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空調(diào)器制冷基本原理以及制冷系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

文章出處：網(wǎng)責(zé)任編輯：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2014-03-22 08:49:00【大中小】

一、制冷基本原理
1、定義
制冷：從低于環(huán)境的物體中吸取熱量，并將其轉(zhuǎn)移給環(huán)境介質(zhì)的過(guò)程。
制冷機(jī)：完成制冷循環(huán)所必需的機(jī)器和設(shè)備的總稱。
制冷裝置：將制冷機(jī)同使用冷量的設(shè)施結(jié)合在一起的裝置。如冰箱，空調(diào)機(jī)等。
制冷劑：除半導(dǎo)體制冷以外，制冷機(jī)都是依靠?jī)?nèi)部循環(huán)流動(dòng)的工作介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷過(guò)程，完成這種功能的工作介質(zhì)，稱為制冷劑，也稱制冷工質(zhì)，俗稱雪種。
2、制冷的基本原理
由于熱量只能自動(dòng)地從高溫物體傳給低溫物體，因此實(shí)現(xiàn)制冷必須包括消耗能量的補(bǔ)償過(guò)程。
制冷機(jī)的基本原理：利用某種工質(zhì)的狀態(tài)變化，從較低溫度的熱源吸取一定的熱量Q0，通過(guò)一個(gè)消耗功W的補(bǔ)償過(guò)程，向較高溫度的熱源放出熱量Qk,。在這一過(guò)程中，由能量守恒得 Qk= Q0 + W。
3、制冷的基本方法
相變制冷：利用液體在低溫下的蒸發(fā)過(guò)程或固體在低溫下的熔化或升華過(guò)程向被冷卻物體吸取熱量。普通空調(diào)器都是這種制冷方法。
氣體膨脹制冷：高壓氣體經(jīng)絕熱膨脹后可達(dá)到較低的溫度，令低壓氣體復(fù)熱即可制冷。
氣體渦流制冷：高壓氣體經(jīng)過(guò)渦流管膨脹后即可分離為熱、冷兩股氣流，利用冷氣流的復(fù)熱過(guò)程即可制冷。
熱電制冷：令直流電通過(guò)半導(dǎo)體熱電堆，即可在一端產(chǎn)生冷效應(yīng)，在另一端產(chǎn)生熱效應(yīng)。
4、單級(jí)壓縮蒸氣制冷循環(huán)
蒸氣壓縮式制冷機(jī)是目前應(yīng)用廣泛的一種制冷機(jī)，有單級(jí)、多級(jí)和復(fù)疊式之分。
單級(jí)壓縮蒸氣制冷機(jī)是指將制冷劑經(jīng)過(guò)一級(jí)壓縮從蒸發(fā)壓力壓縮到冷凝壓力的制冷機(jī)。單級(jí)制冷機(jī)一般可用來(lái)制取-40℃以上的低溫。
普通的空調(diào)器都是利用單級(jí)壓縮蒸氣制冷機(jī)的原理制造的。
單級(jí)壓縮蒸氣制冷機(jī)的由以下幾個(gè)基本組成部份：
壓縮機(jī)
冷凝器
節(jié)流機(jī)構(gòu)（毛細(xì)管）
蒸發(fā)器
制冷劑
壓縮機(jī)：它的作用是將蒸發(fā)器中的低溫低壓制冷劑蒸氣吸入，并壓縮到高溫高壓的過(guò)熱蒸氣，然后排到冷凝器。
常用的壓縮機(jī)有活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式、螺桿式和離心式等等。
壓縮機(jī)有定速壓縮機(jī)和變頻壓縮機(jī)?，F(xiàn)在新的有變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)，例如美的MDV用的谷輪“e-渦旋”壓縮機(jī)可以在10%-100%之間調(diào)節(jié)輸出量，運(yùn)用“TS”技術(shù)可以使壓縮機(jī)的能力輸出實(shí)現(xiàn)級(jí)量調(diào)節(jié)，在控制方面比變頻壓縮機(jī)簡(jiǎn)單、可靠，更接近空調(diào)器的實(shí)際負(fù)荷要求。
冷凝器：它的作用是將來(lái)自壓縮機(jī)的高溫高壓制冷劑蒸氣冷凝成過(guò)冷的液體，在冷凝過(guò)程中，制冷劑蒸氣放出熱量，故要用水或空氣來(lái)冷卻。
不同制冷劑有不同的冷凝壓力。普通家用空調(diào)器冷凝器里面的制冷劑（R22）壓力：標(biāo)準(zhǔn)制冷工況下一般在18 — 19 bar左右，過(guò)負(fù)荷工況下一般在22—24bar左右。
節(jié)流機(jī)構(gòu)：普通空調(diào)常用的是毛細(xì)管，高檔的空調(diào)器用電子膨脹閥。制冷劑經(jīng)過(guò)節(jié)流機(jī)構(gòu)時(shí)，壓力由冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，一部份制冷劑會(huì)在節(jié)流的過(guò)程中閃發(fā)成為氣體。
節(jié)流過(guò)程中制冷劑的焓值不變。
普通的家用空調(diào)器節(jié)流結(jié)束時(shí)大約有20%的制冷劑會(huì)閃發(fā)成氣體。制冷劑沒(méi)有蒸發(fā)就閃發(fā)成氣體降低了空調(diào)器的性能。
蒸發(fā)器：它的作用是使經(jīng)節(jié)流機(jī)構(gòu)后的制冷劑液體蒸發(fā)成蒸氣，以吸收被冷卻物體的熱量。蒸發(fā)器是對(duì)外輸出冷量的設(shè)備。
普通家用空調(diào)器蒸發(fā)器里的制冷劑（R22）的蒸發(fā)壓力在5.5-6.5bar左右。
系統(tǒng)匹配步驟：
選壓縮機(jī)
選冷凝器
選蒸發(fā)器
估算制冷劑充注量
匹配制冷系統(tǒng)
不合格項(xiàng)目的整改
二、系統(tǒng)匹配
一般來(lái)說(shuō)，新匹配一臺(tái)空調(diào)器都有一個(gè)參考機(jī)型
新匹配機(jī)的性能指標(biāo)對(duì)壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器的選擇有很大關(guān)系。
室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速-風(fēng)量-噪音是首先要摸底搞清楚的。
1、選壓縮機(jī)
根據(jù)實(shí)際情況選擇壓縮機(jī)型式：活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式及其電源規(guī)格
一般來(lái)說(shuō)，家用空調(diào)器中活塞式用得比較少，T3型空調(diào)器一般會(huì)選擇活塞式壓縮機(jī)。
目前3P以下的家用空調(diào)器大多數(shù)都是轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)。轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)又分單轉(zhuǎn)子與雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)。
3P以上的家用空調(diào)器一般會(huì)使用渦旋式壓縮機(jī)。
根據(jù)空調(diào)器的制冷量大小來(lái)選擇壓縮機(jī)的大小，一般來(lái)說(shuō)按空調(diào)器的額定制冷量是壓縮機(jī)的單體能力的90%來(lái)選擇。
壓縮機(jī)每一個(gè)排量（1cc）的能力約為175W。
2、選冷凝器
長(zhǎng)U管管徑，內(nèi)螺紋管還是光管
在正常的范圍內(nèi)，管徑越小，換熱系數(shù)越大，耐壓也越大，但流動(dòng)阻力也越大。
內(nèi)螺紋管比光管換熱系數(shù)高，不同形式的內(nèi)螺紋管換熱系數(shù)也不一樣
小管徑冷凝器及新型的內(nèi)螺紋管的研究是一個(gè)重要的方向。
選擇非親水鋁箔（普通鋁箔）還是親水鋁箔，選擇片型是平片、沖縫片還是波紋片，選擇片距
選擇其它型式的冷凝器
高效的冷凝器有全鋁冷凝器、全銅冷凝器等等
3、選蒸發(fā)器
長(zhǎng)U管管徑，內(nèi)螺紋管還是光管
一般來(lái)說(shuō)蒸發(fā)器的長(zhǎng)U管徑可以選擇小管徑的。
選擇親水鋁箔
一般選擇沖縫片，最小片距可達(dá)1.3mm。
4、估算制冷劑充注量
參考機(jī)型的制冷劑充注量
一臺(tái)空調(diào)正常狀態(tài)下約有60%的制冷劑會(huì)在室外側(cè)的冷凝器里，約40%的制冷劑在室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)器里。
以參考機(jī)型為基礎(chǔ)，算出冷凝器和蒸發(fā)器內(nèi)容積增大（或減少）的比例，估算出大概的制冷劑充注量。
比如說(shuō)：參考機(jī)型充注量為1000g，內(nèi)機(jī)不變，室外機(jī)冷凝器由單排變?yōu)?.5排：側(cè)估算充注量為：
1000*0.6*1.5+1000*0.4=1300(g)
一般來(lái)說(shuō)，估算的充注量要比最后的要稍多。這個(gè)只能靠經(jīng)驗(yàn)掌握。估算的只能提供一個(gè)大概。
5、匹配制冷系統(tǒng)
以下各點(diǎn)是對(duì)一般情況而言的，以下數(shù)據(jù)做一個(gè)參考。
*制冷工況匹配，以下對(duì)策中的“增加冷媒”僅作為最后的手段，此方法應(yīng)該盡量避免。
在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況下匹配的目標(biāo)：
1）排氣溫度目標(biāo)值：85-90℃
高于目標(biāo)值，則應(yīng)該減短毛細(xì)管，加大室外機(jī)風(fēng)量或追加冷媒。
低于目標(biāo)值，則加長(zhǎng)毛細(xì)管，減少冷媒。
如果是特別匹配的高效制冷系統(tǒng)，排氣溫度較低，一般在70-80 ℃。

2）冷凝器中部溫度目標(biāo)值：45-50℃左右，過(guò)冷度目標(biāo)值在5-10 ℃左右
冷凝器出口最低在37-38 ℃，若過(guò)低則與環(huán)境35 ℃溫差太小，換熱量很少
冷凝器中部溫度高于目標(biāo)值，則應(yīng)該減短毛細(xì)管，加大室外機(jī)風(fēng)量或加大冷凝器。
冷凝器中部溫度低于目標(biāo)值，則應(yīng)該加長(zhǎng)毛細(xì)管，追加冷媒。
3）蒸發(fā)器中部溫度目標(biāo)值：8-12℃左右，過(guò)熱度目標(biāo)值在0-1 ℃左右
蒸發(fā)器中部溫度值高于目標(biāo)值則加長(zhǎng)毛細(xì)管。
蒸發(fā)器中部溫度值低于目標(biāo)值則減短毛細(xì)管，加大室內(nèi)機(jī)風(fēng)量或加大蒸發(fā)器。
蒸發(fā)器過(guò)熱度值高于目標(biāo)值則減短毛細(xì)管，增加冷媒。
蒸發(fā)器過(guò)熱度值低于目標(biāo)值則加長(zhǎng)毛細(xì)管，加大室內(nèi)機(jī)風(fēng)量，減少冷媒或加大蒸發(fā)器。
4）壓縮機(jī)回氣溫度比蒸發(fā)器出口溫度可高出1-2℃左右。
若回氣溫度高出出口溫度較大，比如出口為10 ℃，而壓縮機(jī)回氣有20 ℃，這個(gè)是壓縮機(jī)排氣溫度上升的原因，應(yīng)該減短毛細(xì)管或增加冷媒。
若回氣溫度低于出口溫度很多，比如出口為10 ℃，而壓縮機(jī)回氣有5 ℃，這個(gè)是壓縮機(jī)排氣溫度下降的原因，這時(shí)候冷媒在蒸發(fā)器中不能充分蒸發(fā)而導(dǎo)致能力不足，應(yīng)該加長(zhǎng)毛細(xì)管或減少冷媒。
5）制冷過(guò)負(fù)荷工況下。
若OLP動(dòng)作，則應(yīng)該加大外側(cè)風(fēng)量，冷媒增多壓縮機(jī)負(fù)荷加大，如果可能的話可減短毛細(xì)管，并減少冷媒，或加大冷凝器。
保證高壓側(cè)壓力不超過(guò)26.5bar， 26.5bar對(duì)應(yīng)冷凝器中部溫度65 ℃左右。
壓縮機(jī)排氣溫度一般要在115 ℃以下，不要超過(guò)125 ℃，壓縮機(jī)電機(jī)的線圈溫度比排氣溫度高10 ℃左右，溫度過(guò)高的話可能燒線圈。排氣溫度過(guò)高時(shí)可減短毛細(xì)管或加大冷凝器或增加冷媒（注意減短毛細(xì)管時(shí)可能會(huì)使標(biāo)準(zhǔn)工況下能力下降）

5）過(guò)載保護(hù)器OLP（Over Load Protector）動(dòng)作
過(guò)載保護(hù)器是由電流與溫度共同控制的。
OLP曲線圖有兩種表示型式。如下圖，分三個(gè)區(qū)域或兩個(gè)區(qū)域。
如圖所示的OLP曲線，當(dāng)電流為 I1 時(shí)只要壓縮機(jī)溫度小于 t1 壓縮機(jī)的OLP是不會(huì)動(dòng)作的?；蛘?，當(dāng)壓縮機(jī)溫度是 t1 時(shí)，壓縮機(jī)的電流小于 I1 時(shí)，OLP不會(huì)動(dòng)作。
5）最小制冷工況下。
蒸發(fā)器溫度不能低于0 ℃ ，到0 ℃ 以下時(shí)，蒸發(fā)器上附著的除濕水份會(huì)開(kāi)始凍結(jié)，不能制冷，當(dāng)冰成塊掉下來(lái)的時(shí)候會(huì)打壞風(fēng)輪。
空調(diào)器的防凍結(jié)功能，當(dāng)檢測(cè)到蒸發(fā)器的溫度T2連續(xù)一段時(shí)間低于某溫度值時(shí)，壓縮機(jī)停止工作，等到T2上升到某溫度時(shí)才開(kāi)始工作。如美的分體機(jī)：T2連續(xù)5分鐘低于2 ℃則停壓縮機(jī)，內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，T2上升到8 ℃后再開(kāi)壓縮機(jī)。
確保壓縮機(jī)殼體底部溫度高于冷凝器中部溫度5 ℃以上。若不能保證，壓縮機(jī)油會(huì)被冷媒稀釋，潤(rùn)滑油會(huì)失去機(jī)能，這樣壓縮機(jī)滑動(dòng)部分開(kāi)始磨損，最終造成不能運(yùn)轉(zhuǎn)。

6）匹配性能時(shí)
調(diào)節(jié)毛細(xì)管和冷媒量的組合，可得出對(duì)應(yīng)的出風(fēng)溫度
選擇出風(fēng)溫度最低的毛細(xì)管和冷媒量的組合測(cè)試能力
針對(duì)測(cè)試結(jié)果作一些微調(diào)節(jié)，把空調(diào)各參數(shù)到匹配到一個(gè)理想組合。
7）不合格項(xiàng)目微調(diào)與整改
能力不足：
壓縮機(jī)是否過(guò)?。?nbsp;
毛細(xì)管與冷媒量是否是理想組合？
室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)風(fēng)量是否合理？
兩器大小是否合理？
功率過(guò)高與大制冷跳停：
外側(cè)風(fēng)量是否合理？
冷凝器大小是否合理？冷凝器制作是否有問(wèn)題（沒(méi)有脹緊、疊片、倒片、片距不對(duì)）
是否冷媒過(guò)多或者毛細(xì)管過(guò)長(zhǎng)？
冷凝器流路設(shè)計(jì)不合理造成嚴(yán)重復(fù)熱，或流路半堵，降低冷凝器性能？
凝露工況不合格
低風(fēng)風(fēng)速是否定得過(guò)低？（風(fēng)速過(guò)高會(huì)造成吹水）
室內(nèi)機(jī)是否漏風(fēng)？是否流路不均，嚴(yán)重偏流？
冷媒是否不足，造成缺液蒸發(fā)？

室外機(jī)有冷媒流動(dòng)聲
毛細(xì)管組件用防振膠包住
在兩個(gè)管徑變化大的地方加過(guò)渡管
在過(guò)渡管處包防振膠
異聲或噪音超標(biāo)
如果是風(fēng)道的異聲，則要改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、安裝位置或換風(fēng)輪
如果是制冷系統(tǒng)的異聲，則在固頻不合格處加配重塊或防振膠改變其固頻
在配管振動(dòng)大的地方貼防振膠
在壓縮機(jī)排氣管上加消聲器
壓縮機(jī)包隔音棉
鈑金件上貼隔音棉
三、影響 EER、COP 的主要因素
逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)
具有傳熱溫差的外部不可逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)
循環(huán)效率（熱力完善度）
空調(diào)器的EER、COP影響主要因素
1、逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)
逆向循環(huán)是一種消耗功的循環(huán)，所有的制冷機(jī)都是按逆向循環(huán)來(lái)工作的。
當(dāng)高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩吹臏囟炔蛔儠r(shí)，具有兩個(gè)可逆的等溫過(guò)程和兩個(gè)等熵過(guò)程的逆向循環(huán)稱為逆卡諾循環(huán)。
1、逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)
如圖所示的逆卡諾循環(huán)T-s圖，制冷劑放熱時(shí)的溫度與高溫?zé)嵩吹臏囟染鶠門2，制冷劑吸熱時(shí)的溫度與低溫?zé)嵩吹臏囟染鶠門1。
2、不可逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)
如圖所示的不可逆卡諾循環(huán)T-s圖，制冷劑放熱時(shí)的溫度為Tk，高溫?zé)嵩吹臏囟葹門2，制冷劑吸熱時(shí)的溫度為T0，低溫?zé)嵩吹臏囟葹門1。則制冷系數(shù)為：EER1=T0/(Tk-T0) 任何一個(gè)不可逆循環(huán)的制冷系數(shù)總是小于相同熱源溫度時(shí)的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)
所有的實(shí)際的制冷循環(huán)都是不可逆循環(huán)。
3、循環(huán)效率（熱力完善度）
循環(huán)效率是表示實(shí)際循環(huán)的完善性接近可逆卡諾循環(huán)的程度，定義為：
η=EER1 / EER0
在兩個(gè)熱源溫度不變的情況下，提高η或EER1的方法有：
降低Tk溫度
升高T0溫度
同時(shí)降低Tk溫度和升高T0溫度
3、循環(huán)效率（熱力完善度）曲線圖
4、如何提高空調(diào)器的EER
從制冷系統(tǒng)上說(shuō)，降低冷凝溫度Tk和升高蒸發(fā)溫度T0都可以使EER上升
采用高效的壓縮機(jī)
適當(dāng)加大冷凝器、加大室外機(jī)的風(fēng)量，使Tk下降
適當(dāng)加大蒸發(fā)器、加大室內(nèi)機(jī)的風(fēng)量，使T0上升
利用高效的換熱器，例如用內(nèi)螺紋管代替光管、全鋁換熱器
從整機(jī)上說(shuō)
采用高效的直流電機(jī)代替交流電機(jī)
采用直流變頻壓縮機(jī)代替普通定速壓縮機(jī)或交流變頻壓縮機(jī)
冷媒充注量盡量少
采用排量較大的變頻壓縮機(jī)代替排量較小的變頻壓縮機(jī)，以壓縮機(jī)的額定頻率來(lái)做制冷的主頻
加大內(nèi)外機(jī)風(fēng)量的同時(shí)要考慮風(fēng)機(jī)功率的增加，從整機(jī)上說(shuō)，不一定是風(fēng)量越大EER越高
制冷系統(tǒng)要匹配到一個(gè)理想狀態(tài)

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空調(diào)器制冷基本原理以及制冷系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

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