下子机与主机之间的多芯电缆插头，把子机旋转180℃重新装上，就转入制热运行，制热时蒸发器位于室外单元，冷凝器位于室内单元，蒸发器风机高速运转，冷凝器风机低速运转。

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主机蒸发器侧面板上设有显示面板，其外壳单侧设有若干只连接子机用的主机插座。因为单向使用，所以主机仅在蒸发器侧设有活动拉手。子机双向使用，其蒸发器侧面板和冷凝器侧面板上都不设显示面板，但在其两侧均设有活动拉手，并且子机外壳左右两侧均设有子机插座，在主机和子机活动拉手穿过面板的地方均有一条拉手缝隙，作为活动拉手进出通道。图4、图5、图6分别显示了主机和子机的前后左右视图。　　为了拆洗过滤网方便，主机和子机两侧面板的下部都设有一条缝隙，从图7主机或子机的仰视图中可以清楚地看到这一点，当主机或子机从安装预埋件中抽出来后就可以用小钩把两面的过滤网从底部缝隙中拉出来清洗。

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下面再结合主机的侧视结构示意图图8对其内部结构作更进一步的说明。

　　从图中可以看到，主机压缩机和空气-空气热交换器直接安装在底盘上。空气-空气热交换器采用板式热交换器，外形成“凹”字形，新风进风口设在空气-空气热交换器室外侧底部，室内排风进风口设在空气-空气热交换器室内侧底部，新风出风口和排风出风口均朝上设置，新风出风口和排风出风口处各设有一只风机，用于控制空气-空气热交换器的进风和排风，并且两只风机总是同时启动。隔热层把主机内部分隔成室内单元和室外单元两部分，冷凝器和蒸发器分别紧靠冷凝器侧面板和蒸发器侧面板内侧安装，紧贴蒸发器进风口内侧和冷凝器进风口内侧均满布过滤网。在空气-空气热交换器风机运转的情况下，从冷凝器进风口进入的新风经过过滤网过滤后一部分进入新风进风口，另一部分则直接与冷凝器进行热交换，从蒸发器进风口进入的室内回风经过滤网过滤后一部分进入排风进风口，另一部分直接与蒸发器进行热交换；进入新风进风口的室外新风和进入排风进风口的室内排风在空气-空气热交换器内进行充分热交换后分别进入蒸发器风机和冷凝器风机，各自与经过蒸发器和冷凝器初次热交换后的空气混合后再分别与蒸发器和冷凝器进行二次热交换，以增大蒸发器和冷凝器两侧的换热温差。

　　子机和主机的主要区别是子机不含控制电路、热回收装置和显示面板。因为子机比主机在相同的外形尺寸下有更多的内部空间，子机整个制冷系统的规格要大于主机，包括压缩机、冷凝器风机、蒸发器风机、冷凝器、蒸发器等。比如说在相同的空间尺寸下，如果主机的制冷量是1000W，子机的制冷量就有可能做到1500W。子机的侧视结构图如图9所示。

　　穿墙式中央空调可设计成一种具有自适应功能的智能化的空调器，通过主机微电脑对主机和所有子机同时进行协调控制，它不需要用户进行任何设定，开机后一切全自动控制。控制策略的设计可采用如下方案：机组运行采用室内温度控制，夏季舒适温度区间为24~28℃，冬季舒适温度区间为18~22℃，同时夏季室外温度每增加（减少）1℃，则室内舒适温度区间上滑（下滑）0.36℃，冬季室外温度每增加（减少）1℃，则室内舒适温度区间上滑（下滑）0.30℃。开机时采用主机和子机制冷系统轮流启动的办法解决普通定频空调器启动电流大、对电网冲击较大的缺点。

　　除霜运行采用室外温度和室外湿度联合控制。由于子机只有一种规格，可以通过实验确定在不同的室外温度和室外湿度组合情况下达到除霜厚度的运行时间，把实验数据存入主机控制电路的数据存储器，实际运行中通过检测记录各子机在各种室外温度和室外湿度情况下累计的连续运行时间并与数据存储器中的实验数据比较，从而判定是否需要除霜。除霜时只需打开除霜电磁阀，使压缩机排出的高温高压气态制冷剂直接进入蒸发器化霜，化霜完毕再关闭除霜电磁阀，子机又恢复正常运转。通过主机程序控制可错开各只子机化霜时间，另外在有子机化霜期间如果主机辅助电热没有启动，同时室温低于设定室温下限，则可启动该辅助电热直到子机化霜完毕，以维持室温的恒定。

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3 综合比较

3.1 独特优点

　　相比其它类型的空调设备，穿墙式中央空调最大的优势就是不需要专业性很强的现场技术服务，即使是普通建筑工人都可以安装。对新建建筑来说，只要在墙体砌筑的时候把安装预埋件预埋在需要的位置，再象预埋普通电缆一样在墙体中埋设主机和子机之间的多芯电缆，把电源预埋到主机安装预埋件的接线盒内就算完成了穿墙式中央空调的安装工作。土建及室内外装修工程竣工验收后，再分别把主机和子机装入相应的安装预埋件中，插上各自的多芯电缆插头就可以使用了。穿墙式中央空调基本不存在安装操作可能带来的故障机会，所以可靠性要远远高于变频空调器、分体式空调器和家用中央空调。因为机组具有互换性，故障停机时间可以下降到5分钟之内，这是需要技术人员现场维修的其它任何类型的空调设备无法做到的。比如说消费者某个房间的主机或某个子机坏了，他只需用另一个房间的暂时未用的机子把坏的这台换下来，就可继续使用空调器。无论什么地方的用户空调器发生故障，都可通过当地的经销商马上给用户提供一台备用机换回发生故障的主机或子机，在其下次进货时再带回工厂修理，修理好的产品又可提供给经销商作为备用机使用，每台机子的内部印有生产日期，达到使用年限的机子即使能修好也不再提供给用户使用，因此基本可以实现零成本回收，这是其它任何类型的空调设备都无法做到的。由于采用标准化模块结构，使得制造、营销及售后服务的成本都具有潜在的大幅降低可能。因为充分杜绝了制冷剂的随意排放，可以称得上是真正的绿色环保型空调器。另外穿墙式中央空调不占用室内空间，基本上与室内装修互不影响，也节约了房地产商的建筑成本和时间成本。

3.2 运行能耗

　　很多专家学者往往喜欢从理论上探讨怎么样的主机能效比高，怎么样的系统设计可以节省多少多少运行费用，但中央空调系统能耗高的根本原因在于它的调节性能无论如何也比不上分散设置的空调设备对负荷变化的适应性。尽管中央空调的主机能效比通常都在3.5以上，大型离心式机组甚至达到了7，但大中型中央空调由于系统庞大，单是“固有能耗”就要占到总能耗的15%以上，同时实际运行中空调平均负荷只有最大负荷（即单位面积装机容量）的50%，再加上影响中央空调系统性能的人为因素纷繁复杂，无论是用于公共建筑还是居住建筑，所有空调设备中中央空调的实际能耗无疑是最大的，很多项目的调查结果已经证明了这一点。家用中央空调装机容量虽然不大，但相比住宅空调实际负荷而言，“固有能耗”的比重甚至会超过大中型中央空调。作为住宅来说，绝大部分时间只有不到一半的装机面积在使用空调，所以平均运行负荷不到家用中央空调总装机容量的40%，使空调一直处于大马拉小车的状态，因此家用中央空调决不可能象厂家吹嘘的那样比家用空调器节能。穿墙式中央空调虽然单机能效比可能与窗式空调器相差无几，但因为投入运行的机组能力总是与实际负荷完全匹配，并且总是处于最佳效率状态，实际能耗未必会高于其它空调形式。

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3.3 与窗式空调器和穿墙式空调机组的比较

　　我国现有的空调设备中，与穿墙式中央空调结构最为接近的应该是窗式空调器。从总体结构上来讲，窗式空调器应该是优于分体式空调器的，关键是它的噪音问题迟迟得不到解决，这才让分体式空调器钻了空子。另外其与房间一一匹配的设计思想也使它无法适应多样的房型，因为超过1.5P的窗式空调器不但噪音让人受不了，体型也大得让人受不了，常常难以找到恰当的安身之处。穿墙式中央空调通过把一台机组的噪音分解为多台小机组的叠加，同时采用比较规范的密封措施隔绝了冷凝器风机的噪音，使得空调房间的噪音明显低于安装窗式空调器的噪音。

　　在国外，也有一系列的穿墙式空调机组（TWU），而且大多为热泵型，单机规格也都做得很小，以700W和1100W两种规格为主。因为在小型机组里面四通换向阀和控制系统要占相当高的比重，导致成本高昂，因而国外的穿墙式空调机组在中国没有市场。我国绝大多数空调器厂家也都只生产单冷型窗式空调器，很少生产热泵型窗式空调器也是出于成本的考虑。

4 结束语

　　由于适合穿墙式中央空调安装的外墙建筑面积有限，同时机组规格很小，风机送风距离短，因此穿墙式中央空调不适合于大空间建筑和空调负荷很大的建筑物，比较适合于没有大面积玻璃幕墙的普通办公楼、宾馆和住宅建筑，尤其是高层住宅建筑。作为现有空调设备的一种替代方案，因为前述诸多优点，相信在商业上的竞争力是很强的。当然，由于笔者水平所限，上面提出的穿墙式中央空调仍有很多不足之处，有待各位专家学者完善和提高。

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