1、空调系统原理 （基础篇）,AIRSPA售后服务管理中心 2012年01月,目录：,空调的简介 空调的制冷原理 空调制冷系统的组成 空调制冷系统中制冷剂的相变 主要制冷器件的介绍 空调的相关国家标准 空调的现状和发展前景 典型空调制冷系统的设计,1.1、空调的概念：空调即为“空气调节”的简称，（air conditioning）是指对一特定空间内空气的温度、湿度、空气流动速度、空气清洁度进行人工调节，以满足人体舒适和工艺生产过程。用于实现空气调节的设备就称为“空气调节器”，在日常生活中，一般简称为“空调”。如我们平时所使用的空调就称为“房间空气调节器”。在实现空气调节的目标时，自然就会伴随着空调
2、器的制冷、制热、除湿、送风、空气清新等功能。空调器的基本原理从的能量转换的角度可以这样理解：制冷时，通过制冷剂或载冷剂将室内的热量转移到室外释放掉，从而使室内温度降低。而制热的原理正好相反，通过制冷剂或载冷剂将室外的热量转移到室内释放掉，从而使室内温度升高。,1、空调的简介：,1.2、空调器的分类：,控制对象和要求：舒适性空调、工业空调适用场合：家用、商用使用工况：（最高温度）：T1（43）、T2（35）、T3（52）结构形式：分体式：室内：D吊顶、G挂壁、L落地、T天井、Q嵌入室外：W整体式：窗机、C穿墙式、移动式 能力的输出情况：定速、变频（交流、直流）主要功能：单冷（冷风）、冷暖（热泵）
3、、电热其他：冷媒：R22、R410A、R407C电源：100V/110V、220V、250V,2、空调的制冷原理：,2.1、制冷的相关原理（1） 制冷原理：逆卡诺循环（2） 管内换热：强迫对流换热（相变换热） 冷凝器：凝结换热 蒸发器：沸腾换热（3） 管外换热：强迫对流换热（风冷）两大循环系统：制冷剂循环系统空气循环系统 （4） 能量原理：QC = QE + W,2.2、压焓图：,2.2、R22饱和态参数表：,2.3、主要的参数：,1、能力大小：决定了制冷配件的选型 2、压力：决定了制冷器件的耐压设计等。 3、压力损失：制冷器件的内部结构设计会使其前后产生压力损失，影响性能参数。 4、温度：材
4、料的使用。 5、制冷剂：R22 R410A R407C内部材料及使用要求。,3.1、制冷系统的组成,3.1、制冷系统的组成,4.1、制冷过程中的相变,4.2、制热过程中的相变,5、主要制冷器件的介绍,（1）四大部件： l 压缩机：l 冷凝器： l 节流装置：l 蒸发器：,（3）制冷剂： l R22l R410A l R407C,（2）其他l 电磁阀：l 截止阀：l 单向阀：l 过滤器：l 干燥过滤器： l 四通阀 l 消音器l 储液器,5.1、压缩机,5.1.1、简介 空调用压缩机一般为全封闭制冷压缩机。分类：往复式 效率 低 滚动转子式：单转子双转子涡旋式 高 压缩机电机：直流交流,汽缸,活
5、塞,叶片,叶片槽,5.1.2、转子式压缩机简介,5.1.3、典型压缩机结构图示例,双转子,单转子,5.1.4、涡旋压缩机简介,涡旋压缩机工作原理,涡旋式制冷压缩机的特点： 1、相邻两室的压差小，气体的泄漏量少。 2、转矩变化幅度小、振动小。 3、没有余隙容积，故不存在引起输气系数下降的膨胀过程。 4、无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低。 5、由于采用气体支承机构，故允许带液压缩。 6、机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机的输气系数。 7、涡线体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加工设备。 8、密封要求高，密封机构复杂。,5.1.5、直流压缩机的分类,1、按照电机的定子绕线方式
6、：（1）分布绕线（2）集中绕线 2、按照磁铁的材料分：（1）永磁体（NdFeB）（2）铁氧体 3、按照电机的转子磁铁的配置方式分：(1）转子表面安装磁铁的电机（SPM）（2）转子内部安装磁铁的电机（IPM）,分布绕线和集中绕线,SPM和IPM,5.1.6、压缩机常见故障及对策,蒸发器： 蒸发相变的热交换器。在制冷系统中的作用是对外输出冷量，冷却被冷却的介质。,5.2、冷凝器、蒸发器 换热器：,冷凝器： 冷凝相变的热交换器。在制冷系统中的作用是对外输出热量。,5.2.1、冷凝器、蒸发器 换热器：,分类： 强制通风式、 自然对流式。,组成： 翅片：平片、波纹片、开窗片光箔、亲水、憎水 铜管： 光管
7、、内螺纹管,5.2.2、冷凝器的设计：,5.2.3、蒸发器的设计：,5.2.4、冷凝器、蒸发器常见故障及对策,5.3、节流装置（1）毛细管： （2）电子膨胀阀：（3）节流阀 （4）热力膨胀阀,5.3.1、毛细管,内径0.62.0mm，外径2 3mm的紫铜管盘制而成。,5.3.1、毛细管的变化对系统的影响,制冷系统的冷媒充注量一定，在此条件下毛细管设计值为：L & D，则此时如果毛细管：,毛细管的节流特性参数涉及：毛细管长度 & 毛细管内径，一般来讲：毛细管越长，内径越小，节流越大，流量越小。其一般来讲，在同样的工况下和流量下，两参数有以下关系：,系统中毛细管的相关问题,5.3.2、电子膨胀阀（
8、电磁膨胀阀）,电子膨胀阀是目前国内各大制冷配件厂家关注的热点。特别是目前国内对空调进行了节能的能效等级划分，以及变频空调的相关节能标准的推出，推动了国内变频空调对电子膨胀阀的设计进度。电子膨胀阀作为变频空调中的节流器件，是制冷系统中最为关键的器件之一。由于变频空调的压缩机频率可以变化，使得系统中制冷剂的流量变化，加上工况的变化，如果要使换热器发挥最大的换热效率，使用可以调节制冷剂流量的电子膨胀阀是非常好的设计。目前，国内空调器的设计一般常用的毛细管节流，由于其自身对流量的调节能力极小，是不适合变频空调的，其无法最大限度的发挥变频空调的相关性能优势。,结构简介,其主要组成如下：驱动线圈阀体 转子
9、 （阀体如图所示） 阀针节流孔管路,其驱动工作原理： 是给驱动线圈以脉冲信号，类似步进电机控制，使其带动转子上的阀针旋转，这样将改变阀针和节流孔之间的开合大小，从而来调节节流口径，实现可变的节流控制。,5.3.2、电子膨胀阀的流量曲线,流量,阀开度,250,500,3.4,2.2,1.6,1、开环控制：其主要是在设计时根据不同的工况和频率，测试出相应的优化电子膨胀阀开度曲线，在实际控制时可按照经验曲线进行控制。 目前具体的控制有：拟合曲线开环控制、模糊开环控制等。 开环控制的优点就是控制比较简单，易于实现，但缺点精度差，控制的鲁棒性较差，前期确定开度曲线的工作量较大。2、闭环控制： 闭环控制方
10、案有很多，但从总的控制参数方面来看，目前主流的方案有两种：过热度控制和排气温度控制。变频空调在实际运行时可适时的根据其制冷系统的排气温度特性曲线和过热度特性曲线进行自动调节，以满足系统运行的优化状态。 闭环控制的优点是控制精度较高，控制的鲁棒性较好，前期设计中工作量相对较小，但控制算法比较复杂。,5.3.2、电子膨胀阀的控制介绍,压缩机运行频率,室外温度,排气目标温度,实测排气温度,电子膨胀阀开度调节,空调制冷 系统运行,5.3.3、电子膨胀阀控制原理介绍,5.3.3、电子膨胀阀系统特性,5.3.3、电子膨胀阀系统特性,5.3.3、电子膨胀阀故障维修,电子膨胀阀一般来讲在使用过程中出现问题最多
11、的是：不动作。 其主要导致的原因有两方面： 1、电控驱动方面：一般电子膨胀阀的驱动电压为 12V10%。当一些特殊情况下如低电压、控制板故障等时，其驱动电压低于下限时，就有可能导致不动作。因此因先查驱动电压是否正常。 2、机械故障：此方面主要是变形、配合不当、磨损、杂质异物进入、润滑不好等导致步进机构卡住不动作。可采取敲击、升温等方式试探。,5.3.4、节流阀,属一种孔板节流装置，通过微小的孔径进行节流降压。其相当于将毛细管、单向阀、过滤器集成于一体。,5.4、四通阀,四通阀由三部分组成：1、先导阀2、主阀3、电磁线圈,5.4.1、不同状态下四通阀内部流程图,电磁阀断电，先导滑阀2在弹簧3的作
12、用下左移，高压气体进入毛细管1后进入活塞腔4，另一方面，活塞腔5 的气体排出，由于活塞两端的压差作用，活塞及主滑阀6左移，使E、S接管相通， D、C接管相通,一般便形成制冷循环。,5.4.1、不同状态下四通阀内部流程图,电磁阀通电，先导滑阀2在电磁线圈产生的磁力的作用下右移，高压气体进入毛细管1后进入活塞腔5，另一方面，活塞腔4的气体排出，由于活塞两端的压差作用，活塞及主滑阀6右移，使S、C接管相通， D、E接管相通,一般便形成制热循环。,5.4.2、常见四通阀故障,用于空调器、冷冻机等制冷设备，使系统中压缩机停止时防止高压逆流和制热时控制冷媒量，达到制热的目的。 特性：采用不锈钢锥度或尼龙阀
13、芯，密封性能好，导向稳定，阀芯在阀座内滑动灵活，无卡死现象，工作时无噪声，工作时间越长密封性能越好，泄漏量越小，使用寿命长，在高温焊接时不需冷却保护，不易变形。 适用介质：R22、R407C、R410A 通径：2.8-10mm,5.5、单向阀,5.5.1、单向阀简介,5.5.2、单向阀原理,原理： 正向通流，反向截止注意事项： 1、阀芯材料 2、焊接温度,反向,正向,5.6、截止阀,1、流量,2、压力损失,5.7、制冷剂目前国内空调用制冷剂基本上都为R22。单工质制冷剂。 化学分子式：CHF2CL，标准沸点：-40.8 ；凝固温度为： -160 不燃烧、不爆炸、无色、无味、微毒。属于HCFC。
14、 水在R22中可溶，因此需进行水分控制，否则会发生冰堵。 国外已经有用 R410A 和 R407C 进行替代。 以下是两种新冷媒的成分组成：,5.7.1、不同制冷剂所要求的设计与生产工艺对比,能力,排气温度,排气压力,吸气温度,吸气压力,冷媒量（g）,能力* 压力* 温度,5.7.2、制冷剂变化对系统的影响,最优点,缺氟,过充,6、空调的相关国家标准：,1GB/T 7725-2004房间空气调节器 2GB 4706.1-1998家用和类似用途电器的安全通用要求 3GB 4706.32-1996 家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求 4GB4343-1995 家用和类似用途电动
15、、电热器具，电动工具以及类似电器无线电干扰特性测量方法和允许值 5GB4343.2-1999 家用电器、电动工具和类似器具的要求第2部分：抗扰度产品类标准 GB17625.1-1998 低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流A） GB 12021.3房间空调器能源效率等级,6.1、标准简介,6.1、GB/T 7725-2004：,6.3、GB12021.3：,6.3、空调的能效比,能效比： Energy Efficiency Ratio 在额定工况和规定条件下，空调器进行制冷运行时，制冷量与有效输入功率之比，其值用W/W表示，缩写：E.E.R.EER (能效比) = 制冷量 /
16、 耗功功率。 国家标准规定： 室外：35C / 24C 室内：27C / 19C 测得制冷量和制冷功率求出EER。如：EER = 2613/1000 = 2.613性能系数： Coefficient Of Performance 在额定工况（高温）和规定条件下，空调器进行热泵制热运行时，制热量与有效输入功率(effective power input)*之比，其值用W/W表示。缩写C.O.P.COP (能效比) = 制热量 / 耗功功率。 国家标准规定： 室外：7C / 6C 室内：20C / 15C 测得制冷量和制冷功率求出EER。如：COP = 3606/1200 = 3.00,6.4、季
17、节能效比：,制冷季节能源消耗效率 :SEERSeasonal Energy Efficiency Ratio 制冷季节期间，空调器进行制冷运行时从室内除去的热量总和与消耗电量的总和之比。制热季节能源消耗效率 : HSPF Heating Seasonal Performance Factor 制热季节期间，空调器进行热泵制热运行时，送入室内的热量总和与消耗电量的总和之比。,6.4、变频空调的能效分级：,1、上海地方标准-已于2006.06在上海地区实施变速（变频）房间空气调节器能源效率限定值及能效等级其对变频空调的节能评价是按照GB/T 7725-2004中要求，以SEER进行评价， 具体能源
18、效率等级指标（SEER不低于）如下：,2、国家标准-已于2007.02在审定完成其对变频空调的节能评价也是以SEER进行评价，即将出台的具体能源效率等级指标（SEER不低于）如下：,6.5、案例：,海信KFR-23*GW/BP空调： 1、如果使用毛细管设计：则 额定制冷量2277W 额定能效比3.266 中间制冷量1378W 中间能效比3.695 则:SEER= 4.24652、如果使用电子膨胀阀设计：则 额定制冷量2277W 额定能效比3.266 中间制冷量1439W 中间能效比3.787 则:SEER= 4.3426,6.5、案例：,7、空调的现状和发展前景,7.1、节能性：目前，由于能源
19、资源问题的供需矛盾的日益突出，使得各国家对于空调器的节能方面的性能指标提出了强制性的标准和法规。,附：2002年日本家电制品省工最新报告,日本空调的相关节能法。（2003年10月实施）,欧洲空调的相关节能法：,风冷分体式空调的能效比分级：,7.2、环境保护,环保： （1）工质替代： 1987年蒙特利尔协定GWP：Global Warming Potential 全球变暖潜能值ODP：Ozone Depletion Potential 消耗臭氧潜能值R22 ： 属HCFC ：碳氟氯化氢R410A、R407C替代：属HFC ： 碳氟化氢（2）环保材料的使用：日本的回收法 （3）电磁兼容：EMC E
20、MIEMS,7.3、舒适性,l 舒适性：温度控制：控制精度提高、温度区域的控制、多点控制（如体感传感器、红外感温）、湿度控制：相对湿度传感器、不降温除湿加湿控制降低噪音：大直径的贯流风扇空气动力降噪设计空气清新 ：除尘：防霉过滤网、活性炭、光触媒、冷触媒除菌：紫外线、负离子、高压静电换新风制氧：富氧膜、,7.4、外观造型,随着生活水平的提高，消费者对空调的外观造型提出了越来越高的要求。 l 新技术新材料的应用。 l 个性化的外观设计。 l 便于拆卸清洗的设计。 l 平面化隐藏设计。,8、典型的制冷系统设计：,8.1、一般的热泵型空调的制冷系统 8.2、不降温除湿空调制冷系统 8.3、旁通除霜的空调制冷系统 8.4、一拖多的空调制冷系统,8.1、一般的热泵型空调的制冷系统,8.2、制冷剂循环图不降温除湿,8.2、制冷剂循环图（）,室内换热器及管路,关键管路,说明： 节流消音器与常开电磁阀并联。,室内制冷系统,关键管路,室外换热器及管路,室外制冷系统,说明： 双毛细管结构与常闭电磁阀并联。,8.3、旁通除霜的热泵型空调的制冷系统,8.4、一拖多空调的制冷系统,Thanks,
