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水空调 Vs. 传统空调:原理、优缺点及适用环境

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Raven

|Last Updated: 31 Jan 2025

在选择空调时,了解水空调与传统空调的区别至关重要。水空调适用于干燥炎热地区,而传统空调适合更广泛的环境。本文详细解析它们的工作原理、优缺点,以及建筑隔热与通风对空调性能的影响,助你做出明智决策。

水空调与传统空调的对比及工作原理

水空调的特点

  • 适用环境:适合高温、干燥地区,如加州和沙漠地区,不适用于湿度大的地方(如中国南方)。
  • 优点:降温效果好、省电,常用于大型商业场所,如仓库、商场(如Home Depot)。
  • 缺点:湿度较高,使用时有明显的潮湿感,噪音较大。此外,水会流到屋顶,留下水渍。

传统空调的工作原理

  1. 制冷剂的作用
    • 传统空调依靠制冷剂(如R134A、R410A)在不同压力下气液转换来吸热和放热。
    • 早期制冷剂(如R12)因破坏臭氧层被淘汰,现代制冷剂对环境影响较小。
  2. 压缩机(Compressor)
    • 将低压气体压缩成高压气体,并推送至冷凝器,压力大约提升5倍。
  3. 冷凝器(Condenser)
    • 高压气体在这里液化并放热,因此室外机吹出热风。
  4. 除湿器(Dehydrator)
    • 过滤系统中的水分,避免水分进入后续管路。
  5. 膨胀阀(Expansion Valve)
    • 将高压液体迅速降压,形成低压液体和气体混合物。
  6. 蒸发器(Evaporator)
    • 低压液体进一步蒸发并吸收周围热量,实现降温。
  7. 循环过程
    • 蒸发后的低压气体回到压缩机,重新进入循环,持续制冷。

空调的关键点

  • 高压端:冷凝器(放热)
  • 低压端:蒸发器(吸热)
  • 核心组件:压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀
  • 制冷剂循环:不断气液转换,带走室内热量,排出室外。

总结

水空调适用于干燥炎热地区,省电但湿度高,适合商业用途;传统空调利用制冷剂气液转换进行降温,适用于各种环境,但耗电较大。


隔热材料与建筑通风要点

1. 隔热材料选择

  • 卷材:常见但隔热效率一般,需加厚提升效果。
  • 封闭细胞泡沫(Closed-cell foam):隔热性能比卷材高 80%,但密封性过强,可能导致室内空气质量问题和霉菌滋生。
  • 纤维状材料(Cellulose):不可燃,比玻璃纤维隔热效果稍好,价格较贵。
  • 喷涂泡沫:可一次性或多层喷涂,但施工污染大,封闭性高,改造时难以穿线。施工时需注意防爆。

2. 冰坝(Ice Dam)问题

  • 形成原因:屋顶温差导致雪融化后再结冰,堵塞排水,最终渗入墙体,损坏房屋结构。
  • 解决方案
    • 加热线:安装屋檐加热带,防止冰层堆积。
    • 增加屋顶斜度:减少积雪和冰坝形成。
    • 改善通风:降低阁楼温度,防止屋顶温差过大。

3. 门窗密封与防水

  • 安装顺序
    • 先贴防水层(自下而上)
    • 窗框四周覆盖防水纸
    • 顶部防水层应覆盖侧面
  • 关键部件
    • Trim(门边):用于美观及密封。
    • Jamb(门框):承载门扇的结构。
    • Weatherstripping(密封胶条):防风、防水、防虫,考试常考!

4. 全屋风扇(Whole House Fan)

  • 工作原理:大风扇将室外空气引入室内,再通过阁楼通风口排出热气。
  • 优点
    • 降温快
    • 耗电量为空调的 1/101/5
    • 适用于无空调或节能需求的家庭
  • 使用方法:开启前需 打开所有窗户,促进空气流通。

合理运用隔热材料、门窗密封及全屋风扇,可有效改善建筑能效,减少能耗,提高居住舒适度。

 

第七章总结:建筑保温及相关概念

1. 保温概念(Thermal Envelope)

建筑的保温结构(Thermal Envelope)类似于一个密封的信封,将房屋包裹起来,以保持室内温度稳定。

2. 温度与热量单位

  • 温度换算:华氏度(°F)与摄氏度(°C)转换公式: °C=(°F−32)÷1.8°C = (°F - 32) ÷ 1.8°C=(°F−32)÷1.8 简化计算:华氏度减30后除以2(例如60°F ≈ 15°C)。
  • 热量单位
    • 国际单位:焦耳(J)
    • 常用单位:卡路里(cal)、英热单位(BTU)
    • BTU换算
      • 1 BTU ≈ 105.2 J ≈ 25 cal
      • 1 冷吨(RT)= 12000 BTU/h

3. 空调制冷能力计算

  • 每吨(RT)制冷能力适用于 50-60 平方英尺(sq.ft)。
  • 例如:
    • 150 平方英尺空间需要 约 3 吨(RT) 空调。
    • 180 平方英尺空间可选 3.5 吨(RT)

注意:空调过大并不更有效,可能导致噪音、风阻增加及能效下降。

4. 房屋保温检测

  • 红外线热成像仪(Thermal Camera)
    • 颜色反映温度(红色 = 热,蓝色 = 冷)。
    • 可用于检查房屋保温、查找缺失的隔热棉、漏水或空调系统问题。

5. 保温改造方法

  • 隔热棉填充
    • 采用 6 英寸孔钻 在墙体顶部打洞,使用专用设备吹入棉花状隔热材料,减少拆墙工程量。
    • 若墙内有横向木梁,则需上下打孔分层填充。
  • 屋顶隔热
    • 加强通风,减少热量积聚,提升能效。

6. 绿色建筑与节能

  • 高效保温房屋 可减少制冷/取暖需求,实现“冬暖夏凉”。
  • 加州节能法规(Title 24) 要求建筑设计必须符合节能标准,例如增加阁楼通风和隔热层。

总结:了解建筑保温原理、单位换算、空调选购及检测方法,有助于节能降耗,提高居住舒适度。


 

空调安装与维修指南

  1. 抽真空的重要性
    • 抽真空初期效果快,但达到标准需30-45分钟
    • 许多安装工人跳过此步骤以节省时间,可能导致管路残留水汽,影响制冷效果。
    • 建议:尽量抽真空,确保系统干燥
  2. 使用高低压表
    • 左侧低压表(蓝色),右侧高压表(红色)。
    • 低压表最大压力20 PSI,高压表50 PSI,低压负压范围0 至 -30 PSI。
    • 目标是真空状态达到 -30 PSI。
  3. 正确加制冷剂流程
    • 安装完室内机和室外机后,连接铜管(粗管=低压,细管=高压)。
    • 抽真空(30-45分钟),确保系统无空气和水分。
    • 称重加注制冷剂(精确到磅数,避免过多或过少)。
    • 加制冷剂时需开机运行,从低压端缓慢加注,观察压力表读数。
  4. 常见故障排查
    • 高低压表读数过高:可能制冷剂过量散热不良(检查室外机是否堵塞)。
    • 高低压表读数过低:可能制冷剂不足或系统泄漏(检查接口和管道)。
    • 空调不制冷:可先检查是否压力异常或散热受阻,避免误判更换压缩机。
  5. 环保法规
    • 加注或释放制冷剂需符合EPA 608法规,禁止随意排放特定类型的制冷剂,否则可能面临法律处罚。

总结:
正确的安装、抽真空和精准加注制冷剂能确保空调长期稳定运行。定期检查高低压表和维护散热系统,可有效避免故障,提高使用寿命。


 

暖通系统合理设计与取舍

  1. 空气流动规律:热空气上升,冷空气下降。暖气出风口应放在下方,使热空气自下而上循环;空调出风口应放在上方,让冷空气自然下沉。
  2. 中央空调取舍:现代房屋多采用中央空调系统,同时兼顾制冷和供暖。由于加州炎热天气较多,通常优先考虑制冷效果,因此通风口多设置在屋顶。
  3. 阁楼暖风机安装
    • 入口处需有照明开关。
    • 开口最小尺寸为 22”×30”,确保更换设备时无需拆墙。
    • 操作空间至少 30”×30”,通道长度不超 20尺
  4. 独立式火炉与壁炉
    • 烟道水平走向时,距屋顶至少 18” 以防过热。
    • 壁炉虽使用减少,但购房者仍偏好配备。燃气壁炉更清洁,而木材燃烧提供更高热量但较脏。
  5. 水暖系统
    • 适用于寒冷地区,供热效率高,运行无噪音,但成本昂贵。
    • 现代地暖有水暖和电热两种,电热安装简单但能耗较高。
  6. 空调制冷原理
    • 核心部件包括 压缩机(Compressor)蒸发器(Evaporator)冷凝器(Condenser)
    • “Exhaust Fan” 仅为排气扇,不属于空调系统组件。
  7. 制冷剂演变
    • 旧制冷剂 R22 逐步淘汰,新型 R410A 替代,但二者不可混用。
    • R134A 主要用于汽车空调。

合理设计暖通系统可提高舒适度与能效,同时需根据地区气候决定优先侧重供暖或制冷。

 

建筑隔热与通风指南

  1. 隔热值 (R 值) 的概念
    • R 值代表材料的隔热能力,数值越高,隔热性能越好。
    • 金属、混凝土等导热快,隔热差;木材隔热效果较好。
    • 玻璃纤维棉是常用的隔热材料,安全且不可燃。
  2. 隔热棉的安装
    • 在墙体和天花板中填充玻璃纤维隔热棉,常见厚度为 R19 (~5 英寸)。
    • 不能完全填满结构空隙,应留出 2 英寸的通风空间。
  3. 高屋顶 (High Ceiling) 的隔热挑战
    • 由于无阁楼缓冲,热量直接进入室内,导致夏季过热。
    • 解决方案:在天花板内保留通风通道,并安装屋脊排气口 (Ridge Vent)。
  4. 标准通风设计
    • 进风口:屋檐处的 Rafter Blocking 开孔,避免堵塞。
    • 出风口:屋顶 Ridge Vent 让热空气排出。
    • 额外选项:主动排气扇,提升空气流通效率。
  5. 平屋顶 (Flat Roof) 的特殊处理
    • 由于空间狭小,隔热棉仍需预留通风通道。
    • 需额外设置屋顶透气口,确保热气排出。
    • 被动通风效果有限,可加装风扇增强排气。
  6. 提升建筑隔热性能的方法
    • 选择更厚的墙体 (如 2x6 结构) 或外贴额外隔热板 (R8+)。
    • 使用双层或三层玻璃窗减少热量流失。
    • 在地面和地下室墙体增加隔热层,提升整体保温性能。
  7. 隔热棉的防潮处理
    • 带防潮层 (Faced) 的隔热棉,应朝向温暖的一侧 (即室内)。
    • 这是为了防止湿气冷凝,保护墙体结构。

总结

良好的隔热和通风设计可以显著提高建筑的能效,减少空调需求,提高居住舒适度

 

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