第1章 绪 论
1.1 空气调节技术的发展概况 1.1.1 空气调节技术简史
1901年美国的威利斯.开利（willis H.Carrier）博士在美国建立世界上第一所空调试验研究室。1902年，美国纽约市布鲁克林的一家印刷厂在印刷过程中遇到了困难，由于温度和湿度不恒定，裁剪纸张和调色的工作都受到了影响，画面模糊。1902年7月17日开利博士为他们设计了世界公认的第一套科学空调系统。由于开利博士发明的这套科学空调系统实现了对空气湿度的控制，空调行业将这项发明视为空调业诞生的标志。开利博士是这样定义的：一套科学的空调系统必须具备四项功能，即控制温度、控制湿度、控制空气循环与通风和净化空气。空调的发明已经列入20世纪全球十大发明之一，它首次向世界证明了人类对环境温度、湿度、通风和空气品质的控制能力。空调系统在接下来的一个多世纪里，使整个世界都随之冷静下来。
开利博士并不满足于自己最初发明的空调系统，他确信应该有更好的除湿方法。1902年的秋天，开利在匹兹堡车站等候火车，浓雾笼罩着车站。此时，他的脑中灵光乍现——如果依据雾形成的原理设计一种装置，就可以任意控制空气的温度！1906年，开利博士获得了“空气处理装置”的专利权。这是世界上第一台喷淋式空气洗涤器（Spray Type Air Washer）即喷水室，可以加湿或干燥空气。这一浓雾中获得的灵感使他的空调成为完美制作，改善了温湿度控制的效果，使全年性空调系统能够满意地应用于200种以上不同类型的工厂。
1911年12月，开利博士得出了空气干球、湿球和露点温度间的关系，以及空气显热、潜热和比焓值间关系的计算公式，绘制了湿空气焓湿图。他将自己提出的“温湿度基本原理”递交给美国机械工程师协会（American Society of Mechanical Engineer,缩写ASME），得到了工程师们的广泛认可，成为空调行业最基本的理论。这一理论被翻译为多种语言，湿空气焓湿图成为今日所有空调计算之基础，它是空气调节史上的一个重要里程碑。
1922年，开利博士还发明了世界上第一台离心式冷水机组，如今该压缩机陈列于华盛顿国立博物馆。1937年，开利博士又发明了空气—水系统的诱导器装置，是目前常见的空调末端装置——风机盘管的前身。个人拥有超过80项发明专利的开利博士，以其一生在空调科技方面的卓越成就，被誉为“空调之父”，他的名字更被列入美国国家伟大发明家纪念馆，与爱迪生、贝尔、因特异、伊斯曼等杰出发明家齐名，备受世人景仰。由于开利博士对人类文明的突出贡献，他被美国“时代”杂志评为20世纪最有影响力的100位名人之一。
另外，与开利博士同时期还有一位对空调发展史产生一定影响的人物，他就是美国的多面手工程师克勒谋（Stuart W. Cramer）。创造和发明总是“需要”的产物。19世纪上半叶，随着先进国家纺织工业的发展，空气调节接受了巨大的挑战。其中清洁和加湿处理成为了主要的任务。1904年身为纺织工程师的克勒谋负责设计和安装了美国南部约1/3纺织厂的空调系统。系统中开始采用了集中处理空气的喷水室，装置了洁净空气的过滤设备，共包括了60项专利，都达到了能够调节空气的温度、湿度和能够使空气具有一定的流动速度及洁净程度的要求。为了描述他所做的工作，克勒谋先生于1906年5月在一次美国棉业协会（American Cotton Manufacturers Association,缩写ACMA）的会议上正式提出了“空气调节”（Air Conditioning）术语，从而为空气调节命名。他对空气调节的定义是：应包括具有蒸发冷却效果的加湿以及净化空气、供热和通风功能。因此，克勒谋先生被誉为“多面手工程师”和“纺织空调先驱”等称号。
美国舒适空调的发展，远远迟于工业空调。开利博士认为只是在1923年以后，空调才真正成了一件大事！舒适空调才得到发展，并从1930年起迅速增长（此阶段，主要销售了
1
首批房间空调器）。在二次大战之间，舒适空调首先用于电影院、剧场、大型商店等公共场所，其次适用于办公室以及深矿井。1930年后，由于小型制冷机的发展以及可靠性的提高，舒适空调才扩大到各类商店、旅馆、餐厅以及交通运输工具：火车、大客车、轮船等。舒适空调只是在1945年后才进入住宅。
第一座空调电影院是在芝加哥（1911年），后两座是在洛杉矶和纽约（1922年）。纽约空调电影院是第一座真正可以调节空气各种性能的电影院。1925年开始发展，并于1931年估计，美国约有400家电影院和剧场配备了舒适空调。这一市场是空调首次大规模的试验。 大型商店的舒适空调开始于1919年：第一家是布鲁克林Abraham & Straus商店。1927年得克萨斯州的圣安东尼奥有一幢办公大楼全部实现了舒适空调。1930年，费城一幢34层摩天大楼全部配备舒适空调。1938年，华盛顿市府大厦配备了当时最大的空调装置（20930kW）。第一幢无窗办公大楼建于1935年，即Hershey巧克力厂内。
旅馆和餐厅也是空调首批常用客户。医院配空调较少，但对此也很感兴趣。早在1920年就有一个教堂配备了舒适空调。1936年在圣路易斯，1938年在弗吉尼亚有一些小教堂也配备了舒适空调。
1929年在巴尔的摩——俄亥俄运行线上一辆火车餐车配备了舒适空调。1931年在纽约——华盛顿线路上有一列火车全部实现舒适空调。美国空调列车的数量迅速增长，1946年已增至1.3万辆。从1937年起，美国的公共汽车和大客车也采用空调。1946年共计空调大客车有3500辆左右。只是在1945年以后，人们才大规模地实现私人小汽车的空调。另外，从1937年起就采用活动式空调机组使飞机在起飞前降温。
二次世界大战之间，除美国之外的其它国家，空调技术也得到了迅速发展。第一次世界大战后，深矿井的舒适空调已成为空调史的一章，尤其是南非金矿的舒适空调引起人们的关注。1920年，有一座2000米的深矿井采用一套700马力的装置进行降温。南非最大的空调装置是在西部腹地金矿区，1975年为86000kW，在工作面上配有150多台冷却器。在英国，第一座空调旅馆是伦敦的Cumberland旅馆。1900年前，德国已有几套空调装置。1927～1928年，各类工厂尤其是卷烟厂和纺织厂，一些电影制片厂及电影院已采用了空调。1938年，慕尼黑美术馆实现了空调。在法国，1927年巴黎附近的一座医院，1932年一家电话交换局实现了空调。空调于1930年左右在欧洲开始显露，但大规模地发展还是在第二次世界大战以后。除北美和欧洲之外，日本在当时是关注空调较多的国家。1917年一家私人住宅实现了空调，1920年一家糖果厂和1927年一家剧场实现了空调。
在我国，空气调节的发展并不太迟。工业空调和舒适空调几乎是同时起步的。20世纪30年代，曾有过一个高峰时期。1931年首先在上海一地的许多纺织厂安装了带喷水室的空调系统，其冷源为深水井。随后，几座高层建筑的大旅馆和几家所谓“首轮”电影院，先后设置了全空气式空调系统。有一家电影院和一家银行，还安装了离心式制冷机。当时，高层建筑装有空调装置，上海是居全亚洲之冠的。但到1937年，我国不幸遭受日本侵略者的破坏，空气调节事业的发展被迫中断。
解放后，在党的领导下，我国人民奋起直追。20世纪50年代初，从事该专业的技术人员极少，一批来自其他专业的技术人员根据需要，转行投身于这方面的工程设计、施工安装，以前苏联技术为依托，逐步掌握空调专业技术解决建设的急需，并开始按照前苏联标准制作空调系统设备和配件。1952年，我国高等学校开始创办“供热供煤气及通风”专业（最早设立该专业的学校有哈尔滨工业大学、清华大学、同济大学、西安冶金建筑学院（现西安建筑科技大学）、天津大学、太原工学院、重庆建筑工程学院（现重庆大学）、湖南大学，号称暖通专业老八校）。培养可以从事空调工作的技术人才。中国建筑科学研究院开始设置空调技术研究室（现发展为空气调节研究所），有专门的研究人员从事空调方面的研究开发工作。空调作为一门技术开始形成和向前发展。纵观空调在我国的应用和发展，改革开放前的三十
2
年属于基础时期。
改革开放20多年来，我国经济取得了飞速发展。经济建设和社会发展带动空调应用和发展。全国现有大、中、小型设计单位近万个，1/4以上能作空调设计，带空调的工程项目也显著增多。高等院校中有供热、通风及空调工程专业（现调整成为建筑环境与设备工程专业）的学校已从原来的八所发展到2003年：博士点8个、硕士点24个、本科点111个，本科在校生达27246人，毕业生5935人。这些毕业生成为推动空调事业发展的主要技术力量补充来源。研究单位也增加不少，包括大学的、设计院的、工厂或公司的。中国建筑科学研究院空气调节研究所和合肥通用机械研究所具有专门从事空调方面研究的人员和良好的研究条件。施工安装队伍也有较大发展，体现在技术普及面较广。国外引进的代表先进水平的工程，绝大部分是国内安装单位完成的，可以达到严格的验收要求。既有全国性的学术团体（中国制冷学会空调热泵专业委员会、中国建筑学会暖通空调专业委员会、中国电子学会洁净技术学会等），又有行业协会（中国制冷空调工业协会、中国家用电器协会、中国安装协会等）和全国暖通空调技术信息网、冷暖通风设备信息网等，组织全国性的专业活动。
在技术发展方面，已掌握的高精度恒温可连续保持静态偏差优于±0.01℃；高精度恒湿，优于±2％RH ；超高性能洁净室，洁净度达到国标1级标准；已经掌握各种等级的生物洁净整套技术，从而为高技术发展提供了环境技术保障。为了节省高大厂房空调用能、研究并实施的高大厂房分层空调技术，成功地应用于长江葛洲坝电站厂房空调工程，取得了设计冷负荷比传统全空气空调时减少46%的显著效果。解决旅游饭店空调发展起来的空气—水空调系统技术，均已在各类建筑中获得了广泛应用，据中国制冷空调工业协会统计，1995年我国风机盘管产量已超过45万台，大大超过世界空调大国美国、日本的年销量30万台左右的水平。研究出谐波反应法和冷负荷系数法两种新的空调冷负荷计算方法，大大方便了工程设计计算。自行开发的电脑空调控制技术已产品化生产，为配合调试而研制成功的以计算机技术为核心的空调系统仿真装置在功能及技术性能上达到了国际先进水平。热环境、特别是地下热环境模拟分析技术已成功地用于北京、上海、广州等城市的地铁设计模拟分析，为工程提供了有力的技术分析手段。完成了全国270个气象台站的建筑热环境分析专用气象数据集的编制工作，整理出暖通空调设计用室外气象参数。为建筑节能工作的开展做出了应有的贡献。
在空调设备方面，我国已成为仅次于美、日两国，位居世界第三大制冷空调设备生产国。目前，我国房间空调器产量居世界第一位，海尔等房间空调器已走向世界，成为国际品牌。同时也是世界上最大的冷水机组市场，其中吸收式冷（热）水机组产量居世界第二位，其中在352kW以上机组的产量中，中国跃居第一位。在我国，风机盘管和空气处理机组的产量仅低于房间空调器，而位于其他空调设备产量之上。由于这两种产品与国际同类产品性能和质量相差不远，因此国内绝大多数工程中使用的这两种产品都是用国产的。在户式集中空调方面，我国推出水系统—热泵冷热水系统，与日本的制冷剂系统—VRV及美国的空气系统—风管机形成三足鼎立之势。
至今已编制了《采暖通风与空气调节设计规范》和《公共建筑节能设计标准》等国家标准；以及《供热通风空调制冷设计技术措施》（《HVAC暖通空调设计指南》）、《民用建筑暖通空调设计技术措施》和《全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调·动力）》等技术措施，用以指导设计和施工。编制了《房间空气调节器》、《组合式空调机组》和《房间风机盘管空调器》等产品标准，用以规范工业产品质量。建立了“全国制冷标准技术委员会”和“全国暖通空调及净化设备标准化技术委员会”，主持空调设备标准方面的技术审查工作。 建立“国家空调设备质量监督检验测试中心”和“国家家用电器质量监督检验测试中心”等检测中心，从事房间空调器、组合式空调机组、风机盘管等工业产品的质量检测，来推动空调产品的质量提高。
3