1、制冷系统的基础知识 及常规设计参数,制冷技术研究院李 欣,提 纲,空调器的功能 制冷循环的基础知识 制冷系统的组成 常规的设计匹配参数 制冷循环的变化 常见制冷系统系统故障分析,空调器功能,降 温在空调器设计与制造中，一般允许将温度控制在16-32之间。 升 温热泵型与电热型空调器都有升温功能。热泵型空调器的升温能力随室外环境温度下降逐步变小，若温度在-10时几乎不能满足供热要求。,除 湿空调器在制冷过程中伴有除湿作用。人们感觉舒适的环境相对湿度应在40-60%左右，当相对湿度过大如在90%以上，即使温度在舒适范围内，人的感觉仍然不佳。 增加空气负离子浓度空气中带电微粒浓度大小，会影响人体舒适
2、感。空调上安装负离子发生器可增加空气负离子浓度，使环境更舒适，同时对降低血压、抑制哮喘等方面有一定医疗效果。,净化空气空气中含一定量有害气体如NH3、SO2等，以及各种汗臭、体臭和浴厕臭等臭气。空调器净化方法有：换新风、过滤、利用活性碳或光触媒吸附和吸收等。 换新风：利用风机系统将室内污浊空气往室外排，使室内形成一定程度负压，新鲜空气从四周门缝、窗缝进入室内，改善室内空气质量。 光触媒：在光的照射下可以再生，将吸附（收）的氨气、尼古丁、醋酸、硫化氢等有害物质释放掉，可重新使用。,制冷循环的基础知识,在制冷方法上，现在应用最多的是蒸气压缩式 制冷法，即利用液体的汽化热进行制冷的方法。在 蒸发器内
3、冷媒从被冷却物吸收热量，变成蒸气，从 而产生了冷却效果。蒸发形成的蒸气被压缩机入， 压缩成为高温高压的过热蒸气，然后流进冷凝器。 在冷凝器中被空气或冷却水冷却，冷凝液化，然后 通过节流装置节流，压力降低，然后再次进入蒸发 器蒸发，冷却被冷却物。,压-焓图（lgP-h),压焓图（lgp-h图）表示了冷媒的热力学性质 （压力、温度、热量等）。利用p-h图进行热计算， 可以制冷系统的制冷能力，冷凝热量等。另外，通 过读取压焓图可以了解制冷装置的运行状态。lgp-h 图，纵座标表示压力，横座标表示比焓，由以下一 些参数组成：等压线、等温线、等比焓线、等比熵 线、饱和温度线、饱和蒸气线、饱和液线、等干度
4、 线，等比容线。,压-焓图（lgP-h),饱和蒸气线,饱和液线,等比熵线,等比容线(m/kg),制冷系统的组成,公司的主要产品空调器和抽湿机 基本结构都是由制冷（制热）系统, 空气循环系统、电气控制系统、壳 体以及保温隔音棉辅助部件等几大 部件组成。,制冷（制热）系统,结构：完成制冷循环的四个关键部件：压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器，是每种空调器所共有的。具体由压缩机、消音器、电磁四通阀、冷凝器、过滤器、毛细管、阀门、管接头和接管螺母、分流器、汽液分离器、管路等组成。,制冷系统的组成,压缩机一般分为旋转式，往复式和涡旋式压缩机，都 是利用内部机构容积的改变来实现制冷剂气体的压 缩过程。而旋转式
5、压缩机具有无吸气阀，吸气管直 通压缩室，向上排气等一系列特点，所以具有气流 阻力小，机械损失少，吸气过热低等优点，所以在 空调器上得到广泛应用。,制冷系统的组成,热交换器蒸发器和冷凝器统称为热交换器，在空调器中是用来使 制冷剂与空气进行热交换的装置。热交换器是将肋片串在紫 铜管上胀紧而成，通过增加换热面积来增加换热量。若肋片 碰扁或氧化、脏时，将增大风阻减小换热面积，所以生产中 应注意控制肋片清洁平整。肋片材料为铝箔，其形状有平片 波纹片和冲缝片，空调器用的换热器中最常用的是冲缝片。近年采用亲水膜涂层的铝箔作翅片，使空气中水分在换 热器中冷凝成水分成膜状流下，不会形成“水桥”，从而加大 循环风
6、量；并有较好的抗腐蚀性能。换热器铜管也采用内螺 纹管加大内表面面积，强化传热效果。,制冷系统的组成,节流装置（毛细管）节流装置的作用是降低液体制冷剂的压力和温度，调节 进入蒸发器制冷剂流量。在空调器中通常采用电磁阀和毛细 管，而以毛细管使用最为广泛。毛细管是一根内径0.5-2.0mm，长度0.5-2m的紫铜管.在 特定的工况下,毛细管与制冷系统匹配,使制冷装置的工作状 态达到最佳.当压缩机停机后,系统内高、低压力能通过毛细 管迅速达到平衡,有利于压缩机的再次启动。毛细管对制冷系 统工况变化适应性差,不能使各种工作状态都处于最佳。当环 境温度、制冷剂充入量或室内外机配置等改变时，空调的运 行效果
7、不能很好保证。另外毛细管内径小易被脏物或水分堵 塞,因此使用毛细管的制冷系统必须保证内部清洁、干燥、不 能被氧化，并在毛细管前使用过滤器。,制冷系统简图,1,冷凝器,压缩机,蒸发器,节流装置,排气,放热,(液化) 冷凝,吸热,吸气,2,3,4,制冷系统的组成,四通阀 电磁式四通阀是热泵型空调系统的重要器件， 它采用四通先导阀控制主阀，具有换向可靠的特 点，它能瞬时换向并可在最小压差下动作，使经过 四通阀的压降和泄漏减到最小 。四通阀由三部分组成：先导阀、主阀和电磁线 圈。这种四通阀动作的显著特点就是通过启动先导 阀，控制四通阀的换向。,四通阀结构图,四通阀结构图,当电磁线圈处于断电状态，如图先
8、导阀左移，高压流体进入毛细管再流入活塞腔，另一方面，活塞腔流体排出，活塞及滑阀左移。形成制冷循环。 当电磁线圈处于通电状态，如图先导阀右移，高压流体进入活塞腔，另一方面，活塞腔流体排出，活塞及滑阀右移。形成制热循环。 热泵型空调器的工作过程.exe,制冷循环和p-h图,冷媒通过反复的蒸发、压缩、冷凝、膨 胀，将蒸发器吸收的热量通过冷凝器排到大 气或冷却水中，从而将热量由低温部传到高 温部。将这种冷媒流动一周称为制冷循环。制冷循环通常不是一成不变的，随蒸发 温度和冷凝温度的不同而产生较大变化。下 图将制冷循环冷媒状态变化与压-焓图联系起 来 ：,制冷循环和p-h图,压缩过程压缩机压缩冷媒蒸气时,
9、蒸气压力增大,同 时温度升高。假如压缩过程中不对外散热,冷 媒蒸气具有的能量比压缩前多增加了压缩功. 把这种压缩称为绝热压缩。在理想的制冷循 环中压缩是当作绝热压缩处理的。在压-焓图 上沿等熵线变化。,制冷循环和p-h图,冷凝过程压缩过程中成高温高压状态的冷媒气流 进冷凝器，在此被空气或水冷却，放出冷凝 热，变成液体。冷凝器所放出的热量包括冷 媒在蒸发器内吸收的蒸发热和压缩机的压缩 功。即冷凝热FK（KW）等于制冷量（蒸发 器内吸收的热量）FO（KW）加上压缩机所 需动力P（KW）,制冷循环和p-h图,节流过程（膨胀过程）膨胀过程就时在上述冷凝过程中被液化的高压 冷媒输送到蒸发器之前的行程。在
10、这一行程中需要 降低冷媒压力。这个过程称为调压膨胀。膨胀阀、 毛细管起这种作用。膨胀阀的膨胀过程是不可逆变 化，冷媒不做任何功，也没有热量进出，所以也被 称为绝热膨胀（几乎是等焓的）。此时压力、容 积、温度变化较大。,制冷循环和p-h图,蒸发过程蒸发器通过低温冷媒蒸发而起到冷却作用。因此， 从膨胀阀输送过来的冷媒量、从外部进入蒸发器的热量 及压缩机吸入量三者取得平衡后，即进入稳定运行状态. 如果由外部吸收的热量较少，这时冷媒的蒸发量减少， 压缩机的吸气压力下降。压力一变低，则吸入的冷媒蒸 气比容变大，进入压缩机的冷媒质量减少。所以，制冷 负荷（必要的冷冻能力）一变小，低压压力自动下降， 压缩机
11、能力（必需的压缩动力）也相应减少，于是在新 的状态下重新取得平衡。,压力(Mpa),焓(kJ/kg),压缩机,冷凝器,膨胀阀,蒸发器,低压低温气体,压缩过程,等熵线,高压高温气体,冷凝过程,过冷度 约,高压常温过冷液,膨胀过程,低压低温液,蒸发过程,过热度约,常规的设计匹配参数,制冷（制热）量是空调器最基本的 性能指标，是空调器具有使用值的基本 依据，在系统性能匹配有着重要的意义 其它参数的设定都是围绕着提高制冷 （制热）量进行的。,制冷工况,GB标准条件 室内:干球温度:27,湿球温度:19 室外:干球温度:35,湿球温度:24 排气温度 参考值:8290 对策:高于参考值,毛细管减短,加冷
12、媒；低于参考值,毛细管加长,放冷媒,制冷工况,冷凝温度参考值：4350冷凝器出口温度比中部温度低-5 -10左右为目标值,但是因室外温度是35,冷凝器出口温度最低为3738.(若接近35,则冷凝器无法进行热交换)对策:高于目标值,毛细管减短,室外风量增加,冷凝器加大低于目标值,毛细管加长,追加冷媒,制冷工况,蒸发温度 参考值：610，一般整体式、柜式和吸顶式等偏低，挂壁式偏高 蒸发器中部温度与出口温度温差为16，温差过大蒸发器没有有效使用,能力降低。对策：温差过大，毛细管减短，追加冷媒；温差过小，毛细管加长，减少冷媒，室内风量增加，蒸发器加大 ；,制冷工况,吸汽温度： 参考值：615对策：高于
13、目标值，毛细管减短，加冷媒；低于目标值，毛细管加长，放冷媒。 排气压力：参考值：1.62.1Mpa，整体式偏高，高能效比机偏低 吸汽压力：参考值：0.450.6Mpa，高能效比机偏高,制热工况,GB标准条件 室内:干球温度:7,湿球温度:6 室外:干球温度:20,湿球温度:15 排气温度 参考值:8590 对策:高于参考值,毛细管减短,加冷媒；低于参考值,毛细管加长,放冷媒,制热工况,冷凝温度（室内机）参考值：中间温度是4550,冷凝器出口温度比中间温度低510左右 对策：高于目标值,毛细管减短,室内风量增加,冷凝器加大低于目标值,毛细管加长,室内风量减小,冷凝器减小,追加冷媒,制热工况,吸气
14、温度-蒸发器出口温度参考值：02吸气温度过高，会引起排气温度上升;反之，吸气温度低于蒸发器出口温度，则说明液态冷媒没有在蒸发器中充分蒸发，能力下降；对策:高于目标值,毛细管减短,加冷媒；低于目标值,毛细管加长,放冷媒。,制冷循环的变化,影响空调系统性能的因素有： 冷凝温度（高压） 蒸发温度（低压） 过冷度 吸气温度 热交换和压力损失,冷凝温度（高压）变化,冷凝器放热性能好,在环境温度一定的情 况下同环境温度的温差较少,就会在冷凝温度 较低(高压较低)的状态下取得平衡 。决定放热量多少的主要因素有： 室外温度（水冷时指水温） 冷凝器冷凝能力（传热面积、风量及其他）,冷凝温度（高压）变化,表示在标
15、准冷凝温度下的制冷循环能效比为 1=q/1 表示冷凝温度较高的制冷循环能效比为 2=q2/ 表示冷凝温度较低的制冷循环能效比为 3=q3/W3 312,高压升高,环境,室外风机,温度高,辐射,电机故障,风量少,冷凝器热效率,冷媒灌注,面积少,迎风面(正面)风速低,积有脏物,分液管路数不足,流速慢,由于过度灌注,有效冷凝器面积少,高压升高的原因,高压压力控制,防止异常高压采用高压压力开关作为安全保护装置 防止高压下降在冬季时高压过低，压缩比会变小，膨胀阀等调节装置有时会出现开度调节不良。相应措施 调整冷凝器风扇速度（开或关）、自动调节速度； 设置冷凝压力调节阀；,蒸发温度（低压）变化,蒸发器性能
16、好,在环境温度一定的情况下 同环境温度的温差较少,就可在蒸发温度较高 (低压较高)的状态下取得平衡。决定吸热量的主要因素有： 室内温度（吸入空气温度） 蒸发器冷却能力（传热面积、风量及其他）,冷凝温度（低压）变化,表示标准蒸发温度的制冷循环 能效比为 1=/W1 表示蒸发温度较低的制冷循环 能效比为 2=/W2 表示蒸发温度较高的制冷循环 能效比为 3=/W3 312,冷凝温度（低压）变化,冷凝温度一定，蒸发温度下降对循环的影响： 能效比下降 压缩机吸气比容增大 冷媒流量减少，制冷能力下降 热交换器翅片表面温度低，结霜，冷却能力进一步下降但是，在超过压缩机使用范围的蒸发温度下运 行，会使压缩机
17、增加过大负荷，成为超负荷运转。 这常常会引起压缩机故障。这点应引起注意,低压下降的主要原因,低压下降,环境,室内风机,温度低,电机故障,风量少,蒸发器热效率,调节装置调整能力不良,面积少,迎风面(正面)风速低,分液管路数不足,积有脏物,流速慢,结霜,过热度大,冷媒灌注量不足,冷媒泄漏,膨胀阀调节不良,过冷度影响,表示标准蒸发温度的制冷循环，过冷度为57冷凝器出管由于吸热，使冷媒得不到过冷却，在进入膨胀阀等调节装置前成为湿蒸发，产生瞬间泡沫，使运行状态不稳定，冷却能力得不到发挥。 冷却冷凝器出口冷媒液过冷度大，制冷效果增大，能效比提高,过冷度的影响 过冷度受灌注于系统内的冷媒量多少控制着,吸气温
18、度的影响,为稳定和有效地利用蒸发器的传热面积，将吸气温度提高到比饱和蒸气温度稍稍过热的状态 吸气温度处于过热状态温度时，压缩机排气温度升高，是造成压缩机寿命缩减的主要原因 吸气处于湿气状态，冷媒流入压缩机形成液体压缩，是造成阀等损坏的主要原因,吸气温度的影响,为了使系统达到合适的吸气温度，必须 要正确选定冷媒灌注量、膨胀阀等调节装置 的容量出现湿蒸发的主要原因有： 膨胀阀选型过大，液体过度流动 蒸发器翅片表面着霜，蒸发器换热能力下降，冷媒在蒸发器内还未完全蒸发就被吸入压缩机,热交换和压力损失的影响,吸气管道 吸入管道中的热交换和压损直接影响到压缩机的吸入状态。吸气压损使得吸气比容增大、压缩机的
19、压缩比增大、单位容积制冷量减少，压缩机输气系数降低、比功增大、制冷系数下降。 排气管道 压缩机的排气温度一般均高于环境温度，向环境空气传热能减少冷凝器热负荷。管道中的压力降增加了压缩机的排气压力及比功，使得输气系数降低、制冷系数下降。,热交换和压力损失的影响,冷凝器 假定出冷凝器时制冷剂的压力不变，为了克服冷凝器中的流动阻力，必须提高进冷凝器时制冷剂的压力，必然导致压缩机排气压力升高，压缩比增大，压缩机耗功增大，制冷系数下降。在冷凝器内因冷媒液化，压力损失较小。 冷凝器到节流装置之间的液体管道 热量通常由液体制冷剂传结周围空气，产生过冷效应，使制冷量增大。管路中的压力降会引起部分液体汽化，导致
20、制冷量的降低。引起管路中压力降的主要因素，并不在于流体与管壁之间的摩擦，而是在于液体流动高度的变化。因此希望出冷凝器的制冷剂液体带有一定的过冷度，避免因位差而出现汽化现象。,热交换和压力损失的影响,节流装置到蒸发器之间的管道 热交换使制冷量减少管道中的压损对性能没有影响。因为对于给定的蒸发温度，制冷剂进入蒸发器之前的压力，必须降到相应的蒸发压力。压力的降低无论是发生在节流机构本身，还是发生在管路中，没有区别。 蒸发器 如果假定不改变制冷剂出蒸发器时的状态，为了克服蒸发器中的流动阻力，必须提高制冷剂进蒸发器时的压力(温度)，从而提高了蒸发过程中的平均蒸发温度，使传热温差减小，蒸发器换热减少；如果
21、假定不改变蒸发过程中的平均温度，则出蒸发器时制冷剂的压力应稍有降低，吸气比容增大，压缩比增高，它们将导致制冷量减少，制冷系数下降。,热交换和压力损失的影响,高压压力,产生压力损失,绝热膨胀,热量进入,低压压力,产出压力损失,压缩机内吸气回路,绝热压缩,热量进入,常见制冷系统系统故障分析,系统的各部分压力及其变化情况在标况下制冷，冷凝压力为19Kg/cm2左右，蒸发压力为5 Kg/cm2左右。在维修过程中现场的环境温度肯定会偏离标况，冷凝压力、蒸发压力随之变化，当室外机温度上升大于标况，冷凝压力将增大，反之降低。蒸发压力也会同向变化。在判定制冷剂是否符合标准时，一定要考虑当时的环境温度、冷凝和蒸
22、发压力及运行电流情况，才能作出准确判定。,压缩机损坏,压缩机的损坏（即故障）常有烧坏电 机线圈和卡缸两种情况： 烧坏电机线圈：检查可用万用表量度判断原因。线圈的制做材料和制冷系统的清洁度都是引起线圈烧坏的原因。 处理方法：更换压缩机,卡缸：检查可用钳形表查电流及观察过载保护的通、断情况；原因可能是：材料精加工；系统的清洁度；电压偏低。处理方法有：增大启动电容或用木棍敲打压缩机，使压缩机转子离开死点，如前两种方法无效，只有更换压缩机。,压缩机损坏,四通阀故障的判定,四通阀常见故障为：误动作，不动作，有异响。 没有发出冷热转换指令，四通阀却自动换向，这是四通阀的误动作。一般情况下，误动作都是由于四
23、通阀内部漏气所造成。维修时需更换四通阀。 发出冷热转换指令，四通阀却不换向，这是四通阀的不动作。一般情况下，先按线路图检查接线和四通阀线圈，若接线和线圈无问题，则是四通阀故障。维修时需更换四通阀。 四通阀在工作时，发出“吱吱”的尖叫声。此时应检查电磁阀线圈，若更换线圈后，异响消失，则是线圈故障；否则，需更换四通阀。,毛细管故障,当毛细管出现故障时，会使空调器的制冷量不 足或不制冷。毛细管常见故障：破裂、堵塞。 毛细管破裂一般是在弯曲过程中受损，这样在运输中由于碰撞、振动就会导致破裂，造成制冷剂泄漏。 毛细管的堵塞，可能是由于：系统内部的杂质积聚形成的；焊接操作火候掌握不当，焊料使其堵塞；毛细管插入过滤器过深（触网），使其堵塞。,结 束,谢谢 2004.9.15,
